數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)(07-100)

　　噪聲

　　噪聲是DAQ系統(tǒng)中不斷出現(xiàn)的誤差。任何系統(tǒng)中的多數(shù)噪聲是由外部系統(tǒng)產(chǎn)生，或從纜線上拾取。然而，每個(gè)DAQ系統(tǒng)也有固有噪聲。通常，噪聲測(cè)量是在板或器件連接器輸入短路時(shí)，采集一系列取樣。

　　一個(gè)理想系統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)該是恒量零值。然而，幾乎大多數(shù)系統(tǒng)，跳動(dòng)讀數(shù)將超過(guò)取樣數(shù)。跑動(dòng)量值是固有噪聲。噪聲性能指標(biāo)以位或電壓(峰—峰或rms)表示。

　　在整個(gè)誤差計(jì)算中，必須乘以噪聲因數(shù)。盡管不希望所有3個(gè)誤差(偏移、線性度和增益誤差)同時(shí)都有貢獻(xiàn)，但假定它們都不存在，這是危險(xiǎn)的。

　　最大取樣率

　　系統(tǒng)必須足夠快地取樣，以便能夠看到輸入端所需的變化。根據(jù)Nyquist取樣理論，取樣必須至少兩倍快速于所希望監(jiān)控正在變化的現(xiàn)象。假設(shè)輸入信號(hào)包含高達(dá)1KHz頻率，則希望在2KHz取樣，而更可靠的是在3KHz取樣。

　　必須仔細(xì)檢查所考慮的模擬輸入系統(tǒng)的每個(gè)通道，或整個(gè)板的取樣率性能指標(biāo)。大多數(shù)制造商給出適用整個(gè)板的取樣率。對(duì)于100Ks/s取樣率，在最高取樣率中取樣一個(gè)通道，但另外的通道必須共用100Ks/s。

　　例如，若對(duì)兩個(gè)通道取樣，每個(gè)通道僅在50Ks/s取樣。類似5個(gè)通道的每個(gè)通道，都可能在20Ks/s取樣。若沒(méi)標(biāo)定每個(gè)通道的取樣率，則取樣率必須除以通道數(shù)。

　　當(dāng)DAQ系統(tǒng)正在監(jiān)控具有寬變化頻率成分的輸入時(shí)，需要另外的取樣率考慮。例如，汽車測(cè)試系統(tǒng)需要在20Ks/s監(jiān)控振動(dòng)和在1s/s監(jiān)控溫度。若模擬輸入僅在單取樣率下取樣，則將迫使系統(tǒng)在20Ks/s取樣溫度，這會(huì)浪費(fèi)大量存儲(chǔ)器(存儲(chǔ)19,999溫度s/s)。某些系統(tǒng)允許每個(gè)通道在不同的取樣率下取樣，但很多系統(tǒng)做不到這一點(diǎn)。

　　最后的問(wèn)題是需要取樣足夠快，或者提供濾波以避免混淆。若包含在輸入信號(hào)中的信號(hào)頻率高于一串取樣率，則會(huì)有豐富的混淆誤差。不從數(shù)學(xué)上考慮混淆，而這些較高頻率的信號(hào)將把它們自己表示為一個(gè)低頻誤差。

　　解決混淆有兩種方案。最簡(jiǎn)單的方案是，在取樣率大于被測(cè)信號(hào)最高頻率分量?jī)杀断氯印?/p>

　　另一方案是采用抗混淆濾波器，在熱電偶中，人們不用抗混淆濾波器。因?yàn)閹缀醪恍枰鼈?。被測(cè)信號(hào)一個(gè)好的基本思路，通常是直接確定混淆是否是一個(gè)要解決的問(wèn)題。

　　在某些應(yīng)用中(如音頻和振動(dòng)分析)，混淆是一個(gè)非常值得關(guān)心的實(shí)際問(wèn)題，保證取樣率大于波形中每個(gè)頻率分量是困難的。這些應(yīng)用需要抗混淆濾波器。抗混淆濾波器通常是在一半取樣率的4級(jí)或更高極濾波器組。這樣可以避免所獲得的較高頻率信號(hào)，到可能產(chǎn)生混淆誤差的系統(tǒng)(A/D)變換器。

　　輸入范圍

　　輸入范圍也是一個(gè)相當(dāng)明顯的性能指標(biāo)，它是不可能忽略的一種性能指標(biāo)。若有±15V信號(hào)，則就不能從具有固定±5V的輸入范圍的DAQ板得到結(jié)果?，F(xiàn)在，大多數(shù)系統(tǒng)具有軟件可編程輸入范圍。任何一個(gè)方法，被測(cè)信號(hào)都應(yīng)該小于DAQ輸入器件的最大輸入范圍。

　　輸入范圍的另一個(gè)考慮因素是，DAQ系統(tǒng)是否具有在不同范圍設(shè)置不同通道的能力。一個(gè)單輸入范圍系統(tǒng)，測(cè)量器件信號(hào)(如熱電偶，±10V輸入)，要求系統(tǒng)設(shè)置在增益足夠低的情況下，以便覆蓋具有最大滿標(biāo)范圍的輸入。從效果上看，這降低了適用具有更小滿標(biāo)輸入范圍的信號(hào)分辨率。