高速数据采集系统

高速数据采集系统的结构形式多种多样，常见的分类方法有以下几种：根据适应环境不同：隔离型和非隔离型，集中式和分布式；根据控制功能：智能化和非智能化采集系统；根据模拟信号的性质：电压和电流信号，高电平和低电平信号，单端输入和差分输入；根据信号通道的结构方式：单通道及多通道输入方式。

一般来说，高速采集系统的任务是采集各种类型传感器输出的模拟信号并转换成数字信号后输入计算机处理，得到特定的数据结果。同时将计算得到波形和数值进行显示，对各种物理量状态监控。

从高速数据采集系统的硬件组成来分，有两种：集成微型计算机的数据采集系统，集散型数据采集系统。

集散型数据采集系统由包含A/D,AMP,DSP,FPGA的数据采集卡组成的数据采集系统，可以独立采集模拟和数字信号，数据通过光纤或网络传输到PC的硬盘进行保存及处理。

集成微型计算机的数据采集系统则是将PC及数据采集卡集成一体，采集卡采集完的数据直接保存在内部的硬盘，无需通过线缆传输。

下图是基于DSP的数据采集系统[1]  ，一般包括：AD模数转换芯片、SDRAM动态数据存储元件、Flash静态数据存储元件、HPI主机接口、USB接口、PCI接口等。典型的数字信号处理过程如图所示。

输入信号可以是语音信号、调制后的电话信号、编码的数字信号、压缩的图像信号，也可以是各种传感器输?出的信号。如果输人信号的幅度较小或者过大，一般都需要经过放大器单元将输入信号幅度放大或者缩小后，送到AD进行模数转换；如果输入信号带有较大的噪声，一般需要经过一个硬件的模拟滤波单元，将信号滤波整形后，送到AD进行模数转换。AD能将模拟信号变换成数字信号，但必须满足奈奎斯特采样定理，也就是为了保证不丢失信息的所有信息，采样频率必须高于输入信号最高频率的2倍，一般为5倍以上。AD变换后得到的数字信号输人到DSP芯片；再由DSP芯片对该数字信号进行各种数字信号算法的处理。

(1)新型快速、高分辨率的数据转换部件不断涌现，大大提高了数据采集系统的性能。

(2)高性能单片机的问世和各种数字信号处理器的涌现，进一步推动了数据采集系统的广泛应用。

(3)智能化传感器(Smarts nor)的发展，必将对今后数据采集系统的发展产生深远的影响。

(4)与微型机配套的数据采集部件的大量问世，大大方便了数据采集系统在各个领域里应用并有利于促进数据采集系统技术的进一步发展。

(5)分布式数据采集是数据采集系统发展的一个重要趋势。

高速数据采集系统具有极高的采样率，尤其适合用于瞬间测量量产生变化的场合。例如：在电力传输或者爆炸，冲击波，火箭发射过程中。

电力测试的应用包括：

高压脉冲测试

大多数的电网都通过塔架上的电缆来传送电能. 其暴露在野外，经常遭受雷击，进而可能损坏变电站的设备. 元器件的损坏将导致部分电力分配能力的损失，并耗费高昂的修理费用. 变压器，电涌放电器，绝缘体和开关设备的测试 对于质量校准过程和保证元件的承受力是非常重要的.

电力开关设备测试

开关设备测试 是一个巨大的挑战, 要求特殊的 硬件和软件 才能产生精确可靠的测试结果. 硬件的挑战包括绝缘，放大器漂移，噪声和抗电磁干扰和需要电池操作等。软件挑战包括数据完整，重复性和可靠性等。例如核电备用柴油机的测试。

零区测试

零区 (CZ) 指的是在高功率断路器上的中断现象. 现在不可能通过中断高压电路来进行，而是通过其他方式，如电弧. 所有的电路中断器都通过移除相互之间的接触来完成，这样接触之间产生电弧. 零区现象 是压力，温度，离子密度，等离子流等的指标. 零区测试 用来了解电弧现象以及确定成功的电流中断的主要参数。

爆炸和火工品测试：

航天器上使用了大量的火工装置来完成特定的功能,它们在动作时会引起强烈的高频冲击环境,对航天器上的仪???器设备产生不利的影响。火工品，爆炸和冲击波测试中，由于其在非常短的时间内压力等测量值会产生极大地变化，因此需要极高的采样率。很多测试中需要采用20-100MS/s的采样速率。