信号调理
- 信号调理（Signal Conditioning）是通过控制信号来提高测量精度、实现隔离、进行滤波以及线性化的过程。通过信号调理可以使DAQ系统的可靠性及性能得到极大的改善，对于DAQ和控制系统是非常重要的。
- 为了测量来自于传感器的信号，必须把这些转换成DAQ设备可以接收的数据。例如，大多数热电隅的输出电压是非常微弱的，同时也容易被噪声所污染，所以在对这些信号进行数据化读入计算机前就需要进行放大，这种放大就是一种类型的信号调理。
- 信号调理的重要性就在于其能够在信号/传感器、DAQ板卡和PC机之间提供接口，在一个系统中同时使用测量板卡。
一、信号调理的类型
通常的信号调理类型包括：放大、线性化、传感器激励、滤波、多路转换、同步采样/保持和隔离等等。
加入前端信号调理技术，能够做到：
- 即使在一个系统中也可以进行大量信号和传感器的测量
- 通过信号隔离增加对系统的保护
- 扩展系统中通道的数量
- 构建带有多种信号类型的多通道数据采集系统
- 放大、滤波和同步采样改善测量系统的性能
- 通过开关和数字I/O接口控制外部设备和传送信号
（1）放大
放大是最为常用的一种信号调理手段。放大的目的就是要在对电模拟的信号进行数字化之前进行放大，消除噪声的影响，提高测量的准确性。放大的过程可以在DAQ设备内部中进行，也可以外部如SCXI（Signal Conditioning extension for Instruments，高性能的信号调理平台）模块内进行，基本原则是放大要尽量的靠近信号源，以提高SNR（信噪比）。为了最大程度的提高测量精度，应该把信号放大到接近ADC的最大输入范围的程度。
放大信号接近信号源以提高SNR
如果选择在DAQ设备内部的仪器放大器内进行放大，则会把传输过程中混入的噪声一起放大，导致SNR的降低。然而，如果在选择靠近信号源的SCXI模块中进行放大，则噪声对信号的影响就会大大减小，经过A/D转换后的信号就更接近原始的微弱信号。
抑制噪声可以采用的方法：
(1)使用屏蔽电缆或是双绞线；
(2)减少传输线的长度；
(3)使信号线远离交流电源线和显示设备，避免50Hz或60Hz的噪声
（2）线性化
大多数传感器，比如热电隅，对于要测量的物理现象变化的响应都是非线性的。LabVIEW可以对来自传感器的电压信号进行线性化，并建立起测量电压与测量的物理现象变化的关系。在LabVIEW中提供了一些函数，可以完成进行电压与应变片、RTDs、热电隅和热电阻等等之间的转换。
（3）传感器的激励
由于一些传感器的正常工作还必须要得到外部的激励，通过信号调理系统就可以这些传感器提供激励，比如应变片、RTDs分别需要外部的电压和电流来激励其内部的电路来测量外部的压力和温度。这种激励和电视机需要电源才能接收电视信号的同样的道理。
（4）隔离
有时为了计算机系统的安全，还需要对传感来的信号进行隔离。因为有时需要测量的信号内部夹着着高压尖脉冲，这对计算机和操作者都可以造成伤害。在没有进行任何形式隔离的情况下，一定不要把这类信号直接连接到DAQ设备上。
同时使用隔离还能够有效的防止接地电位的不同对测量的影响。当信号地与DAQ设备地的具有不同的电位时，就会产生一个地环流，地环流的存在会影响信号测量的精度。如果信号与DAQ设备之间的电位差比较大时，就会损坏测量系统。使用SCXI模块可以抑制地环流，并保证信号的精确测量。
二、信号调理的五个关键问题
（1）信号类型的范围
选择一个可以支持多种信号类型的信号调理硬件对于保护DAQ系统来说时非常关键的。另外，将多种测量同时包含在一个单一的DAQ系统中的可以极大的减少开发时间。因此，应该集中在如何进行测试而不是如何进行硬件配置。例如：设计出一个汽车发动机在投入使用前，为了准确描述其参数，必须经过大量的测试，测量各种各样的信号，包括温度、电压、振动、频率（RPM）扭矩等等，每一种信号都需要独自的调理方法。
一般来说，针对上面的情况，需要给每个测量类型单独的配置独立设备，要配置多个设备。通过现有的高性能信号调理硬件，如SCXI和SCC，你可以很容易把测量包含到一个单一的、坚固的机箱中，并且从单一的软件接口，如NI－DAQ，来配置它们。这样就减少了开发时间和费用。
（2）信号的连接
由于现有的传感器连接器样式繁多，这就要求信号调理硬件不仅仅是提供各种普通的连接选择，而且能够提供一些特殊的选择，这一点是非常重要的。无论使用D－Sub接口的应变片还是使用BNC接口的加速计，信号调理平台应该非常简单的连接上所有的传感器，简化系统的组成。一些信号调理硬件，象SCC就可以很容易的把传感器来信号直接连接到通道上。
（3）系统的可扩展性
当应用需要改进，测量需求发生改变时，拥有一个具有扩展性和改变应用程序柔性的DAQ系统是非常重要的。扩展DAQ系统不需要完整的检查信号调理平台，使用标准化的信号调理硬件，如SCXI、SCC和FieldPoint，通过加入其它标准件可以非常快的增加系统中信号的数量和种类。这样保护了DAQ系统的投资，可以在极短的时间内扩展通道数量，极大的减少了更新系统和运行的时间。这种可扩展性减少了开发者在DAQ系统上的总共的开支。
（4）形式因素
大小、环境的限制是决定应用中大部分的常用信号调理硬件的形式的主要因素。因为空间在大多数实验室和测试平台中是非常珍贵的，所以应该组建在尽量少的空间中包含更多的通道的DAQ系统。
拥有高通道密度的信号调理，如SCXI，在减少每条通道投资的同时，使DAQ系统需要的空间最小。在可移动的应用中，信号调理硬件必须简单和重量轻，还要提供高性能。例如SCC信号调理可以快速连接到DAQ设备和易于很方便的放在一台笔记本电脑下边。另外，在恶劣的工业环境中，需要信号调理具有坚固的封装，如FieldPoint和SCXI。为了在极端的环境中有效的工作，像FieldPoint和SCXI这样的硬件能够承受一个很宽的工作温度范围（如FieldPoint中是－40-70摄氏度）以及严重震动和振动。
5）集成性
为了实现DAQ系统全部生产潜力和价值，必须要将各部分的元件无缝连接。特别地，信号调理硬件必须将复杂的信号类型包含到单一的系统中，并能快速简单地连接到DAQ装置上。依靠这些性能，可以极大地减少安装时间。另外，通过选择和DAQ系统装置无缝连接的信号调理硬件，可以轻松的提高通过升级DAQ装置来升级整个DAQ系统的速度和频率。这样，集成的信号调理硬件能够减少现在和未来系统开发的花费。
硬件整合是非常严格的，同时再使用一些易用的软件工具，就能完全发挥出硬件的最大效力。特别是，把软件驱动与有效的整合，可提供一个统一的界面，就像NI－DAQ和MAX与LabVIEW。NI－DAQ驱动软件靠LabVIEW整合，因此可以容易地配置和检测到测量装置并快速将它们包含到DAQ系统应用中。当考虑应用开发是整个DAQ系统价值的主要部分时，将驱动软件与程序开发环境的紧密整合就更加重要。
