為多路、多信號的快速掃描測量構(gòu)建適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)

作者：時間：2008-10-20 來源：網(wǎng)絡(luò)

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  技術(shù)方案與實用技巧

　　在復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計驗證中，往往需要多路掃描測量混雜著不同物理參數(shù)的測試點。例如需要同時監(jiān)視流量、壓力、溫度和應(yīng)力。測量速度有時會隨應(yīng)用而異。對掃描速度的要求也可能有很大的不同。例如，對于大熱容量的物體，溫度變化通常是慢過程，每秒一次的測量速率捕獲溫度變化也許已經(jīng)足夠。但當(dāng)溫度在短時間內(nèi)有急劇變化時，就要以更快的掃描率精確跟蹤溫度變化。使用如Agilent 34980A多功能開關(guān)測量單元及相伴Data Logger Pro 軟件這類系統(tǒng)，可以達到更高速度的要求。即使正在使用不同的數(shù)據(jù)記錄儀，也可通過相應(yīng)的測量技巧，保證盡可能快的掃描。

　　合理安排被測輸入信號的次序

　　當(dāng)測量中有多種類型的傳感器時，最好把相同類型的傳感器編組放到一起。這樣做有兩個理由：其一是把低電平信號，如熱偶產(chǎn)生的信號與其它信號分開，從而把干擾和相互影響減到最小。其二是減少數(shù)字萬用表頻繁改變量程和功能所需要的時間。改變數(shù)字萬用表的量程和功能往往需花幾十毫秒或更長的時間，這將顯著延長掃描時間。理想情況下，所有輸入最好都是同一類型和同一量程(例如直流電壓，10V量程)，但這是不現(xiàn)實的，有些輸入需要衰減，另一些輸入需要放大。因此最好的解決方案是按測量類型和輸出范圍組織輸入信號，如表1所示。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/258614.htm　　測量技巧

　　把所有類似的測量編組到一起。先把所有熱偶測量放到相鄰?fù)ǖ乐?，然后是各直流電壓通道，各交流電壓通道，依次類推。從而將改變功能所費的時間減到最小。
　　如有可能，通過匹配輸入電平把改變量程所費的時間減到最小。這樣做可能需要衰減或放大某些通道的輸入信號。
　　為完全消除量程和功能改變，把所有輸入都變換成一種類型，如直流電壓，然后在同一量程，如 10V 量程上讀出。
　　用250Ω 端接所有4-20mA電流環(huán)，把電流轉(zhuǎn)換成電壓。
　　選擇適當(dāng)?shù)亩嗦烽_關(guān)

　　多路開關(guān)包括多個開關(guān)，在任何給定時間，只有某一通道被接到公共輸出。掃描速度受多路開關(guān)中所用開關(guān)類型的影響。電磁繼電器堅固，可承受相對大的電壓和電流，但如表2所示，速度是很慢的。干簧繼電器更快，通常用于數(shù)據(jù)采集掃描器中。為實現(xiàn)最高的開關(guān)速度，就需要使用 FET 開關(guān)。但 FET 不能承受大電壓，并且有相對高的“導(dǎo)通”電阻。由于數(shù)字萬用表有極高的輸入阻抗，因此 FET 的導(dǎo)通電阻一般不會成為問題。

　　測量技巧

　　按測試速度要求選擇正確的多路開關(guān)。干簧繼電器比電樞繼電器快，F(xiàn)ET 開關(guān)則更快。
　　如有可能，避免跨多路開關(guān)陣列。這需要額外的開關(guān)時間。
　　把容性負載效應(yīng)減到最小，它會減慢測量速度和要求更長的穩(wěn)定時間。

　　優(yōu)化積分式數(shù)字萬用表的測量

　　大多數(shù)數(shù)據(jù)記錄儀，如Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集單元和 Agilent 34980A 多功能開關(guān)測量單元都用高精度積分式 A/D電壓表測量，各種通過多路開關(guān)接入的輸入信號。積分式數(shù)字萬用表很好兼顧了速度和精度。如果不需要 6 1/2 位的分辨率，則可選擇較短的積分時間，雖然這會降低噪聲抑制能力。大多數(shù)積分式A/D有自動零功能，它在兩次測量間測量內(nèi)部短路，從而補償 A/D 中的失調(diào)漂移。但這也使測量時間增加一倍。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還要花時間執(zhí)行命令，控制自動量程，更新顯示，測量熱偶參考結(jié)，以及把熱偶電壓讀數(shù)轉(zhuǎn)換為溫度。所有這些工作都需要時間。因此要仔細考慮這些功能，去掉那些不影響系統(tǒng)精度的活動，這樣做能夠顯著縮短測量時間。

　　測量技巧

　　如果數(shù)據(jù)記錄儀周圍環(huán)境相對穩(wěn)定，關(guān)掉自動零功能。
　　直接編程數(shù)字萬用表量程，不要讓它處于自動量程模式。
　　設(shè)置正確的積分時間。至少在一個工頻周期（PLC）上的積分，以減小工頻相關(guān)噪聲的影響，但這也把測量速度限制到每秒 50 個讀數(shù)。
　　關(guān)斷前面板顯示和鍵盤。
　　用另外的恒流源輔助電阻測量，這樣就可進行電壓測量。
　　不要過于頻繁地測量熱偶參考結(jié)。
　　在計算機中，而不要在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)進行熱偶電壓測量值至溫度的變換。
　　快速而精確地得到小引擎溫度分布圖

　　對于從冷啟動到最終工作溫度的瓦斯引擎，溫度能在幾秒鐘內(nèi)變化好幾百度。為了得到精確的溫度分布圖，在尋求引擎排放批準(zhǔn)而進行鑒定測試時，美國環(huán)保署(EPA)考慮強制要求每 100-200ms 進行一次溫度測量。由于有多至 40-50個傳感器，需要達到的掃描速度為每秒 500 個通道或更高。為此需選擇正確類型的多路開關(guān)，把同類信號編組，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器測量系統(tǒng)中把量程和功能的改變減到最少，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后處理，而不要把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換放在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中執(zhí)行，這樣，就能從容滿足這些 EPA 要求。

　　總結(jié)

　　大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用都使用一種以上的傳感器。如果沒有十分重視采取各種必要措施，混合類型的傳感器的掃描速度也許不能達到要求。以上已討論了合理安排輸入信號的次序，為應(yīng)用選擇最好的多路開關(guān)形式，以及優(yōu)化數(shù)字萬用表測量的方法。采取其中某些或全部措施，就能實現(xiàn)多傳感器系統(tǒng)的最高掃描速度。