高速数据采集时，遇到“混叠”和“幅度分辨率不足”怎么办？

在使用模块化数字化仪进行测量时，重要的是要注意一些常见的设置问题，这些问题会导致数据不良和浪费时间。本文将对“混叠”和“幅度分辨率不足”两个问题提供深入解答。

混叠，采样数据系统的普遍问题。VPX采集存储系统的主要架构一般为：VPX高速采集板，VPXFPGASATA控制板，VPX磁盘板（一般选用SSD固态硬盘）及VPX机箱平台等。自采样数据采集系统出现以来，由于输入信号采样不足而引起的混叠问题就一直存在。采用较的数据仪器，如数字化仪和数字示波器，根据采样定理，要求模拟信号的采样频率大于输入端存在的较高频率分量的两倍。如果不满足这个条件，就会产生混叠。当前的数字转换器设计通常包含大大超过模拟带宽的较大采样率。通过将其与长采集存储器相结合，这些数字化器较小化了这个经典问题。 但是，用户应该注意混叠，尤其是在将采样率编程为较低速度时。

采样数据系统对输入信号进行采样并存储结果数字数据。 如果采样率满足或超过采样定理的规则，则可以重建信号而不丢失任何信息。如果模拟输入波形的采样频率小于其较大频率的两倍，则数字采样的重建结果会产生频率低于原始频率的波形。

幅度分辨率不足

数字转换器使用模拟到数字转换器(adc)将模拟信号的样本转换成数字值。如果采样率满足或超过采样定理的规则，则可以重建信号而不丢失任何信息。ADC的分辨率是用于数字化输入样本的比特数。对于一个n位ADC，可以产生的离散数字电平数为2n。因此，一个12位数字转换器可以解决212或4096级。较小有效位(lsb)表示可以检测到的较小间隔，对于12位数字转换器，较小有效位为1/4096或2.4 x 10-4。为了将lsb转换成电压，我们取数字化仪的输入范围除以2，提高到数字化仪的分辨率。

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数据采集的基本理论

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采样过程为了对模拟信号用数字方法处理，应先将模拟信号数字化，即进行模/数(A/D)转换。模/数转换器模/数转换器是整个数据采集系统的核心，它的性能直接限制系统的性能。模/数转换过程，包括三个内容：一是采样，二是量化，三是编码。一个模拟信号首先经过预采样滤波器，对信号进行调理，然后由采样器在每个采样时刻读出一个数据；再由模数转换器(ADC)量化为二进制数码，数据之后保存到存储器用于数字信号处理。模/数转换器模/数转换器是整个数据采集系统的核心，它的性能直接限制系统的性能。要使设计的系统能满足工作条件，首先要选对模/数转换器。因此，有必要去了解模/数转换器的发展状况。采样方式常见的采样方式可分为“实时采样”和“等效时间采样”两大类。“实时采样”是在信号存在期间对其采样。按照采样定理，采样速率必须高于信号中较高频率分量的 2 倍；对于周期性正弦信号，一个周期内应该至少有两个采样点。“实时采样”除了通常使用的定时采样外，还常常使用“等点采样”，即“变步长采样”。这种采样方法不论被测信号频率为多少，一个信号周期内均匀采样的点数总共为 N 个。

同步数据采集卡的电能质量分析方案

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的质量。数据采集板的应用与这些关键词息息相关：信号类型（脉冲、中频、射频…。理想状态的公用电网应以恒定的频率、标准正弦波和额定电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值大小应相等、相位对称且相差120度。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称、负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想状态并不存在。因此，产生了电网运行电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。

根据现象可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。

对于电能质量分析，同步采集是一个首要条件，如果采用异步采集，通道间的采集时间差，会带来相位、功率等方面的误差。以三相四线的电能质量分析分例，需要分别采集三相的电压和三相的电流，以及零线电流。那么，就需要7个通道完成数据采集工作。