信号采集系统的硬件连接笔记

CSDN话题挑战赛第2期
参赛话题&＃xff1a;学习笔记

数据采集设备采集的将是电压信号&＃xff0c;待测量信号按照是否接地可分为两大类&＃xff1a;接地信号和浮动信号。
接地信号是指以某个地为参考点的电压信号&＃xff0c;参考点电位为零&＃xff0c;一般将大地或者建筑物的地作为参考点。最常见的接地方法是将信号的一端与交流电源的地相连&＃xff0c;常用的电器设备一般都是这样接地的&＃xff0c;数据采集卡也用此方法接地&＃xff0c;所以接地信号与数据采集卡是共地的。

浮动信号是指不与任何地相连的电压信号&＃xff0c;浮动信号的两端都不与某个地线相连&＃xff0c;所以除非人为相连&＃xff0c;一般与数据采集卡是不共地的。常见的浮动信号如电池、热电偶、隔离放大器、变压器等产生的信号。

测量系统的连接方式可以分为如下三类
●　差分&＃xff08;Differential&＃xff09;连接方式
●　参考地单端&＃xff08;Referenced Single-Ended&＃xff0c;简称RSE&＃xff09;连接方式
●　无参考地单端&＃xff08;Non-Referenced Single-Ended&＃xff0c;简称NRSE&＃xff09;连接方式

1&＃xff0e;差分连接方式
差分连接方式的测量系统中&＃xff0c;测量信号的正负两端是通过多路选择器与仪用放大器的正负两极直接相连的&＃xff0c;多路选择器从多个通道中选择一个通道作为输入信号。
一个典型的差分测量系统的连接方式如图所示&＃xff0c;其中AIGND为测量系统的地&＃xff0c;Vm为测得信号。

差分测量系统的优点是可以直接测出信号正负两极的电压而不受共模电压的影响。所谓共模电压&＃xff0c;是指分别加在信号两极上的两个大小相等、极性相同的电压。
当共模电压加在信号上时&＃xff0c;由于差分测量系统测量的是信号两极间的电压差值&＃xff0c;所以可以消除共模电压的影响。

参考地单端&＃xff08;RSE&＃xff09;连接方式的测量系统中&＃xff0c;仪用放大器的负极与系统地相连&＃xff0c;待测信号的正极与仪用放大器正极通过多路选择器相连&＃xff0c;所以测得信号是以系统地作为参考点的电压信号。
一个典型的RSE测量系统如图所示&＃xff0c;其中AIGND为系统地&＃xff0c;Vm为测得信号。
无参考地单端&＃xff08;NRSE&＃xff09;连接方式的测量系统是对RSE连接方式的一种变形&＃xff0c;各路信号共享一个基准点&＃xff0c;而仪用放大器负极正是与这个公共基准点相连的&＃xff0c;但并不与系统地相连&＃xff0c;所以测得信号是以该基准点作为参考点的电压信号。这样可以实现信号地与系统地之间的隔离。
一个典型的NRSE测量系统如图3-8所示&＃xff0c;AISENSE为公共基准点&＃xff0c;Vm为测得信号。

对于浮动信号和接地信号&＃xff0c;所适用的测量系统连接方式也有所不同。对于浮动信号&＃xff0c;差分、RSE和NRSE测量系统都适合&＃xff0c;而对于接地信号&＃xff0c;一般情况下RSE方式并不推荐使用&＃xff0c;推荐使用的是差分或者NRSE连接方式。

由于浮动信号的两端都不与任何地相连&＃xff0c;所以使用差分、RSE或NRSE方式都可以准确地对浮动信号进行测量&＃xff0c;只需按照标准连接方式进行连接即可。需要注意的是&＃xff0c;在使用差分方式进行测量时&＃xff0c;需要保证加在信号两端的共模电压不超过测量设备的允许范围。

在使用差分或者RSE方式时&＃xff0c;由于信号负端不与AIGND连接&＃xff0c;放大器的输入偏置电流有可能会使信号电压偏离测量设备的量程范围&＃xff0c;所以需要在信号两端与AIGND之间分别加一个偏置电阻&＃xff0c;从系统平衡角度而言&＃xff0c;建议取等值的两电阻&＃xff0c;阻值范围一般在10kΩ和100kΩ之间。
使用差分、RSE、NRSE三种方式测量浮动信号的典型连线图如图