数字信号与脉冲序列调理（三）

大量传感器输出调频信号，而不是调幅信号。比如用于测量转动和流体流速的传感器，通常属于这一类。光电倍增管（photomultiplier tubes）和带电粒子探测器（charged－particle detectors）常用于测量领域，并输出频率信号。原则上，这些信号也可以用AD采集，但这个方法将产生大量冗余数据，使得分析工作难以进行。直接进行频率测量效率则高得多。

频率 － 电压转换

数据采集系统可通过多种途径测量频率：对连续的AC信号或脉冲序列做积分，产生与频率成比例关系的DC电压，或用AD将交流电压转换成二进制的数字信号，或对数字脉冲计数。

脉冲序列积分

一种常见的用于单通道的转换技术，模块化的信号调节：对输入脉冲做积分，并输出与频率成比例的电压信号。首先， AC信号经过一系列电容耦合，滤除超低频和DC分量，此输入信号每次经过零点，比较器产生一个恒定宽度的脉冲，脉冲再经过积分电路，如低通滤波器，然后输出一个变化缓慢的信号，信号电压将正比于输入信号频率（见图11．08）。

频压转换器的响应时间比较慢，约为低通滤波器截止频率的倒数。截止频率必须远低于待测信号频率，又要足够高，以保证所需的响应时间。若待测信号频率接近于截止频率，明显的纹波将会成为一个严重的问题，如图11．09所示。

外部电容决定了专用频压转换的IC时间常数，使得电路可测量较宽频率范围内的信号，但频率改变时，电容也必须随之改变。不幸的是，这种频压转换器在频率低于100Hz时，表现得很差，因为截止频率低于10Hz的低通滤波器需要超级电容器。

数字脉冲计数

另一种用于测量数字脉冲或AC耦合模拟信号频率的技术。可输出正比于输入信号频率的DC电压，类似上面提到的积分法，只不过这里的DC电压来源于DAC。前端电路将输入的模拟或数字信号转换成纯净的脉冲序列，使其在进入DAC之前，不会带有来自继电器的毛刺，高频噪声以及其他多余信号（见图11．10）。

举例来说，一个标准的带有频率输入的数据采集卡，模拟输入通道前置低通滤波器，截止频率可设置为100kHz、300Hz或30Hz，测频范围1Hz至100kHz，信号峰峰值50mV至80V。数字输入部分直流耦合至TTL电平的施密特触发器，可测量0．001Hz至950kHz，±15VDC的信号。采集卡通常具有上拉电阻，用于继电器或开关应用。