數據采集的精度與分辨率考慮
在選擇一張多功能數據采集(data acquisition,以下簡稱DAQ)卡的時候,您可以很容易地決定自己需要的模擬輸入/輸出和數字信號的通道數。但要確定模擬輸入通道的分辨率,就不是那么容易了。
一些12位的板卡可以達到更高采樣率,或是具有比同類16位板卡低廉的價格。如何確定哪款卡才是自己真正需要的呢?想要作出正確的決定,您需要考慮系統和板卡要求的整體精度。
考慮精度,而非分辨率
工程師們在決定選用12位還是16位的設備時,經常是靠“猜測”。實際上,通過很多方怯,都可以由給定的系統精度指標衡量出DAQ卡需要的整體精度。在一個給定范圍內,一塊16位DAQ卡的測量結果有216(65536)種可能,而12位的DAQ卡則有212(4096)種可能。在理想狀態下,這些可能的值在整個測量范圍內均勻分布,測量硬件將實際值歸入最接近的可能結果,并將此結果返回到計算機的內存。如果計算精度只考慮這一點的話,那么16位測量則永遠比12位測量精確16倍。而實際上,人們僅將這種誤差視為影響精度的因素之一,稱為量化誤差。
量化誤差在12位NI多功能DAQ板卡的總體測量誤差中占35%,但在16位NI多功能DAQ板卡的測量誤差中,所占比例可忽略不計。特別是在16位測量中,您除了測量誤差外,還必須考慮其他誤差因素。
所謂的其他誤差包括噪音,非線性轉換函數,溫度漂移誤差及更多。所有這些誤差都受模擬設計質量的影響,是16位產品的總體誤差中的重要因素。這意味著16位板卡的模擬設計比12位的更加嚴格,尤其在高增益時。不同的測量硬件廠商對構成誤差的定義各異,術語也不盡相同。因此,您必須核對多個供應商的技術規范列表,以確認廠商沒有遺漏任何影響精度的重要信息。
精度的保證——卡設計
您計算機或工作臺上的儀器設備溫度會不斷波動,高品質數據采集設備能在相當大的溫度范圍內確保測量精度。通常55℃是PCI設備的工作范圍。定制的電阻網絡和高檔元件能將溫度漂移限定在6ppm/℃內。另一個要注重的設計是分辨率改良技術。數據采集設備的設計應將噪聲最小化,并按高斯陸則均勻分布其他誤差。因此,通過將采樣結果取平均也能大幅增加這類設備的測量精度。計算100個或更多采樣結果的平均值后,12位板卡能有14位板的效果,16位能達到18位的效果。
帶多功能I/O的數采設備應該具有校準電路,來矯正模擬輸入和輸出產生的增益和漂移誤差。您可利用軟件來消除運行時的時間漂移和溫度漂移。無需外部電路,卡上高度穩定的內部參考電壓即可確保其在時間和溫度變化下保持原有的精度和穩定性。工廠校準常量被永久性地保存在板上的EEPROM里,不能修改。在EEPROM中可被修改部分保存了用戶可調性常量。您可以通過取出不可修改常量,將設備恢復到出廠時的初始校準狀態。
別忽略了軟件!
配置和驅動軟件的質量好壞與測量硬件的質量同樣重要。一定要耐心仔細地為您的數據采集和信號調理系統選擇一個穩固、經過長時間考驗的驅動軟件。軟件能夠幫助您快速完成設備安裝,開始測量數據。購買之前,先參考一些測量范例能讓您的應用系統開發有一個高的起點。為了確保技人的資金,驅動軟件應能在多種不同開發環境、操作系統和計算機,總線下保持同樣的高性能與易用性。
花時間在評估和選擇正確的數據采集設備是成功測量任何信號和傳感器的關鍵。盡管您可能有許多選擇,但由于每種數采卡均有設計獨特之處,所以最佳選擇只有一種。向技術支持工程師咨詢,了解設備在不同溫度下的工作狀態,抗噪性如何,軟件是否提供快捷配置工具等,能讓您對產品質量乃至項目的成功更有把握。
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