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(guó)產(chǎn)自主研發(fā)的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀入選中國(guó)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(guó)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(cè)時(shí)無需核酸提取及PCR步驟，具有準(zhǔn)確、快速、安全、簡(jiǎn)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。實(shí)現(xiàn)了用高密度、相對(duì)低速的FLASH存儲(chǔ)器對(duì)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)。

飛行時(shí)間質(zhì)譜儀是通過離子在一定距離真空無場(chǎng)區(qū)內(nèi)按不同質(zhì)荷比以不同時(shí)間到達(dá)檢測(cè)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(cè)器及采集記錄系統(tǒng)和真空系統(tǒng)。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。通常約定如果線傳播延長(zhǎng)時(shí)間大于1/2數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)端的上升時(shí)間，則認(rèn)為此類信號(hào)是高速信號(hào)并產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)。

數(shù)據(jù)采集的基本理論

魯科數(shù)據(jù)專業(yè)生產(chǎn)、銷售高速數(shù)據(jù)采集板卡，我們?yōu)槟治鲈摦a(chǎn)品的以下信息。

采樣過程為了對(duì)模擬信號(hào)用數(shù)字方法處理，應(yīng)先將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換。模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程，包括三個(gè)內(nèi)容：一是采樣，二是量化，三是編碼。一個(gè)模擬信號(hào)首先經(jīng)過預(yù)采樣濾波器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，然后由采樣器在每個(gè)采樣時(shí)刻讀出一個(gè)數(shù)據(jù)；再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)量化為二進(jìn)制數(shù)碼，數(shù)據(jù)之后保存到存儲(chǔ)器用于數(shù)字信號(hào)處理。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它的性能直接限制系統(tǒng)的性能。要使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能滿足工作條件，首先要選對(duì)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。因此，有必要去了解模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的發(fā)展?fàn)顩r。采樣方式常見的采樣方式可分為“實(shí)時(shí)采樣”和“等效時(shí)間采樣”兩大類。“實(shí)時(shí)采樣”是在信號(hào)存在期間對(duì)其采樣。按照采樣定理，采樣速率必須高于信號(hào)中較高頻率分量的 2 倍；A/D采集采用8位的1GHzA/D轉(zhuǎn)換芯片,高速大容量存儲(chǔ)采用固態(tài)存儲(chǔ)芯片F(xiàn)LASH(閃存)為存儲(chǔ)介質(zhì),FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)為存儲(chǔ)陣列的控制核心,針對(duì)來自A/D的高速數(shù)據(jù),引入多級(jí)流水和冗余校驗(yàn)技術(shù),能夠屏蔽FLASH的壞塊。對(duì)于周期性正弦信號(hào)，一個(gè)周期內(nèi)應(yīng)該至少有兩個(gè)采樣點(diǎn)。“實(shí)時(shí)采樣”除了通常使用的定時(shí)采樣外，還常常使用“等點(diǎn)采樣”，即“變步長(zhǎng)采樣”。這種采樣方法不論被測(cè)信號(hào)頻率為多少，一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)均勻采樣的點(diǎn)數(shù)總共為 N 個(gè)。

數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。數(shù)據(jù)采集技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。針對(duì)制造業(yè)企業(yè)的龐大生產(chǎn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集工具尤為重要。

數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。數(shù)據(jù)采集

技術(shù)廣泛引用在各個(gè)領(lǐng)域。比如攝像頭，麥克風(fēng)，都是數(shù)據(jù)采集工具?！”徊杉瘮?shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)的各種物理量，如溫度、水位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。

數(shù)據(jù)采集模塊跟數(shù)據(jù)采集卡有什么區(qū)別？

在產(chǎn)品概述方面。

（1）起源。為了滿足IBM-PC機(jī)及其兼容機(jī)用于數(shù)據(jù)采集與控制的需要，國(guó)內(nèi)外許多廠商生產(chǎn)了各種各樣的數(shù)據(jù)采集板卡（或I/O板卡）。這類板卡均參照IBM-PC機(jī)的總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，用戶只要把這類板卡插入IBM-PC機(jī)主板上相應(yīng)的I/O擴(kuò)展槽中，就可以迅速方便地構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，從而大大節(jié)省了硬件的研制時(shí)間和投資，又可以充分利用IBM-PC機(jī)的軟硬件資源，還可以使用戶集中精力對(duì)數(shù)據(jù)采集與處理中的理論和方法進(jìn)行研究、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及程序的編制等。制造高速或超高速采樣率的數(shù)字存儲(chǔ)示波器的公司主要有Agilent，Tektronix，Nicolet和Lecroy等,數(shù)字存儲(chǔ)示波器的較高采樣率也已達(dá)到10GS/s。

（2）分類。

基于PC總線的板卡種類很多，其分類方法也有很多種。按照板卡處理信號(hào)的不同可以分為模擬量輸入板卡(A/D卡)、模擬量輸出板卡(D/A卡)、開關(guān)量輸入板卡、開關(guān)量輸出板卡、脈沖量輸入板卡、多功能板卡等。其中多功能板卡可以集成多個(gè)功能，如數(shù)字量輸入/輸出板卡將模擬量輸入和數(shù)字量輸入/輸出集成在同一張卡上。根據(jù)總線的不同，可分為PXI/CPCI板卡和PCI板卡。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已廣泛應(yīng)用于通信、圖像采集、雷達(dá)、醫(yī)學(xué)器械等技術(shù)領(lǐng)域。

還有其它一些專用I/O板卡，如智能接口卡、虛擬存儲(chǔ)板（電子盤）、信號(hào)調(diào)理板、專用（接線）端子板等，這些種類齊全、性能良好的I/O板卡與IPC配合使用，使系統(tǒng)的構(gòu)成十分容易。

（3）主要類型。

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，我們會(huì)安裝很多的各種類型的傳感器，如壓力的、溫度的、流量的、聲音的、電參數(shù)的等等，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制傳感器信號(hào)如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號(hào)不能遠(yuǎn)傳或者因?yàn)閭鞲衅魈嗖季€復(fù)雜，我們就會(huì)選用分布式或者遠(yuǎn)程的采集卡（模塊）在現(xiàn)場(chǎng)把信號(hào)較高的精度地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過各種遠(yuǎn)傳通信技術(shù)（如485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡(luò)）把數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)或者其他控制器中進(jìn)行處理。這種也算作數(shù)據(jù)采集卡的一種，只是它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)，可以應(yīng)對(duì)各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。如果對(duì)采集卡信號(hào)質(zhì)量要求比較高，需要對(duì)其做一些噪聲和電磁屏蔽處理。