数据采集卡（Data Acquisition Card，简称 DAQ 卡）是一种专门用于将真实世界中的模拟信号（如电压、电流、温度、压力等）转换为数字信号的硬件设备，使计算机或数字系统能够采集、处理、存储和分析这些数据。它相当于连接物理世界与数字世界的“桥梁”，广泛应用于工业自动化、科研实验、生物医疗、环境监测等领域。下面，本文将从技术原理、选型要点等对数据采集卡进行展开详细介绍

一、数据采集卡的核心功能与组成

数据采集卡的核心功能包括信号转换、数据传输及控制同步等，它通过模数转换器，将传感器输出的模拟信号转换为计算机可识别的数字信号。然后通过接口（如USB、PCIe、RJ45等）将数字信号传输到计算机或控制系统。支持触发、定时、多通道同步采集等，满足复杂场景需求。

数据采集卡的关键组成模组包括以下几个部分：1、模拟输入（AI）：接收传感器传输过来的电压、电流等模拟信号 2、模数转换器（ADC）：模数转换器决定数据采集卡的精度和采样速度 3、数字输入/输出（DIO）：控制外部设备或接收开关信号 4、计数器/定时器：测量频率、脉冲宽度等时间参数 5、接口电路：如USB、PCIe、RJ45等，决定数据传输速度与兼容性。

二、数据采集卡的重要参数解析

数据采集卡的性能直接影响信号采集的精度、速度和可靠性，以下是选型时需重点关注的核心参数

1. 采样率（Sampling Rate）

采样率决定了信号的时间分辨率，它是每秒采集信号的次数，单位为 S/s（Samples per second），如1MS/s就表示数据采集卡每秒采集100万个数据点。采样率的选择需要根据具体应用场景进行，根据奈奎斯特定理，采样率需≥信号最高频率的2倍，在温度检测等低速场景中，1kS/s就足够满足需求。而在振动分析、激光通信等场景中，则需要1MS/s甚至5GS/s等更高的采样率。

2. 分辨率（Resolution）

分辨率是指模数转换器（ADC）的位数，它决定可区分的电压级别。计算分辨率的公式为：分辨率=量程范围/2ⁿ（n为位数）。例如，±10V量程的16位卡，最小分辨率为20V/65536≈0.3mV。

在进行如半导体无损检测、中子影像等高精度测量时，往往需要至少16位以上的分辨率。

3、通道数与同步性

数据采集卡的通道类型分为单端输入和差分输入，单端输入为32通道，共地信号，成本较低；差分输入为16通道，抗干扰较强，适合工业现场。同步采集卡则拥有多通道独立ADC，无时间偏差，适用于多传感器同步监测如自动化工厂应用场景中的电机转速+温度+振动检测。

4. 量程与增益（Range & Gain）

量程是指输入信号允许的电压范围（如±5V、0~10V），需匹配传感器输出。在选择量程时需要注意略大于信号最大值，避免超量程损坏。增益是指信号的放大倍数（如×1、×10），用于提升小信号的测量精度，分为程控增益和硬件增益。

5. 接口与扩展性

常规数据采集卡具有多种接口类型，最常见的PCIe接口具有数据传输稳定性强、可靠性高的优点，适合工业自动化等连续大数据流，缺点是相对来说便携性较弱；USB较为便携，主要适合移动测试，兼容性较强，缺点是抗干扰性最弱，不适用于长距离传输；以太网接口的抗干扰性则较强，支持远程部署，缺点是配置较为复杂，存在传输实时性限制。

6. 触发方式

依据触发信号的来源、响应机制、实时性等，可以将数据采集卡的触发模式分为软件触发及硬件触发，硬件触发主要由外部物理信号（如数字脉冲、模拟电压阈值、传感器信号）或采集卡内部专用电路直接触发，响应延迟低至纳秒级，通常用于精准捕捉瞬态信号；软件触发则通过软件指令（如API调用、用户界面操作）触发采集灵活，数据采集存在一定延迟。 

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