測試測量系統(tǒng)及儀器選擇的關(guān)鍵因素

在可用的測試和測量硬件和軟件范圍內(nèi)進行選擇，對初次用戶和有經(jīng)驗的用戶來說，都一樣難辦，這是可以理解的。

技術(shù)的進步使測量和測試方法的發(fā)展呈指數(shù)方式加快，給用戶提供難以想象的強大系統(tǒng)功能。

測試和測量設(shè)備跨越很寬的范圍。對簡單應(yīng)用來說，比較容易選擇合適的結(jié)構(gòu)來滿足需要和預(yù)算。應(yīng)用的復(fù)雜性增加時，結(jié)構(gòu)的選擇以及相關(guān)的費用也變得復(fù)雜了，就會做出錯誤的選擇，會更昂貴，正確的選擇顯得更加重要。

出發(fā)點是要知道信號或傳感器輸出的電平和測量所需要的靈敏度（定義為測量時所能檢測到的最小變化，并能以測量值的單位來表達）。

精度、分辨率和測量速度是一些重要因素，是工程師在決定如何收集和測量數(shù)據(jù)時必須考慮的。另一個重要因素是環(huán)境。測量是在電噪聲很大的廠區(qū)中進行，還是在電噪聲微小的實驗室中進行。另外，傳感器的位置是否離得很遠，難以接近。在許多應(yīng)用中，環(huán)境因素對結(jié)構(gòu)可能起決定作用。

測量要求

1. 靈敏度：可以檢測到的被測信號的最小變化；

2. 精度：測量值與一級標(biāo)準(zhǔn)間的一致程度；

3. 分辨率：被觀察信號的最小部分；

4. 測量速度：最大采樣率；

5. 帶寬：被采樣信號的最高頻率信號分量；

6. 數(shù)據(jù)存儲需求； 所要測量的通道數(shù)；

7. I/O數(shù)：模擬和數(shù)字；

8. 觸發(fā)：定時控制和開關(guān)控制；

9. 抗干擾度：正常噪聲抑制比和其模擬抑制比；

10. 信號調(diào)節(jié)； 隔離；

11. 網(wǎng)絡(luò)/總線協(xié)議的需求，例如以太網(wǎng)和IEEE—488（GPIB）；

12. 顯示； 容易調(diào)定和使用；

13. 所收集數(shù)據(jù)的計算和分析；

14. 大小、重量和可攜帶性；

15. 電源需求； 系統(tǒng)集成問題；

16. 系統(tǒng)成本和每個通道的成本。

考慮這些因素并標(biāo)明你的需求以后，你就可以為你的應(yīng)用考慮正確的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

儀器結(jié)構(gòu)的選擇

測試設(shè)備結(jié)構(gòu)有四種主要類型：

1、獨立儀器。最精度最靈敏的獨立儀器是臺式儀器。它們是傳統(tǒng)的儀器加上許多新的改進的性能，例如圖形顯示、按鍵選擇功能、菜單編程等。帶自備電源的可攜帶式數(shù)字多用表供現(xiàn)場測量，但一般來說，它沒有臺式儀器那樣的性能、靈敏度和精度。

2、計算機連接的儀器。它是獨立儀器的一個子集。當(dāng)測量的數(shù)量貨類型超過獨立儀器所能承受的能力時，需要一個終端顯示器或者希望有靈活的軟件控制時，就使用這類儀器。很多儀器提供獨立工作能力，也提供計算機控制模式，供復(fù)雜的測式和測量系統(tǒng)使用。將儀器與PC控制器連接起來的外部數(shù)據(jù)通信總線可以使用若干種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中的一種。

3、分布式儀器。 當(dāng)前由一些生產(chǎn)廠商提供。這類測試系統(tǒng)包含一些獨立儀器，通過通信網(wǎng)絡(luò)將它們連在一起。這種結(jié)構(gòu)由一些小型化儀器組成，原則上可以放在廠區(qū)中的任何地方，通過通信網(wǎng)絡(luò)將完全處理后的信號傳送給計算機。很多儀器做到實驗室測量等級的要求。因為它們位于測試信號附近，電纜感應(yīng)噪聲減到最小，因而降低了測量誤差。分布式儀器網(wǎng)絡(luò)布局最大的優(yōu)點是消除了每一測試點到PC的電纜連接，簡化了安裝。

在儀器的附近可以有一個小的本地顯示器，可以用來讀出數(shù)據(jù)，查找故障。你也可以完全依靠控制計算機上的顯示器。分布式儀器使用的數(shù)據(jù)通信協(xié)議類似于計算機連接的儀器所使用的協(xié)議。

4、基于PC的測試儀器。這里最主要的屬性是測量速度和獲取大量數(shù)據(jù)的能力。有兩種基本配置。最常見的是模擬測試信號被連到一個PC插入板上，該板位于一個計算機總線插槽上，或者位于PC并行口上。另一種配置由許多裝在機箱中的板組成,裝在機架上的機箱與PC有相當(dāng)距離.機箱含有測量板多路復(fù)用板A/D變換板和信號調(diào)節(jié)板等,將完全處理后的數(shù)字信號與PC聯(lián)網(wǎng).機箱系統(tǒng)有效地將測量系統(tǒng)的規(guī)模擴大,其通道數(shù)要比使用PC內(nèi)提供數(shù)個可用用的板插槽的規(guī)模大得多。

檢查參數(shù)

決定數(shù)字化儀器靈敏度的一個重要參數(shù)是分辯率和靈敏度,其中靈敏度等于量程被分辯率除.因此,對一個特定的儀器測量量程來說,分辯率愈大，靈敏度愈好。

采樣率（或測量速度）是另一個參數(shù)，但這要以犧牲靈敏度為代價。

還要考慮所期望的儀器精度（被測值與一級標(biāo)準(zhǔn)的接近程度）。精度以幾種方式來表示，這決定于特定的儀器。但有代表性的是以百分比、PPM或位數(shù)來表示。臺式獨立儀器提供最高的精度、靈敏度和分辯率。它們適合作為校準(zhǔn)源用來傳遞標(biāo)準(zhǔn)。

對儀器的每一種基本類型，上面討論的一些參數(shù)以及其它的一些參數(shù)列在表1中。

適應(yīng)性和噪聲抑制

各種附加信號調(diào)節(jié)放大器可用來提高信號電平，輸入到基于PC的測試系統(tǒng)，使你可以在低電平信號（例如來自低電偶、應(yīng)變量規(guī)等的信號）情況下使用這種類型的系統(tǒng)。決定使用什么樣的硬件，常常要在所要求的各種屬性間做一些折衷。

表1 典型結(jié)構(gòu)屬性

這些指標(biāo)反映了該類儀器每個參數(shù)通常所能達到的最高或最佳值，并步使所有這些值都能同時達到。

某些測量儀器有內(nèi)置的皂聲抑制裝置。它們使用了一些內(nèi)部技術(shù)，如濾波、積分和電流倒相等來降低噪聲。然而，在基于PC的插入損和基于PC的外部機箱系統(tǒng)中沒有內(nèi)置的噪聲抑制裝置。替代的方法是基于PC測試系統(tǒng)使用軟件提供的平均技術(shù)來降低來自測量和/或信號調(diào)節(jié)附加裝置（如濾波器）的噪聲。簡而言之，PC所固有的缺點是帶有電噪聲的總線，這限制了PC插入板用來做靈敏測量。

結(jié)束語

最后一個考慮是費用。臺式儀器費用最高，因此，只有對精度和分辯率有真正需求時才應(yīng)用它們。由于幾乎每人都有PC，基于PC板的系統(tǒng)可能是在成本和靈活性上最佳的解決方案。如果要求在電噪聲大的環(huán)境中進行測量，則分布式小型化儀器將是你最佳的選擇。這類儀器的價格在臺式儀器和PC插板式儀器之間。