1、第一章第一章 緒緒 論論1勘勘 查查 儀儀 器器 原原 理理教師：教師： 王旭王旭Email：第一章第一章 緒緒 論論2同學(xué)們好，從今天開(kāi)始我們來(lái)學(xué)習(xí)同學(xué)們好，從今天開(kāi)始我們來(lái)學(xué)習(xí)勘查儀器原理勘查儀器原理這門這門課。開(kāi)課前先說(shuō)說(shuō)本課程的性質(zhì)、任務(wù)與學(xué)習(xí)要求：課。開(kāi)課前先說(shuō)說(shuō)本課程的性質(zhì)、任務(wù)與學(xué)習(xí)要求： 本課程是勘查技術(shù)與工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，本課程是勘查技術(shù)與工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，主要學(xué)習(xí)現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器的主要學(xué)習(xí)現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器的基本理論、基本組成基本理論、基本組成及其及其工作原工作原理理。本課程名稱為勘查儀器原理，就是所有勘探、地質(zhì)調(diào)。本課程名稱為勘查儀器原理，就是所有勘探、地質(zhì)

2、調(diào)查儀器原理的總稱。勘查儀器的種類繁多，象地震儀、測(cè)查儀器原理的總稱?？辈閮x器的種類繁多，象地震儀、測(cè)井儀、重力儀、磁力儀、電法儀，錄井儀等等。每種儀器井儀、重力儀、磁力儀、電法儀，錄井儀等等。每種儀器都有它自己的電路組成及工作原理，故本課程內(nèi)容廣泛，都有它自己的電路組成及工作原理，故本課程內(nèi)容廣泛，但歸結(jié)起來(lái)，這些電子儀器都有其共性，就是將被測(cè)對(duì)象但歸結(jié)起來(lái)，這些電子儀器都有其共性，就是將被測(cè)對(duì)象通過(guò)各種傳感器件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理、采樣、通過(guò)各種傳感器件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸、處理、存儲(chǔ)等步驟，完成被測(cè)對(duì)象的量化、編碼、傳輸、處理、存儲(chǔ)等步驟，完成被測(cè)對(duì)象

3、的測(cè)量過(guò)程。受教學(xué)時(shí)數(shù)的限制，只能主要講述組成這些電測(cè)量過(guò)程。受教學(xué)時(shí)數(shù)的限制，只能主要講述組成這些電子儀器相同的且決定儀器性能的電路部件子儀器相同的且決定儀器性能的電路部件數(shù)據(jù)采集系數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。統(tǒng)。這也是選教材的依據(jù)。這也是選教材的依據(jù)。第一章第一章 緒緒 論論3 通過(guò)學(xué)習(xí)本課程使同學(xué)們掌握現(xiàn)代測(cè)量通過(guò)學(xué)習(xí)本課程使同學(xué)們掌握現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器的儀器的基礎(chǔ)技術(shù)理論基礎(chǔ)技術(shù)理論及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作原工作原理理，熟悉，熟悉現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)理念現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)理念。 本課程共本課程共46學(xué)時(shí)，其中課內(nèi)講解學(xué)時(shí)，其中課內(nèi)講解34學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)，共七章內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)共七章內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)，三個(gè)實(shí)驗(yàn)（微弱學(xué)時(shí)，

4、三個(gè)實(shí)驗(yàn)（微弱信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，傳感器特性實(shí)驗(yàn)，地震儀整信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，傳感器特性實(shí)驗(yàn)，地震儀整機(jī)實(shí)驗(yàn)）。機(jī)實(shí)驗(yàn)）。 由于本課程涉及面廣，在學(xué)習(xí)時(shí)，根據(jù)由于本課程涉及面廣，在學(xué)習(xí)時(shí)，根據(jù)教學(xué)大綱對(duì)教材作適當(dāng)調(diào)整，另外還有部分教學(xué)大綱對(duì)教材作適當(dāng)調(diào)整，另外還有部分教材以外的內(nèi)容，所以要求同學(xué)們一定要記教材以外的內(nèi)容，所以要求同學(xué)們一定要記好課堂筆記，將來(lái)好課堂筆記，將來(lái)考試內(nèi)容以課堂講授為主考試內(nèi)容以課堂講授為主。第一章第一章 緒緒 論論4課程內(nèi)容：課程內(nèi)容： 第一章第一章 緒緒 論論5參考資料：參考資料：1、地震勘探儀器原理地震勘探儀器原理袁子龍著袁子龍著 石油工業(yè)出版社石油工業(yè)出版社 20062、

5、數(shù)據(jù)采集技術(shù)數(shù)據(jù)采集技術(shù) 沈蘭蓀沈蘭蓀 中國(guó)科技大學(xué)出版社中國(guó)科技大學(xué)出版社 19903、微弱信號(hào)檢測(cè)微弱信號(hào)檢測(cè) 高晉占高晉占 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 2001 第一章第一章 緒緒 論論6成績(jī)?cè)u(píng)定平時(shí)成績(jī)15分；實(shí)驗(yàn)成績(jī)15分；期末考試70分。課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課（必修）課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課（必修）第一章第一章 緒緒 論論7同學(xué)們將來(lái)主要從事油氣地球物理同學(xué)們將來(lái)主要從事油氣地球物理勘探工作，而目前油氣勘探的主要方法勘探工作，而目前油氣勘探的主要方法是地震勘探，所以本課程以是地震勘探，所以本課程以地震儀地震儀為主為主進(jìn)行講解。進(jìn)行講解。第一章第一章 緒緒 論論8第一章第一章 緒緒 論論

6、第一章第一章 緒緒 論論9一、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集的基本概念一、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集的基本概念二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成及主二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成及主要性能指標(biāo)要性能指標(biāo)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第一章第一章 緒緒 論論10 所謂地球物理勘探就是利用某種電子所謂地球物理勘探就是利用某種電子儀器設(shè)備對(duì)相應(yīng)的物理量進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程，儀器設(shè)備對(duì)相應(yīng)的物理量進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程，如地震儀就是對(duì)地震波的測(cè)量，聲波測(cè)井如地震儀就是對(duì)地震波的測(cè)量，聲波測(cè)井儀是對(duì)聲波在井下各種巖層介質(zhì)中傳播特儀是對(duì)聲波在井下各種巖層介質(zhì)中傳播特性的測(cè)量（聲波在介質(zhì)中傳播特性主要指性的測(cè)量（聲波在介質(zhì)中傳播特性主要指聲波縱、橫波的速度特性、幅度特性

7、和頻聲波縱、橫波的速度特性、幅度特性和頻率特性），所以，在緒論中，我們首先學(xué)率特性），所以，在緒論中，我們首先學(xué)習(xí)第一節(jié)測(cè)量與數(shù)據(jù)采集的基本概念。習(xí)第一節(jié)測(cè)量與數(shù)據(jù)采集的基本概念。第一章第一章 緒緒 論論11第一節(jié)第一節(jié) 測(cè)量與數(shù)據(jù)采集的基本概念測(cè)量與數(shù)據(jù)采集的基本概念第一章第一章 緒緒 論論12主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、測(cè)量概述一、測(cè)量概述（一）什么是測(cè)量（一）什么是測(cè)量（二）電子測(cè)量（二）電子測(cè)量（三）電子測(cè)量?jī)x器（三）電子測(cè)量?jī)x器（四）電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展概況（四）電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展概況二、數(shù)據(jù)采集的基本概念二、數(shù)據(jù)采集的基本概念（一）數(shù)據(jù)采集（一）數(shù)據(jù)采集（二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

8、（三）現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要特點(diǎn)（三）現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要特點(diǎn)第一章第一章 緒緒 論論13一、測(cè)量概述一、測(cè)量概述（一）什么是測(cè)量（一）什么是測(cè)量 測(cè)量是人類認(rèn)識(shí)和改造世界的一種重要測(cè)量是人類認(rèn)識(shí)和改造世界的一種重要手段。在人們對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，需手段。在人們對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，需要進(jìn)行定性、定量的分析，定量分析就需要要進(jìn)行定性、定量的分析，定量分析就需要進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)客觀事測(cè)量是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)客觀事物取得定量數(shù)據(jù)的過(guò)程。物取得定量數(shù)據(jù)的過(guò)程。第一章第一章 緒緒 論論14 測(cè)量對(duì)人類的進(jìn)步起著重要的作用，科測(cè)量對(duì)人類的進(jìn)步起著重要的作用，科學(xué)的進(jìn)步、生產(chǎn)的

9、發(fā)展都需要用測(cè)量技術(shù)進(jìn)學(xué)的進(jìn)步、生產(chǎn)的發(fā)展都需要用測(cè)量技術(shù)進(jìn)行定量分析，以取得科學(xué)的數(shù)據(jù)，自然界的行定量分析，以取得科學(xué)的數(shù)據(jù)，自然界的規(guī)律是在找到能對(duì)實(shí)際的量進(jìn)行探查和測(cè)量規(guī)律是在找到能對(duì)實(shí)際的量進(jìn)行探查和測(cè)量的方法和手段，并經(jīng)過(guò)邏輯推理才被揭示出的方法和手段，并經(jīng)過(guò)邏輯推理才被揭示出來(lái)，并以定律的形式肯定下來(lái)，而一個(gè)理論來(lái)，并以定律的形式肯定下來(lái)，而一個(gè)理論只有在不斷地測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證之后，才被廣泛只有在不斷地測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證之后，才被廣泛接受。接受。第一章第一章 緒緒 論論15 如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面地定律、定理都是通如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面地定律、定理都是通過(guò)測(cè)量而得到。通過(guò)大量的觀察和測(cè)量

10、，人們逐步準(zhǔn)過(guò)測(cè)量而得到。通過(guò)大量的觀察和測(cè)量，人們逐步準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)各種客觀事物，建立起各種定律、定理。離確地認(rèn)識(shí)各種客觀事物，建立起各種定律、定理。離開(kāi)測(cè)量，人類就不能真正準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)世界，也不能生開(kāi)測(cè)量，人類就不能真正準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)世界，也不能生產(chǎn)出合格地產(chǎn)品。在各個(gè)歷史時(shí)期，測(cè)量水平的高低產(chǎn)出合格地產(chǎn)品。在各個(gè)歷史時(shí)期，測(cè)量水平的高低可以反映出一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的狀況，因此，努可以反映出一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的狀況，因此，努力提高測(cè)量水平，實(shí)現(xiàn)測(cè)量手段和方法的現(xiàn)代化，是力提高測(cè)量水平，實(shí)現(xiàn)測(cè)量手段和方法的現(xiàn)代化，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要條件和

11、明顯標(biāo)志。在當(dāng)今信息時(shí)代，測(cè)量技術(shù)（獲取信息）、通信技術(shù)在當(dāng)今信息時(shí)代，測(cè)量技術(shù)（獲取信息）、通信技術(shù)（傳遞信息）和計(jì)算機(jī)技術(shù)（信息處理）被稱為信息（傳遞信息）和計(jì)算機(jī)技術(shù)（信息處理）被稱為信息社會(huì)三大支柱，可見(jiàn)，測(cè)量技術(shù)是一門很重要的科學(xué)社會(huì)三大支柱，可見(jiàn)，測(cè)量技術(shù)是一門很重要的科學(xué)技術(shù)。技術(shù)。第一章第一章 緒緒 論論16大地測(cè)大地測(cè)量?jī)x器量?jī)x器第一章第一章 緒緒 論論17測(cè)量人員用測(cè)量人員用GPS定位定位第一章第一章 緒緒 論論18Leica350Leica350衛(wèi)星定位儀全站儀Trimble5700衛(wèi)星定位儀第一章第一章 緒緒 論論19門捷列夫門捷列夫 (1834-1907) (1834

12、-1907) 科學(xué)始于科學(xué)始于測(cè)量測(cè)量, ,沒(méi)有測(cè)量，便沒(méi)沒(méi)有測(cè)量，便沒(méi)有精密的科學(xué)有精密的科學(xué)。門捷列夫門捷列夫第一章第一章 緒緒 論論20我常說(shuō)的一句話是：我常說(shuō)的一句話是： 當(dāng)你能夠測(cè)量你所關(guān)注的事當(dāng)你能夠測(cè)量你所關(guān)注的事物，而且能夠用物，而且能夠用數(shù)量來(lái)描述數(shù)量來(lái)描述它的它的時(shí)候，你就對(duì)其時(shí)候，你就對(duì)其有所認(rèn)識(shí)有所認(rèn)識(shí)；當(dāng)你；當(dāng)你不能測(cè)量不能測(cè)量它，也不能將其量化的它，也不能將其量化的時(shí)候，你對(duì)它的了解就是時(shí)候，你對(duì)它的了解就是貧乏和貧乏和不深入的。不深入的。開(kāi)爾文開(kāi)爾文為了紀(jì)念他在科學(xué)上的功績(jī)，國(guó)際為了紀(jì)念他在科學(xué)上的功績(jī)，國(guó)際計(jì)量大會(huì)把熱力學(xué)溫標(biāo)（即絕對(duì)溫計(jì)量大會(huì)把熱力學(xué)溫標(biāo)（即絕

13、對(duì)溫標(biāo)）稱為開(kāi)爾文（開(kāi)氏）溫標(biāo)，熱標(biāo)）稱為開(kāi)爾文（開(kāi)氏）溫標(biāo)，熱力學(xué)溫度以開(kāi)爾文為單位，是現(xiàn)在力學(xué)溫度以開(kāi)爾文為單位，是現(xiàn)在國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。開(kāi)爾文開(kāi)爾文（1824-19071824-1907）第一章第一章 緒緒 論論21錢學(xué)森錢學(xué)森信息技術(shù)包括測(cè)量技術(shù)、信息技術(shù)包括測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，測(cè)量測(cè)量技術(shù)是信息技術(shù)的技術(shù)是信息技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。關(guān)鍵和基礎(chǔ)。錢學(xué)森錢學(xué)森(1911-2010 )(1911-2010 )第一章第一章 緒緒 論論22王大珩（王大珩（hengheng） 儀器儀表是工業(yè)生儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)的“倍增器

14、倍增器”，是高，是高新技術(shù)和科研的新技術(shù)和科研的“催化催化劑劑”，在軍事上體現(xiàn)的，在軍事上體現(xiàn)的是是“戰(zhàn)斗力戰(zhàn)斗力”。王大珩王大珩(1915- 2011)(1915- 2011)第一章第一章 緒緒 論論23（二）電子測(cè)量（二）電子測(cè)量 對(duì)一個(gè)物理量的測(cè)量，可通過(guò)不同的方式、對(duì)一個(gè)物理量的測(cè)量，可通過(guò)不同的方式、手段和設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如重量測(cè)量、時(shí)間測(cè)量手段和設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如重量測(cè)量、時(shí)間測(cè)量等。本課程研究的是利用電子技術(shù)來(lái)進(jìn)行的測(cè)等。本課程研究的是利用電子技術(shù)來(lái)進(jìn)行的測(cè)量。電子測(cè)量是測(cè)量領(lǐng)域的主要組成部分，它量。電子測(cè)量是測(cè)量領(lǐng)域的主要組成部分，它泛指以電子技術(shù)為基本手段的測(cè)量技術(shù)。泛指以電子技

15、術(shù)為基本手段的測(cè)量技術(shù)。電子電子測(cè)量主要是運(yùn)用電子科學(xué)的原理、方法和設(shè)備測(cè)量主要是運(yùn)用電子科學(xué)的原理、方法和設(shè)備對(duì)各種電量、電信號(hào)及電路元器件的特性和參對(duì)各種電量、電信號(hào)及電路元器件的特性和參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)還可以通過(guò)各種傳感器把非數(shù)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)還可以通過(guò)各種傳感器把非電量轉(zhuǎn)換成電量來(lái)測(cè)量。電量轉(zhuǎn)換成電量來(lái)測(cè)量。第一章第一章 緒緒 論論24 電子測(cè)量不僅用于電子領(lǐng)域，而且廣泛用電子測(cè)量不僅用于電子領(lǐng)域，而且廣泛用于物理學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、生于物理學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域。以及生產(chǎn)、國(guó)防、交物學(xué)和醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域。以及生產(chǎn)、國(guó)防、交通、商貿(mào)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保乃

16、至日常生活的各個(gè)方通、商貿(mào)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保乃至日常生活的各個(gè)方面。面。第一章第一章 緒緒 論論25第一章第一章 緒緒 論論26 近幾十年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子近幾十年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，使電子測(cè)量技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的技術(shù)的迅猛發(fā)展，使電子測(cè)量技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子測(cè)量?jī)x器相結(jié)合，構(gòu)飛躍，計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子測(cè)量?jī)x器相結(jié)合，構(gòu)成了嶄新一代的智能儀器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。在成了嶄新一代的智能儀器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，常常需要對(duì)許多非電科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，常常需要對(duì)許多非電量進(jìn)行測(cè)量。非電量是指各種非電物理量，如，量進(jìn)行測(cè)量。非電量是指各種非電物理量，如，圖像

17、、聲音、壓力、位移、溫度、濕度、亮度、圖像、聲音、壓力、位移、溫度、濕度、亮度、顏色、物質(zhì)成分等。非電量測(cè)量可以通過(guò)各種顏色、物質(zhì)成分等。非電量測(cè)量可以通過(guò)各種對(duì)應(yīng)的敏感元件（通常稱為傳感器），將被測(cè)對(duì)應(yīng)的敏感元件（通常稱為傳感器），將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成與之相關(guān)的電壓、電流等，而后物理量轉(zhuǎn)換成與之相關(guān)的電壓、電流等，而后再通過(guò)對(duì)電壓、電流的測(cè)量，得到被測(cè)物理量再通過(guò)對(duì)電壓、電流的測(cè)量，得到被測(cè)物理量的大小。的大小。第一章第一章 緒緒 論論27例如，地震勘探中，利用檢波器把地震波在地表的例如，地震勘探中，利用檢波器把地震波在地表的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此電信號(hào)通過(guò)一系列電子電路振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此電信

18、號(hào)通過(guò)一系列電子電路組成的地震儀器設(shè)備，最后得到我們常說(shuō)的地震剖組成的地震儀器設(shè)備，最后得到我們常說(shuō)的地震剖面。面。第一章第一章 緒緒 論論28ARIES ARIES 地震儀器地震儀器428428XLXL地震儀器地震儀器 408UL408UL地震儀器地震儀器第一章第一章 緒緒 論論29（三）電子測(cè)量?jī)x器三）電子測(cè)量?jī)x器 利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的儀表設(shè)備，統(tǒng)利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的儀表設(shè)備，統(tǒng)稱為電子測(cè)量?jī)x器。稱為電子測(cè)量?jī)x器。地震儀實(shí)際上是一種記錄地震儀實(shí)際上是一種記錄地震信號(hào)的電子儀器。測(cè)量?jī)x器通常都具備物地震信號(hào)的電子儀器。測(cè)量?jī)x器通常都具備物理量轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理與傳輸，以及測(cè)量結(jié)果的理量轉(zhuǎn)換、

19、信號(hào)處理與傳輸，以及測(cè)量結(jié)果的顯示等基本功能。物探所用的所有儀器設(shè)備就顯示等基本功能。物探所用的所有儀器設(shè)備就是測(cè)量設(shè)備。現(xiàn)分別介紹這三項(xiàng)功能。是測(cè)量設(shè)備?，F(xiàn)分別介紹這三項(xiàng)功能。1、轉(zhuǎn)換功能：、轉(zhuǎn)換功能：對(duì)電壓、電流等電學(xué)量的測(cè)量，對(duì)電壓、電流等電學(xué)量的測(cè)量，是通過(guò)測(cè)量各種電效應(yīng)來(lái)達(dá)到目的的。是通過(guò)測(cè)量各種電效應(yīng)來(lái)達(dá)到目的的。第一章第一章 緒緒 論論30如，作為模擬式儀表最基本組成單元如，作為模擬式儀表最基本組成單元的動(dòng)圈式檢流計(jì)（電流表），就是將的動(dòng)圈式檢流計(jì)（電流表），就是將流過(guò)線圈的電流強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成與之成正流過(guò)線圈的電流強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成與之成正比的扭矩而使儀表指針相對(duì)于初始位比的扭矩而使儀表指針

20、相對(duì)于初始位置偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，根據(jù)角度偏轉(zhuǎn)大小置偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，根據(jù)角度偏轉(zhuǎn)大?。赏ㄟ^(guò)刻度盤上的刻度獲得）得到（可通過(guò)刻度盤上的刻度獲得）得到被測(cè)電流的大小。這是一種很基本的被測(cè)電流的大小。這是一種很基本的轉(zhuǎn)換功能。轉(zhuǎn)換功能。對(duì)非電量測(cè)量，對(duì)非電量測(cè)量，必須將各必須將各種非電物理量（如前所講），通過(guò)各種非電物理量（如前所講），通過(guò)各種對(duì)應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換成與之相關(guān)的電種對(duì)應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換成與之相關(guān)的電壓、電流等，而后再通過(guò)對(duì)電壓、電壓、電流等，而后再通過(guò)對(duì)電壓、電流的測(cè)量，得到被測(cè)物理量的大小。流的測(cè)量，得到被測(cè)物理量的大小。第一章第一章 緒緒 論論312、信號(hào)處理與傳輸功能：、信號(hào)處理與傳輸功能：對(duì)

21、進(jìn)入測(cè)量電路的電對(duì)進(jìn)入測(cè)量電路的電信號(hào)，通常要進(jìn)行信號(hào)處理。如，對(duì)弱信號(hào)要放大，信號(hào)，通常要進(jìn)行信號(hào)處理。如，對(duì)弱信號(hào)要放大，強(qiáng)信號(hào)要衰減，有的要加濾波等防干擾措施，有的強(qiáng)信號(hào)要衰減，有的要加濾波等防干擾措施，有的要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，有的要用微處理器要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，有的要用微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理等。在遙測(cè)遙控等系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理等。在遙測(cè)遙控等系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果經(jīng)變送器處理后，需經(jīng)較長(zhǎng)距離的傳輸才能量結(jié)果經(jīng)變送器處理后，需經(jīng)較長(zhǎng)距離的傳輸才能送到測(cè)試終端和控制臺(tái)。如，分布式遙測(cè)地震儀就送到測(cè)試終端和控制臺(tái)。如，分布式遙測(cè)地震儀就是將采集站采集的地震信號(hào)經(jīng)有線或無(wú)

22、線傳輸?shù)絻x是將采集站采集的地震信號(hào)經(jīng)有線或無(wú)線傳輸?shù)絻x器中央記錄站進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。不管采用有線的還器中央記錄站進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。不管采用有線的還是無(wú)線的方式，傳輸過(guò)程中造成的信號(hào)失真和外界是無(wú)線的方式，傳輸過(guò)程中造成的信號(hào)失真和外界干擾等問(wèn)題都會(huì)存在，因此現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x干擾等問(wèn)題都會(huì)存在，因此現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器都必須認(rèn)真對(duì)待測(cè)量信號(hào)的傳輸問(wèn)題。器都必須認(rèn)真對(duì)待測(cè)量信號(hào)的傳輸問(wèn)題。第一章第一章 緒緒 論論323、顯示功能：、顯示功能：測(cè)量結(jié)果必須以某種方式顯測(cè)量結(jié)果必須以某種方式顯示出來(lái)才有意義，因此，任何測(cè)量?jī)x器都必示出來(lái)才有意義，因此，任何測(cè)量?jī)x器都必須具備顯示功能。如，模擬儀表通過(guò)

23、指針在須具備顯示功能。如，模擬儀表通過(guò)指針在儀表刻度盤上的位置顯示測(cè)量結(jié)果，數(shù)字式儀表刻度盤上的位置顯示測(cè)量結(jié)果，數(shù)字式儀表通過(guò)數(shù)碼管、液晶屏或陰極射線管顯示儀表通過(guò)數(shù)碼管、液晶屏或陰極射線管顯示測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果。第一章第一章 緒緒 論論33模擬顯示：模擬顯示：直觀直觀n顯示器：顯示器：數(shù)字顯示：數(shù)字顯示：準(zhǔn)確，但最后一位經(jīng)常準(zhǔn)確，但最后一位經(jīng)常跳動(dòng)不止。跳動(dòng)不止。第一章第一章 緒緒 論論34圖像顯示：圖像顯示：能顯示復(fù)雜的圖形和曲線，但價(jià)格昂貴。能顯示復(fù)雜的圖形和曲線，但價(jià)格昂貴。第一章第一章 緒緒 論論35（四）電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展概況（四）電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展概況 電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展，圍繞

24、著如何更電子測(cè)量?jī)x器的發(fā)展，圍繞著如何更好實(shí)現(xiàn)好實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試自動(dòng)測(cè)試這個(gè)核心技術(shù)，大體經(jīng)歷這個(gè)核心技術(shù)，大體經(jīng)歷了四個(gè)階段：了四個(gè)階段：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。能儀器和虛擬儀器。第一章第一章 緒緒 論論36第一代第一代：模擬儀器：模擬儀器以以電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的模擬指針式儀表模擬指針式儀表; ;以以電子管或晶體管電子管或晶體管為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的分立元件儀表分立元件儀表; ;第二代第二代: :以以集成電路集成電路為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的數(shù)字式儀表數(shù)字式儀表; ;第三代第三代: :以以微處理器微處理器為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的智能式儀表智能式儀表; ;第四

25、代第四代: :以以計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的虛擬儀器虛擬儀器，是測(cè)，是測(cè)試領(lǐng)域里的一場(chǎng)新的革命。試領(lǐng)域里的一場(chǎng)新的革命。第一章第一章 緒緒 論論371、模擬儀器、模擬儀器：完成模擬信號(hào)運(yùn)：完成模擬信號(hào)運(yùn)算的儀器。這類儀器在一些實(shí)算的儀器。這類儀器在一些實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)仍能看到，如指針驗(yàn)室、企業(yè)仍能看到，如指針式萬(wàn)用表，晶體管毫伏表，接式萬(wàn)用表，晶體管毫伏表，接地電阻測(cè)試儀、兆歐表等。地地電阻測(cè)試儀、兆歐表等。地震儀的發(fā)展也經(jīng)歷了模擬時(shí)代，震儀的發(fā)展也經(jīng)歷了模擬時(shí)代，第一代地震儀是模擬光點(diǎn)照相第一代地震儀是模擬光點(diǎn)照相記錄地震儀，簡(jiǎn)稱光點(diǎn)儀，第記錄地震儀，簡(jiǎn)稱光點(diǎn)儀，第二代是模擬磁帶記錄地震儀，二

26、代是模擬磁帶記錄地震儀，簡(jiǎn)稱磁帶儀。簡(jiǎn)稱磁帶儀。第一章第一章 緒緒 論論382、數(shù)字化儀器、數(shù)字化儀器：完成數(shù)字：完成數(shù)字（邏輯）運(yùn)算的儀器，這類（邏輯）運(yùn)算的儀器，這類儀器相當(dāng)普及，如數(shù)字電壓儀器相當(dāng)普及，如數(shù)字電壓表，數(shù)字示波器等。表，數(shù)字示波器等。第一章第一章 緒緒 論論393、智能儀器、智能儀器：通常把內(nèi)含微處理器和通用標(biāo)準(zhǔn)接口：通常把內(nèi)含微處理器和通用標(biāo)準(zhǔn)接口總線（總線（GPIB,General Purpose Interface Bus) )的的儀器稱為智能儀器，以區(qū)別于傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器，儀器稱為智能儀器，以區(qū)別于傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器，這類儀器既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，又具有一定的數(shù)據(jù)處這

27、類儀器既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，又具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，可取代部分腦力勞動(dòng)，習(xí)慣上稱為智能儀理能力，可取代部分腦力勞動(dòng)，習(xí)慣上稱為智能儀器。但由于其功能塊全部都是以硬件或固化的軟件器。但由于其功能塊全部都是以硬件或固化的軟件的形式存在的，因而無(wú)論開(kāi)發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈的形式存在的，因而無(wú)論開(kāi)發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。這類儀器也很多，如活性。這類儀器也很多，如DDS信號(hào)發(fā)生器，智能信號(hào)發(fā)生器，智能頻率計(jì)、頻譜儀等。頻率計(jì)、頻譜儀等。第一章第一章 緒緒 論論404、虛擬儀器、虛擬儀器：是：是檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)與與計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和和通信技術(shù)通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，是指在通用計(jì)算機(jī)上添加一層有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)

28、物，是指在通用計(jì)算機(jī)上添加一層軟軟件件和一些和一些硬件模塊硬件模塊，使用戶操作這臺(tái)通用計(jì)算機(jī)就，使用戶操作這臺(tái)通用計(jì)算機(jī)就像操作一臺(tái)真實(shí)的儀器一樣。這種看似計(jì)算機(jī)卻是像操作一臺(tái)真實(shí)的儀器一樣。這種看似計(jì)算機(jī)卻是儀器的儀器的“儀器儀器”就是虛擬儀器。虛擬儀器技術(shù)強(qiáng)調(diào)就是虛擬儀器。虛擬儀器技術(shù)強(qiáng)調(diào)軟件的作用，提出了軟件的作用，提出了軟件就是儀器的概念軟件就是儀器的概念。第一章第一章 緒緒 論論41 由于現(xiàn)代信息科學(xué)領(lǐng)域中的微電子技術(shù)、由于現(xiàn)代信息科學(xué)領(lǐng)域中的微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)的高速發(fā)展，加速計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)的高速發(fā)展，加速了電子測(cè)量技術(shù)與儀器的變革，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)了電子測(cè)量

29、技術(shù)與儀器的變革，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展，正滲透到各個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)著社會(huì)朝迅猛發(fā)展，正滲透到各個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)著社會(huì)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。 虛擬儀器的發(fā)展取決于三個(gè)重要因素：計(jì)虛擬儀器的發(fā)展取決于三個(gè)重要因素：計(jì)算機(jī)是載體，軟件是核心，高質(zhì)量的算機(jī)是載體，軟件是核心，高質(zhì)量的A/D采集卡采集卡及調(diào)理放大器是關(guān)鍵。及調(diào)理放大器是關(guān)鍵。 前面我們說(shuō)到了信息社會(huì)三大支柱，其中前面我們說(shuō)到了信息社會(huì)三大支柱，其中信息的獲取是基礎(chǔ)和前題，信息的獲取是基礎(chǔ)和前題，而數(shù)據(jù)采集技術(shù)是而數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息獲取的主要手段信息獲取的主要手段，所以下面學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集，所以下面學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集的基本概念。的基本概念。第一

30、章第一章 緒緒 論論42二、數(shù)據(jù)采集的基本概念二、數(shù)據(jù)采集的基本概念（一）數(shù)據(jù)采集概述（一）數(shù)據(jù)采集概述 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與普及，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與普及，數(shù)字設(shè)備正越數(shù)字設(shè)備正越來(lái)越多地取代模擬設(shè)備來(lái)越多地取代模擬設(shè)備，在生產(chǎn)過(guò)程控制和科學(xué)研，在生產(chǎn)過(guò)程控制和科學(xué)研究等廣泛的領(lǐng)域中，究等廣泛的領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)正發(fā)揮著越來(lái)正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。然而，外部世界的大部分信息是以越重要的作用。然而，外部世界的大部分信息是以連續(xù)變化的物理量形式出現(xiàn)的，例如溫度、壓力、連續(xù)變化的物理量形式出現(xiàn)的，例如溫度、壓力、位移、速度等。要將這些信息送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，位移、速度等。要

31、將這些信息送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，就必須先將這些連續(xù)的物理量離散化，并進(jìn)行量化就必須先將這些連續(xù)的物理量離散化，并進(jìn)行量化編碼，從而變成數(shù)字量，這個(gè)過(guò)程就是數(shù)據(jù)采集。編碼，從而變成數(shù)字量，這個(gè)過(guò)程就是數(shù)據(jù)采集。它是計(jì)算機(jī)在監(jiān)測(cè)、管理和控制一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程中，它是計(jì)算機(jī)在監(jiān)測(cè)、管理和控制一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程中，取得原始數(shù)據(jù)的主要手段。取得原始數(shù)據(jù)的主要手段。第一章第一章 緒緒 論論43數(shù)據(jù)采集就是將被測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)采集就是將被測(cè)對(duì)象( (外部世界、現(xiàn)場(chǎng)外部世界、現(xiàn)場(chǎng)) )的各的各種參量種參量( (可以是物理量，也可以是化學(xué)量、生物量等可以是物理量，也可以是化學(xué)量、生物量等) )通過(guò)各種傳感元件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)

32、信號(hào)調(diào)制、采通過(guò)各種傳感元件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)制、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E，最后送到控制器進(jìn)行樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E，最后送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或存儲(chǔ)記錄的過(guò)程。數(shù)據(jù)處理或存儲(chǔ)記錄的過(guò)程。 作為物探專業(yè)的基礎(chǔ)課，我們主要以作為物探專業(yè)的基礎(chǔ)課，我們主要以地震儀地震儀作為作為重點(diǎn)學(xué)習(xí)對(duì)象，來(lái)研究地震數(shù)據(jù)采集過(guò)程。因?yàn)榈卣鹬攸c(diǎn)學(xué)習(xí)對(duì)象，來(lái)研究地震數(shù)據(jù)采集過(guò)程。因?yàn)榈卣饍x是勘查儀器中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，技術(shù)最先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器，儀是勘查儀器中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，技術(shù)最先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器，是地震數(shù)據(jù)野外采集設(shè)備。是地震數(shù)據(jù)野外采集設(shè)備。第一章第一章 緒緒 論論44 （二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集

33、系統(tǒng)簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DAS（Data Acquisition System），是用于數(shù)據(jù)采集的成套），是用于數(shù)據(jù)采集的成套設(shè)備。設(shè)備。是指將各種模擬量進(jìn)行取樣、量化轉(zhuǎn)換是指將各種模擬量進(jìn)行取樣、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、成數(shù)字量后，以便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的顯示或打印的裝置。裝置。是計(jì)算機(jī)與外部世界聯(lián)系是計(jì)算機(jī)與外部世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途經(jīng)。的橋梁，是獲取信息的重要途經(jīng)。第一章第一章 緒緒 論論45數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)傳感器傳感器模擬信號(hào)模擬信號(hào)調(diào)理調(diào)理數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集電路電路微機(jī)微機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)第一章第一章 緒緒 論論4

34、6多路模擬輸入通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多路模擬輸入通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 同時(shí)測(cè)量多種物理量或同一種物理同時(shí)測(cè)量多種物理量或同一種物理量的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)。量的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)。 多路模擬輸入通道可分為兩大類型：多路模擬輸入通道可分為兩大類型： 集中式采集集中式采集 分布式采集分布式采集第一章第一章 緒緒 論論47 1、多路模擬信號(hào)集中式采集、多路模擬信號(hào)集中式采集1 1）集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)之一）集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)之一傳感器傳感器1傳感器傳感器2傳感器傳感器3調(diào)理調(diào)理調(diào)理調(diào)理調(diào)理調(diào)理模模擬擬多多路路開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)A/ /D計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)控制邏輯控制邏輯S/HS/H多路共用采集電路分時(shí)采集多路共用采集電路分時(shí)

35、采集第一章第一章 緒緒 論論482 2）集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)之二）集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)之二傳感器傳感器1傳感器傳感器2傳感器傳感器3調(diào)理調(diào)理調(diào)理調(diào)理調(diào)理調(diào)理S/HS/H模模擬擬多多路路開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/HA/ /D計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)控制邏輯控制邏輯多路同步取樣共用多路同步取樣共用A/D分時(shí)采集分時(shí)采集第一章第一章 緒緒 論論493 3） 集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)之三集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)之三多通道同步采樣多通道同步采樣A/D，分時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，分時(shí)傳輸數(shù)據(jù)多通道獨(dú)立取樣多通道獨(dú)立取樣A/D，有通道緩存，有通道緩存第一章第一章 緒緒 論論50通信接口通信接口上位機(jī)上位機(jī)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采

36、集站1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站3數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站采集站N模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)2、分布式采集、分布式采集第一章第一章 緒緒 論論51 所謂地震勘探就是用人工方法激發(fā)地震波，研所謂地震勘探就是用人工方法激發(fā)地震波，研究地震波在地層中傳播的規(guī)律，以查明地下的地質(zhì)究地震波在地層中傳播的規(guī)律，以查明地下的地質(zhì)情況，為尋找油氣田或其它勘探目的服務(wù)的一種物情況，為尋找油氣田或其它勘探目的服務(wù)的一種物探方法。地震勘探基本上可分為三個(gè)階段：探方法。地震勘探基本上可分為三個(gè)階段：野外數(shù)野外數(shù)據(jù)采集、室內(nèi)資料處理、地震資料解釋據(jù)采集、室內(nèi)資料處理、地震資料解釋。每一個(gè)階。每一個(gè)階段都

37、需要使用一定的設(shè)備才能完成預(yù)期的任務(wù)?？倍味夹枰褂靡欢ǖ脑O(shè)備才能完成預(yù)期的任務(wù)?？辈閮x器就是野外數(shù)據(jù)采集的設(shè)備。野外數(shù)據(jù)采集階查儀器就是野外數(shù)據(jù)采集的設(shè)備。野外數(shù)據(jù)采集階段也就是地震勘探第一階段的最終成果，就是地震段也就是地震勘探第一階段的最終成果，就是地震勘探儀器產(chǎn)生的野外地震記錄，這些記錄是地震勘勘探儀器產(chǎn)生的野外地震記錄，這些記錄是地震勘探第二、第三階段工作的原始依據(jù)和工作基礎(chǔ)，探第二、第三階段工作的原始依據(jù)和工作基礎(chǔ)，第一章第一章 緒緒 論論52所以，儀器性能好壞和使用是否恰當(dāng)，直接影所以，儀器性能好壞和使用是否恰當(dāng)，直接影響地震記錄質(zhì)量，也就必然影響到后期資料處響地震記錄質(zhì)量，也就

38、必然影響到后期資料處理與解釋工作，最終勢(shì)必影響到地震勘探效果，理與解釋工作，最終勢(shì)必影響到地震勘探效果，所以，地震勘探儀器是地震勘探裝備中最基礎(chǔ)所以，地震勘探儀器是地震勘探裝備中最基礎(chǔ)的設(shè)備，也是最關(guān)鍵、最重要的設(shè)備。的設(shè)備，也是最關(guān)鍵、最重要的設(shè)備。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)與外部世界聯(lián)系的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)與外部世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。數(shù)據(jù)采集技術(shù)橋梁，是獲取信息的重要途徑。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要組成部分，已廣泛應(yīng)用于國(guó)是信息科學(xué)的重要組成部分，已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，并且隨著科學(xué)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

39、與普及，技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與普及，數(shù)據(jù)采集技術(shù)將有廣闊的發(fā)展前景。數(shù)據(jù)采集技術(shù)將有廣闊的發(fā)展前景。第一章第一章 緒緒 論論53 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)追求的最主要數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)追求的最主要目標(biāo)有兩個(gè)目標(biāo)有兩個(gè)：一是一是精度，精度，二是二是速度。速度。對(duì)任何量的測(cè)試都要有對(duì)任何量的測(cè)試都要有一定的精確度要求，否則將失去測(cè)試的意義；一定的精確度要求，否則將失去測(cè)試的意義；提高數(shù)據(jù)采集的速度不僅僅是提高了工作效率，提高數(shù)據(jù)采集的速度不僅僅是提高了工作效率，更主要的是擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的適用范圍，便更主要的是擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的適用范圍，便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試。第一章第一章 緒緒 論論54（三

40、）現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：（三）現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：1、現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般都由、現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般都由計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控制，控制，使得數(shù)據(jù)采集的使得數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效率質(zhì)量和效率等大為提高，也等大為提高，也節(jié)省了硬件投資。節(jié)省了硬件投資。2、軟件在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用越來(lái)越大，、軟件在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用越來(lái)越大，這增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。這增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。（強(qiáng)調(diào)軟件的（強(qiáng)調(diào)軟件的作用）作用）第一章第一章 緒緒 論論55 3 3、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理相互結(jié)合得日益緊、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理相互結(jié)合得日益緊密，形成數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)從數(shù)密，形成數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采

41、集、處理到控制的全部工作。據(jù)采集、處理到控制的全部工作。（采集與（采集與處理相結(jié)合）處理相結(jié)合） 4 4、數(shù)據(jù)采集過(guò)程一般都具有數(shù)據(jù)采集過(guò)程一般都具有“實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)”特特性，性，實(shí)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是能滿足實(shí)際需要；對(duì)于通用數(shù)實(shí)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是能滿足實(shí)際需要；對(duì)于通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般希望有據(jù)采集系統(tǒng)一般希望有盡可能高的速度盡可能高的速度，以，以滿足更多的應(yīng)用環(huán)境。滿足更多的應(yīng)用環(huán)境。第一章第一章 緒緒 論論565 5、隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電路集成度、隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電路集成度的提高，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的的提高，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積越來(lái)越小，可體積越來(lái)越小，可靠性越來(lái)越高，靠性越來(lái)越高，甚至出現(xiàn)了單片數(shù)據(jù)采集系甚至

42、出現(xiàn)了單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。統(tǒng)。 6 6、總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)、總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，用，總線技術(shù)總線技術(shù)它對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展它對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要作用。起著重要作用。第一章第一章 緒緒 論論57第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成與主要技術(shù)指標(biāo)與主要技術(shù)指標(biāo) 第一章第一章 緒緒 論論58一、一、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成二、二、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一章第一章 緒緒 論論59一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括硬件硬件和和軟件

43、軟件兩大部分，兩大部分，硬件部分又可分為模擬部分和數(shù)字部分。下圖硬件部分又可分為模擬部分和數(shù)字部分。下圖是硬件基本組成示意圖。是硬件基本組成示意圖。前置放大前置放大傳感器傳感器ADC濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器n1 1前置放大前置放大傳感器傳感器濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器n1n n傳感器傳感器1n多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)前置放大前置放大濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器前置放大前置放大傳感器傳感器ADC濾波器濾波器前置放大前置放大濾波

44、器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)前置放大前置放大濾波器濾波器前置放大前置放大傳感器傳感器傳感器傳感器第一章第一章 緒緒 論論60前置放大前置放大傳感器傳感器ADC濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器1n下面簡(jiǎn)單介紹一下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。下面簡(jiǎn)單介紹一下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。通常把傳感器輸出到通常把傳感器輸出到A/D轉(zhuǎn)換器輸出的轉(zhuǎn)換器輸出的這一段信號(hào)通道稱為這一段信號(hào)通道稱為模擬通道模擬通道。第一章第一章 緒緒 論論61前置放大前置放大傳感器傳感器ADC

45、濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)前置放大前置放大濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器傳感器傳感器傳感器傳感器1n傳感器傳感器的作用是把非電的物理量轉(zhuǎn)變成模擬的作用是把非電的物理量轉(zhuǎn)變成模擬電量電量( (如電壓、電流或頻率如電壓、電流或頻率) )，例如使用熱電偶、，例如使用熱電偶、熱電阻可以獲得隨溫度變化的電壓；轉(zhuǎn)速傳感熱電阻可以獲得隨溫度變化的電壓；轉(zhuǎn)速傳感器常把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電脈沖；檢波器把地震波轉(zhuǎn)器常把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電脈沖；檢波器把地震波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)等。換為電信號(hào)等。第一章第一章 緒緒 論論62地震檢

46、波器地震檢波器就是地球物就是地球物理勘探中常理勘探中常用的傳感器用的傳感器, ,它將地面的它將地面的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電信號(hào)。第一章第一章 緒緒 論論63多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)前置放大前置放大濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器傳感器傳感器傳感器傳感器前置放大前置放大傳感器傳感器ADC濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器1n放大器放大器用來(lái)用來(lái)放大和緩沖輸入信號(hào)放大和緩沖輸入信號(hào)。由于傳感器輸出的信號(hào)較小，例如地震信號(hào)電壓。由于傳感器輸出的信號(hào)較小，例如地震信號(hào)電壓大不過(guò)幾毫伏，小不到一微伏；人體生物電信號(hào)僅是微

47、伏量級(jí)。因此，需要加以放大不過(guò)幾毫伏，小不到一微伏；人體生物電信號(hào)僅是微伏量級(jí)。因此，需要加以放大。以滿足大多數(shù)大。以滿足大多數(shù)AD轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入510 V的要求。此外，某些傳感器內(nèi)的要求。此外，某些傳感器內(nèi)阻比較大，輸出功率較小，這樣阻比較大，輸出功率較小，這樣放大器還起到了阻抗變換器放大器還起到了阻抗變換器的作用來(lái)緩沖輸入信號(hào)。的作用來(lái)緩沖輸入信號(hào)。由于各類傳感器輸出信號(hào)的情況各不相同，所以放大器的種類也很繁雜。例如為了由于各類傳感器輸出信號(hào)的情況各不相同，所以放大器的種類也很繁雜。例如為了減少輸入信號(hào)的共模分量，就產(chǎn)生了各種差分放大器、減少輸入信號(hào)的共模分量，就產(chǎn)生

48、了各種差分放大器、儀用放大器儀用放大器和隔離放大器；和隔離放大器；為了使不同數(shù)量級(jí)的輸入電壓都具有最佳變換，就有量程可以變換的程控放大器；為了使不同數(shù)量級(jí)的輸入電壓都具有最佳變換，就有量程可以變換的程控放大器；為了減少放大器輸出的漂移，則有斬波穩(wěn)零和激光修正的精密放大器。為了減少放大器輸出的漂移，則有斬波穩(wěn)零和激光修正的精密放大器。第一章第一章 緒緒 論論64多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)前置放大前置放大濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器傳感器傳感器傳感器傳感器1n前置放大前置放大傳感器傳感器ADC濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器

49、傳感器 傳感器和電路中的器件常會(huì)產(chǎn)生噪聲，人為的發(fā)傳感器和電路中的器件常會(huì)產(chǎn)生噪聲，人為的發(fā)射源也可以通過(guò)各種耦合渠道使信號(hào)通道感染上噪射源也可以通過(guò)各種耦合渠道使信號(hào)通道感染上噪聲。例如工頻信號(hào)可以成為一種人為的干擾源。這聲。例如工頻信號(hào)可以成為一種人為的干擾源。這種噪聲可以用種噪聲可以用濾波器濾波器來(lái)衰減。以提高模擬輸入信號(hào)來(lái)衰減。以提高模擬輸入信號(hào)的信噪比。的信噪比。第一章第一章 緒緒 論論65前置放大前置放大傳感器傳感器ADC濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)前置放大前置放大濾波器濾波器前置放大

50、前置放大濾波器濾波器傳感器傳感器傳感器傳感器 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往要對(duì)多個(gè)物理量進(jìn)行采集，即所謂在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往要對(duì)多個(gè)物理量進(jìn)行采集，即所謂多路巡回檢測(cè)，這可通過(guò)多多路巡回檢測(cè)，這可通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)路模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。多路模擬開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。多路模擬開(kāi)關(guān)可以分時(shí)選通來(lái)自多個(gè)輸入通道的某一路信號(hào)，因此，在多路可以分時(shí)選通來(lái)自多個(gè)輸入通道的某一路信號(hào)，因此，在多路開(kāi)關(guān)后的單元電路，如采樣保持電路、開(kāi)關(guān)后的單元電路，如采樣保持電路、AD及處理器電路及處理器電路等，只需一套即可。這樣節(jié)省成本和體積。但這僅僅在物理量等，只需一套即可。這樣節(jié)省成本和體積。但這僅僅在物理量變化比較緩慢、變化周期在數(shù)十至

51、數(shù)百毫秒之間的情況下較合變化比較緩慢、變化周期在數(shù)十至數(shù)百毫秒之間的情況下較合適。因?yàn)檫@時(shí)可以使用普通的數(shù)十微秒適。因?yàn)檫@時(shí)可以使用普通的數(shù)十微秒AD轉(zhuǎn)換器從容地分轉(zhuǎn)換器從容地分時(shí)處理這些信號(hào)。時(shí)處理這些信號(hào)。1n第一章第一章 緒緒 論論66多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)前置放大前置放大濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器傳感器傳感器傳感器傳感器前置放大前置放大傳感器傳感器ADC濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器1n但當(dāng)分時(shí)通道較多時(shí)，必須注意泄漏及邏輯安排等問(wèn)題；但當(dāng)分時(shí)通道較多時(shí)，必須注意泄漏及邏輯安排等問(wèn)題；當(dāng)信號(hào)頻率較高

52、時(shí)，使用多路分路開(kāi)關(guān)后，對(duì)當(dāng)信號(hào)頻率較高時(shí)，使用多路分路開(kāi)關(guān)后，對(duì)AD的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速率要求也隨之上升。在數(shù)據(jù)通過(guò)率超過(guò)速率要求也隨之上升。在數(shù)據(jù)通過(guò)率超過(guò)4050 kHz時(shí)，一時(shí)，一般不再使用分時(shí)的多路開(kāi)關(guān)技術(shù)。模擬多路開(kāi)關(guān)有時(shí)也可以般不再使用分時(shí)的多路開(kāi)關(guān)技術(shù)。模擬多路開(kāi)關(guān)有時(shí)也可以安排在放大器之前，但當(dāng)輸入的信號(hào)電平較低時(shí)，需注意選安排在放大器之前，但當(dāng)輸入的信號(hào)電平較低時(shí)，需注意選擇多路模擬開(kāi)關(guān)的類型。若選用集成電路的模擬多路開(kāi)關(guān)，擇多路模擬開(kāi)關(guān)的類型。若選用集成電路的模擬多路開(kāi)關(guān)，由于它比干簧或繼電器組成的多路開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻大。泄漏電由于它比干簧或繼電器組成的多路開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻大。泄漏電流

53、大，因而有較大的誤差產(chǎn)生。所以流大，因而有較大的誤差產(chǎn)生。所以要根據(jù)具體情況來(lái)選擇要根據(jù)具體情況來(lái)選擇多路模擬開(kāi)關(guān)的類型。多路模擬開(kāi)關(guān)的類型。第一章第一章 緒緒 論論67前置放大前置放大傳感器傳感器ADC濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)前置放大前置放大濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器傳感器傳感器傳感器傳感器1n模擬開(kāi)關(guān)之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分，它包括模擬開(kāi)關(guān)之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分，它包括采樣采樣保持和保持和AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路。采樣保持電路的作用是快速。采樣保持電路的作用是快速拾取模擬多路開(kāi)

54、關(guān)輸出的子樣脈沖，并保持幅值恒定，拾取模擬多路開(kāi)關(guān)輸出的子樣脈沖，并保持幅值恒定，以提高以提高AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，如果把采樣保持電轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，如果把采樣保持電路放在模擬多路開(kāi)關(guān)之前路放在模擬多路開(kāi)關(guān)之前( (每道一個(gè)每道一個(gè)) )，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采樣。時(shí)信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采樣。第一章第一章 緒緒 論論68多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)前置放大前置放大濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器傳感器傳感器傳感器傳感器前置放大前置放大傳感器傳感器ADC濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器1n采樣保持器輸出的信號(hào)送

55、至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬采樣保持器輸出的信號(hào)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。由于輸入信號(hào)變化速度不同，系統(tǒng)對(duì)分輸入通道的關(guān)鍵電路。由于輸入信號(hào)變化速度不同，系統(tǒng)對(duì)分辨力、精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同，所以辨力、精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同，所以AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的種類也較多。早期的采樣保持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要數(shù)據(jù)器的種類也較多。早期的采樣保持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員自行設(shè)計(jì)，目前普遍采用單片集成電路，有采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員自行設(shè)計(jì)，目前普遍采用單片集成電路，有的單片的單片AD轉(zhuǎn)換器內(nèi)部還包含有采樣保持電路、基準(zhǔn)電源轉(zhuǎn)換器內(nèi)部還包含有采樣保持電路、基準(zhǔn)電源和

56、接口電路，這為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了較大方便。和接口電路，這為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了較大方便。第一章第一章 緒緒 論論69多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)前置放大前置放大濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器傳感器傳感器傳感器傳感器前置放大前置放大傳感器傳感器ADC濾波器濾波器前置放大前置放大濾波器濾波器多多路路模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)S/H計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接接口口傳感器傳感器1n A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果要送給計(jì)算機(jī)。有的采用轉(zhuǎn)換的結(jié)果要送給計(jì)算機(jī)。有的采用并行碼并行碼輸出，有的則采用輸出，有的則采用串行碼串行碼輸出。使用串輸出。使用串行輸出結(jié)果的方式對(duì)長(zhǎng)距離傳輸和需要光電隔行輸出結(jié)果的方式對(duì)長(zhǎng)距離傳輸和需要光電隔離的場(chǎng)合較為有利。

57、離的場(chǎng)合較為有利。第一章第一章 緒緒 論論70二、二、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求和具體應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求和具體應(yīng)用目的與應(yīng)用環(huán)境有密切關(guān)系，對(duì)應(yīng)不同用目的與應(yīng)用環(huán)境有密切關(guān)系，對(duì)應(yīng)不同的情況往往有不同的要求。以下給出的是的情況往往有不同的要求。以下給出的是比較主要和常用的幾個(gè)指標(biāo)的含義。比較主要和常用的幾個(gè)指標(biāo)的含義。第一章第一章 緒緒 論論71 1 1、系統(tǒng)分辨率、系統(tǒng)分辨率：是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號(hào)最小變化量以分辨的輸入信號(hào)最小變化量。通常用最。通常用最低有效位值低有效位值( (LSB) )占系統(tǒng)滿度信號(hào)的百分占系統(tǒng)滿度信號(hào)的百分比表示，或用系統(tǒng)可分辨的實(shí)際電壓數(shù)值比表示，或用系統(tǒng)可分辨的實(shí)際電壓數(shù)值來(lái)