WelcomeCQ9电子为梦而年轻!

友情链接:

  • 成都总部:028-68611511

    传真:028-68611530

  • 地址:四川省成都市武侯区武兴五路355号西部智谷A区4栋7楼

    E-mail: support@aibaobo.com

  • 关注服务号

  • ©2018 四川升拓检测技术股份CQ9电子 All Rights Reserved.

    • 028-68611511
    >
    >
    土木工程检测大众科普—如何选择A/D转换器

    土木工程检测大众科普—如何选择A/D转换器

    分类:
    新闻资讯
    发布时间:
    2019/02/21 10:34
    浏览量
    【摘要】:
    所谓信号,是运载传递消息的载体。古时,人们升起狼烟,传递危机,这属于光信号;现代人,通过无线电发送消息,这属于电信号。人们只有通过接收不同的信号,才能知道外界的消息。在电子仪器中,我们将随时间连续变化的电信号,叫做模拟信号,而随着电子计算机技术的出现和发展,人们迫切需要一种计算机能够识别的电信号(计算机无法直接识别模拟信号),这时,数字信号就出现了。所谓数字信号,是指自变量是离散的、因变量也是离散

    所谓信号,是运载传递消息的载体。古时,人们升起狼烟,传递危机,这属于光信号;现代人,通过无线电发送消息,这属于电信号。人们只有通过接收不同的信号,才能知道外界的消息。

    在电子仪器中,我们将随时间连续变化的电信号,叫做模拟信号,而随着电子计算机技术的出现和发展,人们迫切需要一种计算机能够识别的电信号(计算机无法直接识别模拟信号),这时,数字信号就出现了。所谓数字信号,是指自变量是离散的、因变量也是离散的信号。数字信号有便于存储,计算,传输,抗干扰能力强等优点,并在现在社会得到了越来越广泛应用,MP3播放器取代磁带录音机,数码相机取代胶卷相机就是数字信号很好的应用。而我们生活的四维时空,大部分信号源产生的都是模拟信号,要想将信号源产生的信号数字化,就需要经过三个步骤:抽样、量化和编码。

    我们以检测仪器中的模拟电压信号数字化为例:

    1.抽样:既是每隔一定的时间间隔t,抽取模拟信号的瞬时幅值,抽样后得出的一系列在时间上离散的抽样值称为抽样序列。

    2.量化:抽样结束后,取得瞬时幅值还是模拟的,这时就要对幅值进行离散化(取整)处理,这个过程就是量化。由于计算机采用的是二进制,因此大部分量化计算都以XX二进制位(bit)描述。

    3.编码:以二进制编码脉冲的形式,将抽样量化后的信号进行数字编码,就完成了信号数字化的工作。

    在土木工程检测中,完成上述模拟信号数字化的元件,就是A/D(Analog/Digital)转换器,其主要性能参数有:采样频率,采样精度,转换速度,功耗等。

    采样频率,就是抽样时间间隔t的倒数。奈奎斯特采样定理指出,当采样频率fs大于信号中最高频率fmax的2倍时,采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。一般实际应用中,保证采样频率在4倍以上为佳。常见的工程检测中,通过激振在混凝土、岩土中产生的冲击弹性波,其频率都在50kHz以内,因此保持采样频率在200kHz以上,就能高保真实现冲击弹性波信号的采集;超声波和雷达,由于都是检测仪器自发自收,故其采样频率只需与发射频率(超声波一般发射频率为50kHz)自行匹配即可。特别是在国产雷达中,利用雷达天线产生信号重复、稳定的特点,采取等效采样的方法,实现了低采样频率采集高频信号。

    采样精度,就是单位数字量对应的模拟信号的值。它是由满量程除以2n(n为A/D转换器的二进制位数)来算出,通常以n位来描述。那么,在常见的工程检测中,我们需要达到什么水平喃?这里我们以满量程10V,通道增益固定的仪器为例,在电子仪器常用测量中的函数信号发生器(信号源),其最小输出为mV级,那么有:0.001>10/2n

    n只需不小于14,即可满足上式。

    在锚杆(GB/T50344-2004)和基桩(JGT 3055-1999)规范中,都明确说明A/D转换器分辨率≥16位,即为最高等级性能。在超声波与雷达仪器中,由于其通道增益可随时调节,故量程不固定,单纯讨论位数无意义。

    转换速率,是指将一次模拟量转换成数字量所需要的速率。其只有转换速率不小于采样速率,才能保证采样正常进行。因此,在正常工作的A/D转换器中,我们认为转换速率等于采样速率也是可以的。

    由上可见,A/D转换器的采样频率与二进制位数越高,其对信号的原始信息保存就越完整。但一味的追求二者的高性能,一容易造成性能过剩,二会增加A/D转换器功耗,加大发热,进而有影响检测仪器长期使用的稳定性。根据实际检测情况(如在低频信号检测时(像应力应变测试、基桩低应变等),就可选择高位数的采集卡),合理选用合适性能的A/D转换器才是正确的做法。

     

    参考资料

    1.冲击弹性波理论与应用

    2.JJG 990-2004 声波检测仪检定规程

    3.JJG 840-20015 函数发生器检定规程

    4.GB/T50344-2004建筑结构检测技术标准

    5.JGT 3055-1999 基桩动测仪

    暂时没有内容信息显示
    请先在网站后台添加数据记录。