数据采集复习Word文档格式.docx
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(8)霍尔传感器:
由霍尔元件及有关电路组成的传感器(霍尔元件:
基于霍尔效应的一种磁敏式传感器)
(9)光纤传感器(FOS):
是基于光导纤维的新型传感器(包括光源,光纤,传感头,光探测器和信号处理电路5个部分)
(10)超声波传感器:
实现声电转换的装置
(11)微波传感器:
利用微波特性来检测某些物理量的器件或装置
(12)化学传感器:
(13)MEMS传感器:
通常称微机电系统
传声器和图像传感器
1.不同类型传声器的主要区别:
包括动圈式(电动式传声器)、电容式(静电式传声器)、驻极体电容传声器ECM(静电式传声器)
动圈式传声器:
是速度型传声器,不需供电,价格便宜。
但是灵敏度低,频响不够宽
电容式传声器:
灵敏度高,频率响应好,音色优美,性能优良,但是价格高,需要幻相电源
驻极体传声器(ECM):
又叫驻极体电容传声器,工作原理和电容式传声器基本相同,突出特点是不需要极化电压
灵敏度方面:
灵敏度级方面:
频率响应方面:
2.传声器的性能指标
(1)灵敏度:
是表征传声器声电转换能力的一个指标
灵敏度参数一般用灵敏度级来表示,单位为分贝
(2)频率响应
(3)等效噪声级:
信噪比公式:
(4)指向性:
传声器的灵敏度随声波入射的方向而变化的特性。
(5)动态范围:
传声器动态范围=最大声压级-等效噪声级
一般为100—110dB
它反映传声器所能接收声音的范围,上限受谐波失真限制,下限受固有噪声限制
(6)最高声压级:
传声器的谐波失真大到一定允许值时的声压级,即为传声器的最大声压级,反映了传声器工作的上限
最大声压级为126dB,谐波失真在0.5%以内的电容传声器,就是较专业的传声器。
(7)输出阻抗:
一般传声器均为低阻:
传输距离远
负载阻抗≥5倍输出阻抗
3.CCD和CMOS的区别
第三章模拟信号调理
1.模拟多路开关的概念
多路开关:
在多路被测信号共用一路A/D转换器的数据采集系统中,用来将多路被测信号分别传送到A/D转换器进行转换,以便计算机能对多路被测信号进行处理。
分类:
双极型晶体管开关
场效应晶体管开关
集成电路开关
集成电路开关的工作原理:
计算机发送一个4位二进制码的计数脉冲到计数器,计数器收到脉冲变成0001,经过四-16译码器之后第一根线输出高电平,开关T1导通,UO=Ui1。
若要打开T1到T3,则继续输入脉冲,每加入一次脉冲,使计数器加1,分别成为0001,0010,0011,由此T1,T2,T3全部打开。
2.模拟多路开关的电路特性
(1)漏电流:
通过断开的模拟开关的电流,用Is表示
输出端的误差电压
n:
并联的模拟开关数;
IS:
单个开关断开时漏电流
改进方法:
采用分级结合电路,如可以把3n个通道分成3组,然后用3个第二级开关接到输出端,由此使漏电流从(3n-1)Is变成(n-1)Is
(2)动态响应
等效电容CT:
表示所有开关输出电容COT与负载电容CL之和
时间常数Tc=(Rs+Ron)×
CT
开关切换时间tS=Tc*ln(100/误差)误差:
以百分数表示的误差数值中百分号前的数字
等效电路的带宽:
(3)源负载效应误差:
信号源电阻Rs和开关导通电阻Ron与多路开关所接器件的等效电阻RL分压引起的误差
解决方法:
提高负载内阻使RL>
>
RS+RON
(4)串扰:
断开通道的信号电压耦合到接收通道引起的干扰
消除抖动的方法:
硬件方法:
用硬件电路来实现,即用RC滤波器消除抖动
软件方法:
用软件延时的方法解决(较有优势)
3.测量放大器、程控放大器的基本概念
运用前置放大器的依据:
调理电路中放大器设置在滤波器前有利于减少电路的等效输入噪声
程控放大器(PGA):
智能仪器含有微处理器,用仪器内置的程序控制放大器的增益。
测量放大器
功能:
放大传感器输出的微弱电压或电流信号
抗干扰能力:
对直流共模信号的抑制比为无穷大;
对交流共模信号会出现对输入的干扰,通过在输入端接输入保护电路并将信号屏蔽来抑制交流共模信号的干扰
技术指标:
(1)非线性度:
放大器实际输入输出关系曲线与理想直线的偏差(与增益有关)
(2)温漂:
测量放大器输出电压随温度变化的程度
(3)建立时间:
从阶跃信号给出瞬间到放大器输出电压达到并保持在给定误差范围所需的时间
(4)恢复时间:
指放大器撤除驱动信号瞬间至放大器由饱和状态恢复到最终值所需的时间
(5)电源引起的失调:
电源电压每变化1%引起放大器的漂移电压值
(6)共模抑制比:
4.开关电容滤波器基本原理
基本原理:
采用开关和电容来取代传统RC有源滤波器的电阻,而等效电阻的阻值由开关频率决定。
特点:
(1)时钟频率一定时,开关电容滤波器的特性仅取决于电容的比值
(2)电路结构确定时,开关电容滤波器的特性仅取决于时钟频率,改变时钟频率即可改变滤波器特性
(3)开关电容滤波器可直接处理模拟信号,而不用像数字滤波器那样需要A/D,D/A变换,简化了电路特性,提高系统的可靠性
(4)发展迅速
第四章模拟信号数字化
1.舍入法和截断法两种量化方式的性能
量化的概念:
将幅度连续变化的信号变成幅度值为有限序列的量化信号
量化误差:
量化器输入输出之间的差值
(对于舍入法和截断法,变换位数越大,量化误差越小)
2.采样保持器概念
(在固定时间点上取出被处理信号的值,并把这个信号值放大后存储起来,保持一段时间,以供模数转换器转换,直到下一个采样时间再取出一个模拟信号值来代替原来的值。
)
采样模式:
输出跟随输入信号的变化,在该模式结束瞬间输入信号被采样
保持模式:
将采样信号保持一段恒定的时间以供后续电路使用
作用:
采样/保持器的作用是保证A/D转换器的输入模拟电压的稳定,从而提高A/D转换精度;
不是所有的模拟量输入通道都需要采样保持器,当模拟信号的变化幅度小于A/D转换器的1/2LSB时,就不需要采样保持器。
3.采样保持器的性能指标
(1)孔径时间tAP:
保持指令给出瞬间到电路接收到命令并进入保持模式所经历的时间
引起后果:
孔径误差——采样保持器实际保持的输出值与希望输出值之差
(2)孔径抖动tAP:
孔径时间的变化范围
(3)建立时间tST:
从采样保持电路进入保持模式开始到输出电压稳定到一定精度所需时间。
影响:
ADC最大采样速度
(4)捕捉时间tAC:
采样保持器从保持状态转到采样状态时,输出跟踪输入信号的变化,当输出与输入之间的差值小于某个误差指标时所花费的时间
包括:
控制信号传输时延;
开关动作时间;
保持电容的充电时间
电路达到的最大采样速度
(5)保持电压的下降:
采样保持器处于保持状态时,由于漏电流使保持电压值下降,下降值随时间增加增大
保持电压的下降率:
I为保持电容的漏电流
4.采样保持器保持电容的重要性
保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。
保持电容值小,则采样状态时充电时间常数小,即保持电容充电快,输出对输入信号的跟随特性好,但在保持状态时放电时间常数也小,即保持电容放电快,故保持性能差;
反之,保持电容值大,电荷转移误差小,保持性能好,保持电压的变化率小,但跟随特性差。
5.ADC的性能指标
静态指标:
(1)分辨率:
AD转换器所能分辨模拟输入信号的最小变化量,对于n位的AD转换器,
(2)转换时间和转换速率:
转换时间:
俺早规定的精度将模拟信号转换为数字信号并输出所需时间
转换速率:
AD转换器每秒钟转换的次数
(3)失调误差:
转换器输入信号为零时仍然存在非零的输出电压或电流
(4)增益误差:
满量程输出数码时,实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差
(5)线性误差:
没有增益误差、偏移误差和量化误差的情况下,实际传输特性曲线与理想特性曲线之差(该误差无法补偿)
动态指标:
通常的测试方法:
输入端加正弦信号,对数字输出进行FFT变换,分析频谱信息得到
(1)无杂散动态范围SFDR:
ADC输出基频信号能量与奈奎斯特频带内最大的杂散能量之比
是表征ADC线性度的主要参数
(2)信噪比SNR:
ADC输出端信号能量与所有噪声能量的比值
(3)总谐波失真THD:
ADC输出端总的谐波能量与信号能量的比值
(4)信号噪声谐波比SNDR:
输入信号对应的转换器输出能量与噪声及全部谐波能量之和的比值
(5)有效位数:
在噪声和失真存在的情况下ADC世纪可以达到的位数
1.76表示理想ADC中量化误差对应的因子
6.不同类型ADC的基本原理
(1)逐次逼近型ADC
(2)快闪(Flash)AD转换器
(3)双斜积分型AD转换器
(4)流水线型AD转换器
(5)sigma-deltaAD转换器:
基本思想:
通过过采样技术和噪声整形技术降低信号频带内的量化噪声,提高信号频带内的信噪比
7.不同类型DAC的基本原理(还有个分辨率)
DAC:
将数字信号转换为模拟信号的器件
(1)电阻串分压型DAC优点:
结构简单缺点:
为达到较高分辨率需要非常多的电阻和开关数量(n比特需要2的n次方个)
(2)电荷型DAC优点:
功耗低缺点:
精度受到限制(通常只能达到10位),对寄生电容敏感,结构复杂
(3)二进制加权电阻型DAC优点:
数字量位数足够多时,输出的电压可以达到很高的精度
缺点:
权电阻网络中各个电阻阻值相差过大,在实现时较为困难
(4)R-2R梯形DAC
(5)电流舵DAC
优点:
输出的建立速度非常快,可用于高速数据采集系统
由于电流源成倍数关系,匹配性不好
第五章基于Web的数据采集
1.爬虫、聚焦爬虫、垂直搜索概念
爬虫:
网络爬虫是一个功能很强的自动提取网页的程序,它为搜索引擎从万维网上下载网页,是搜索引擎的重要组成部分。
工作原理:
-通过网页链接地址寻找网页
-从一个或若干个初始网页的URL开始(通常是某网页的首页)遍历WEB空间,读取网页内容,不断从一个站点移动到另一个站点并自动建立索引
-抓取网页的过程中找到此网页其他链接地址,对html文件进行解析,取出其页面中的子链接并加入网页数据库中,不断从当前页面抓取新的URL放入队列
-一直循环下去,直到把这个网站所有网页全部抓取完,满足系统的一定停止条件
聚焦爬虫:
一个自动下载网页的程序,它根据既定的抓取目标,有选择的访问万维网上的网页与相关的链接,获取所需要的信息。
定向抓取相关网页资源
垂直搜索:
从主题相关的领域内,获取、加工与搜索行为相匹配的结构化数据和元数据信息。
针对某一特定领域、某一特定人群或某一特定需求提供的有一定价值的信息和相关服务
专、精、深,且具有行业色彩
2.发送表单数据方法
发送data表单数据
–有时需要向服务器发送一些注册信息、登录信息等数据给服务器,才能获得相应的反馈。
–可以采用POST的方法发送表单数据。
–数据需要进行编码;
–在python中,requests是一个擅长处理复杂的http请求、cookie、header等内容的第三方库。
3.BeautifulSoup的功能:
提供一些简单的、python式的函数用来处理导航、搜索、修改分析树等功能。
自动将输入文档转换为Unicode编码,输出文档转换为utf-8编码。
简单,不需要多少代码就能写出一个完整的应用程序
用户不需要考虑编码方式
通过文档本身找到编码类型
对象:
所有对象可以归纳为四种:
Tag,NavigableString,BeautifulSoup,Comment,根据html结构提取对象的属性得出相应的数据
BeautifulSoup对象表示一个文档的全部内容,大部分时候可以当作Tag对象(但不是真正的HTML或者XML的tag因而没有name和attribute属性),支持遍历文档树和搜索文档树描述的大部分方法。
BS为BeautifulSoup对象定义了一个值为“[document]”的特殊属性.name
–如:
soup.name#u'
[document]'
4.正则表达式的元字符
第六章预处理
1.基于传感器采集数据的预处理方法,包括:
标度变换、数字滤波方法、剔除奇异项
标度变换:
将无单位的数字量转换为有单位的物理量
数字滤波:
用计算机程序对采样数据进行计算处理,减少干扰信号在有用信号中所占的比例
程序实现,不需硬件;
可靠性高,稳定性好;
容易更换滤波方法
方法:
(1)中值滤波法
连续采样n次,从小到大排序,取中值作为本次采样值(不适用快速变化的过程参数)
(2)算术平均值滤波法
寻找一个Y作为N次采样的平均值,使该值与本次各采样值间误差的平方和最小
(3)加权平均滤波法
(4)一阶滞后滤波法(惯性滤波法)
(5)防脉冲干扰复合滤波法
剔除奇异项:
奇异项——采样数据中有明显错误的个别数据
仅介绍一阶差分法
2.基于Web采集的数据预处理主要任务
任务:
解决数据不完整的问题
解决数据有噪声的问题
解决数据不一致的问题
3.度量数据中心趋势和离散度的方法
度量分三类:
(1)分布式度量:
将数据集划分为较小的子集,计算每个子集的度量,然后合并计算结果得到原数据集的度量值
(2)代数度量:
通过应用一个代数函数于一个或多个分布式度量计算的度量
(3)整体度量:
必须对整个数据集计算的度量
4.描述数据汇总的图形显示方法
(1)盒图
(2)直方图
(3)分位数图
(4)分位数——分位数图(Q-Q图)
(5)散布图
(6)局部回归曲线(loess曲线)
5.数据清理、数据集成和数据归约的目的和方法
数据清理的目的:
(1)填写空缺值(忽略元组/使用属性平均值填充空缺值)
(2)识别离群点和噪声数据(分箱,回归,聚类)
(3)纠正不一致的数据
(4)解决数据冗余
第一步——偏差检测
第二步——数据变换(纠正偏差)
数据集成的概念:
将多个数据源的数据整合到一个一致的数据存储中
数据变换:
-使数据与其物理意义相匹配
-平滑:
去除数据中的噪声
-聚集:
汇总,构建数据立方体
-数据繁华:
沿概念分层向上汇总
-规范化:
将数据按比例缩放,使之落入一个小的特定区间
-属性构造:
利用现有属性构造新的属性并添加到属性集中,以加深对高维数据的理解和精确度
数据规约的概念:
数据规约用来得到数据集的规约表示,它小得多,但可以产生相同的分析结果
常用数据归约策略:
-数据立方体聚集
-属性子集选择(移除不重要的属性)
-维度规约
-数值规约(用模型来表示数据)
-离散化和概念分层产生
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- 关 键 词:
- 数据 采集 复习