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動(dòng)態(tài)信號(hào)采集時(shí)如何設(shè)置采樣頻率才合理?

來源:成都科大勝英科技有限公司   2022年08月12日 09:00  

 

 

圖片關(guān)鍵詞 

 

 

 

 

圖片關(guān)鍵詞 

圖片關(guān)鍵詞 

如果希望整個(gè)關(guān)心的頻率范圍內(nèi)都不存在混疊,那么,采樣頻率要滿足以下要求 

 

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基于以上兩個(gè)方面的原因,采樣頻率從定理中的2倍提高到工程上的2.56倍。也就是說當(dāng)采樣頻率高于關(guān)心的最高頻率的2.56倍時(shí),關(guān)心的最高頻率以內(nèi)的帶寬是無混疊的。但是要注意,這還是從頻率上去定義采樣頻率的,如果按2.56倍設(shè)置采樣頻率,雖然頻率沒有混疊,但可能信號(hào)的幅值還存在失真。那么,如果希望信號(hào)的幅值不失真,采樣頻率應(yīng)該設(shè)置多高才合理呢? 

當(dāng)關(guān)心頻率成分時(shí),可以按2.56倍的關(guān)系設(shè)置采樣頻率;但如果關(guān)心信號(hào)的幅值(時(shí)域),那樣,采樣頻率應(yīng)設(shè)置成關(guān)心的最高頻率的10倍以上,才不會(huì)使信號(hào)幅值有明顯的失真。

大多數(shù)傳感器都是模擬信號(hào)輸出,但計(jì)算機(jī)不能處理模擬信號(hào),計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào),并且只能處理有限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。因此,需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。這一步工作通常由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)完成,最后輸出用時(shí)間和幅值表示的已數(shù)字化的時(shí)域文件。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),這一過程,稱為采樣。

采樣必須按一定的速率進(jìn)行,那么采樣頻率就是用來表示采樣的速率,用Hz表示。本質(zhì)上,我更愿意叫采樣頻率為采樣率,因?yàn)樗碚鞯氖遣蓸拥目炻?,采樣率高,則采樣快。采樣率是表示每秒鐘采集多少個(gè)樣本點(diǎn)(或數(shù)據(jù)點(diǎn)),用sample/s或樣本點(diǎn)數(shù)/秒表示,如采樣(頻)率為1000Hz,則表示每秒鐘采集1000個(gè)樣本點(diǎn),采兩個(gè)樣本點(diǎn)的時(shí)間間隔為1ms,這個(gè)時(shí)間間隔稱為時(shí)間分辨率。時(shí)間分辨率為采樣頻率的倒數(shù),時(shí)間分辨率越小,則采樣頻率越高,采集到的數(shù)字信號(hào)越接近真實(shí)信號(hào)。

 

 

 

 

數(shù)據(jù)總大小=通道數(shù)×采樣頻率×每個(gè)樣本點(diǎn)的字節(jié)數(shù)×總的采樣時(shí)間

 

圖片關(guān)鍵詞 

從上圖可以看出,不同的采樣率下,信號(hào)的幅值是不同的,采樣率越高,信號(hào)幅值失真越小。因此,一般來說,如果是關(guān)心時(shí)域信號(hào)的幅值,那么,采樣頻率應(yīng)大于10倍的信號(hào)頻率才不會(huì)引起明顯的幅值失真。

對(duì)于瞬態(tài)沖擊信號(hào),為了捕捉到?jīng)_擊瞬間的幅值,則要求采樣頻率更高。當(dāng)采樣頻率提高之后,通過上面數(shù)據(jù)大小計(jì)算公式可以看出,數(shù)據(jù)必然變大。因此,在一些爆炸采集時(shí),采樣率可能高達(dá)MHz,這個(gè)時(shí)候?yàn)榱私档蛿?shù)據(jù)容量,通常會(huì)采用低位AD來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,有可能用12位或16位AD。

總的說來,對(duì)于常規(guī)的振動(dòng)噪聲采集,如果關(guān)心幅值,宜用高位AD,如24位AD,同時(shí)采樣頻率應(yīng)大于10倍的信號(hào)頻率才不會(huì)引起明顯的幅值失真。如果關(guān)心頻率成分,那么,遵循采樣定理即可。


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