高速數(shù)據(jù)采集卡間接助力新冠疫情防治

魯科數(shù)據(jù)——專業(yè)高速數(shù)據(jù)采集板卡供應(yīng)商，我們?yōu)槟鷰硪韵滦畔ⅰ?

2020年2月25日，國產(chǎn)自主研發(fā)的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀入選中國醫(yī)學(xué)裝備協(xié)會(huì)推薦的《新冠疫情防治急需醫(yī)學(xué)裝備目錄（第三批）》，國產(chǎn)飛行時(shí)間質(zhì)譜助力新冠炎疫情防治起到重要作用。

在快速篩查COVID-19新冠病毒中，飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測時(shí)無需核酸提取及PCR步驟，具有準(zhǔn)確、快速、安全、簡便和高靈敏的特點(diǎn)，能夠精準(zhǔn)區(qū)別冠狀病毒肺患者和普通肺。同時(shí)采樣時(shí)只需采集血液，無需采集呼吸道標(biāo)本，不僅有效保護(hù)醫(yī)護(hù)人員的安全，而且避免不同被染上的階段采樣部位可能出現(xiàn)病毒量的不足而導(dǎo)致的假陰性結(jié)果。（4）分辨率：采樣數(shù)據(jù)較低位所代表的模擬量的值，常有12位、14位、16位等。

飛行時(shí)間質(zhì)譜儀是通過離子在一定距離真空無場區(qū)內(nèi)按不同質(zhì)荷比以不同時(shí)間到達(dá)檢測器，從而建立質(zhì)譜圖的質(zhì)譜儀。經(jīng)典線性飛行時(shí)間質(zhì)譜儀包括離子源、飛行管、檢測器及采集記錄系統(tǒng)和真空系統(tǒng)。它的系統(tǒng)的中心是一款仔細(xì)挑選的性能卓越的基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)，它可以配備有8或16個(gè)驅(qū)動(dòng)器托架和6個(gè)PCIe插槽的超微4U塔式機(jī)，并擁有2。其中高速數(shù)據(jù)采集卡作為采集記錄系統(tǒng)的一部分，其采集精度的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到之后數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，在整個(gè)系統(tǒng)中起到非常關(guān)鍵的作用。

高速數(shù)據(jù)采集時(shí)，遇到“混疊”和“幅度分辨率不足”怎么辦？

在使用模塊化數(shù)字化儀進(jìn)行測量時(shí)，重要的是要注意一些常見的設(shè)置問題，這些問題會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不良和浪費(fèi)時(shí)間。本文將對(duì)“混疊”和“幅度分辨率不足”兩個(gè)問題提供深入解答。

混疊，采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的普遍問題。自采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)以來，由于輸入信號(hào)采樣不足而引起的混疊問題就一直存在。采用較的數(shù)據(jù)儀器，如數(shù)字化儀和數(shù)字示波器，根據(jù)采樣定理，要求模擬信號(hào)的采樣頻率大于輸入端存在的較高頻率分量的兩倍。如果不滿足這個(gè)條件，就會(huì)產(chǎn)生混疊。數(shù)據(jù)采集是指對(duì)設(shè)備被測的模擬或數(shù)字信號(hào)，自動(dòng)采集并送到上位機(jī)中進(jìn)行分析、處理。當(dāng)前的數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)通常包含大大超過模擬帶寬的較大采樣率。通過將其與長采集存儲(chǔ)器相結(jié)合，這些數(shù)字化器較小化了這個(gè)經(jīng)典問題。 但是，用戶應(yīng)該注意混疊，尤其是在將采樣率編程為較低速度時(shí)。

采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣并存儲(chǔ)結(jié)果數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 如果采樣率滿足或超過采樣定理的規(guī)則，則可以重建信號(hào)而不丟失任何信息。如果模擬輸入波形的采樣頻率小于其較大頻率的兩倍，則數(shù)字采樣的重建結(jié)果會(huì)產(chǎn)生頻率低于原始頻率的波形。

幅度分辨率不足

數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)將模擬信號(hào)的樣本轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。ADC的分辨率是用于數(shù)字化輸入樣本的比特?cái)?shù)。對(duì)于一個(gè)n位ADC，可以產(chǎn)生的離散數(shù)字電平數(shù)為2n。因此，一個(gè)12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以解決212或4096級(jí)。如果模擬輸入波形的采樣頻率小于其較大頻率的兩倍，則數(shù)字采樣的重建結(jié)果會(huì)產(chǎn)生頻率低于原始頻率的波形。較小有效位(lsb)表示可以檢測到的較小間隔，對(duì)于12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器，較小有效位為1/4096或2.4 x 10-4。為了將lsb轉(zhuǎn)換成電壓，我們?nèi)?shù)字化儀的輸入范圍除以2，提高到數(shù)字化儀的分辨率。

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數(shù)據(jù)采集卡的觸發(fā)模式

觸發(fā)模式是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡AD轉(zhuǎn)換方式，一般有三種模式供選擇：

（1）內(nèi)部軟件觸發(fā)（Internal Software Trigger）   在這種觸發(fā)模式下，計(jì)算機(jī)通過調(diào)用DLL中的函數(shù)，或直接讀寫數(shù)據(jù)采集卡的寄存器來完成AD轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)。

（2）內(nèi)部定時(shí)觸發(fā)（Internal Pacer Trigger）   由內(nèi)部始終發(fā)生器定時(shí)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，這種方式結(jié)合中斷傳輸，完成數(shù)據(jù)的高速和連續(xù)的采集。

（3）外部觸發(fā)（External Trigger）   指使用外部脈沖或電平信號(hào)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換。外部觸發(fā)在很多瞬間數(shù)據(jù)采集的場合下有重要作用，當(dāng)我們需要對(duì)一個(gè)瞬態(tài)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，大多用這種觸發(fā)模式。例如在需要對(duì)鍛煉過程中壓力機(jī)沖擊過程對(duì)模具受力情況進(jìn)行高速的瞬態(tài)壓力采集，可以在上模塊運(yùn)行到某個(gè)位置時(shí)，使用形成開關(guān)給出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，這樣就可以準(zhǔn)確地采集到所需要的信號(hào)。觸發(fā)輸入可用于觸發(fā)使用的許多不同的上升沿或下降沿的觸發(fā)模式，如1的卡，或其他觸發(fā)信號(hào)結(jié)合時(shí)，它們可以被用來作為柵極信號(hào)。一些數(shù)據(jù)采集卡還具有提前觸發(fā)、對(duì)中觸發(fā)和之后觸發(fā)的功能。