数据采集系统的关键性能指标(07-100)

　　噪声

　　噪声是DAQ系统中不断出现的误差。任何系统中的多数噪声是由外部系统产生，或从缆线上拾取。然而，每个DAQ系统也有固有噪声。通常，噪声测量是在板或器件连接器输入短路时，采集一系列取样。

　　一个理想系统响应应该是恒量零值。然而，几乎大多数系统，跳动读数将超过取样数。跑动量值是固有噪声。噪声性能指标以位或电压(峰—峰或rms)表示。

　　在整个误差计算中，必须乘以噪声因数。尽管不希望所有3个误差(偏移、线性度和增益误差)同时都有贡献，但假定它们都不存在，这是危险的。

　　最大取样率

　　系统必须足够快地取样，以便能够看到输入端所需的变化。根据Nyquist取样理论，取样必须至少两倍快速于所希望监控正在变化的现象。假设输入信号包含高达1KHz频率，则希望在2KHz取样，而更可靠的是在3KHz取样。

　　必须仔细检查所考虑的模拟输入系统的每个通道，或整个板的取样率性能指标。大多数制造商给出适用整个板的取样率。对于100Ks/s取样率，在最高取样率中取样一个通道，但另外的通道必须共用100Ks/s。

　　例如，若对两个通道取样，每个通道仅在50Ks/s取样。类似5个通道的每个通道，都可能在20Ks/s取样。若没标定每个通道的取样率，则取样率必须除以通道数。

　　当DAQ系统正在监控具有宽变化频率成分的输入时，需要另外的取样率考虑。例如，汽车测试系统需要在20Ks/s监控振动和在1s/s监控温度。若模拟输入仅在单取样率下取样，则将迫使系统在20Ks/s取样温度，这会浪费大量存储器(存储19,999温度s/s)。某些系统允许每个通道在不同的取样率下取样，但很多系统做不到这一点。

　　最后的问题是需要取样足够快，或者提供滤波以避免混淆。若包含在输入信号中的信号频率高于一串取样率，则会有丰富的混淆误差。不从数学上考虑混淆，而这些较高频率的信号将把它们自己表示为一个低频误差。

　　解决混淆有两种方案。最简单的方案是，在取样率大于被测信号最高频率分量两倍下取样。

　　另一方案是采用抗混淆滤波器，在热电偶中，人们不用抗混淆滤波器。因为几乎不需要它们。被测信号一个好的基本思路，通常是直接确定混淆是否是一个要解决的问题。

　　在某些应用中(如音频和振动分析)，混淆是一个非常值得关心的实际问题，保证取样率大于波形中每个频率分量是困难的。这些应用需要抗混淆滤波器。抗混淆滤波器通常是在一半取样率的4级或更高极滤波器组。这样可以避免所获得的较高频率信号，到可能产生混淆误差的系统(A/D)变换器。

　　输入范围

　　输入范围也是一个相当明显的性能指标，它是不可能忽略的一种性能指标。若有±15V信号，则就不能从具有固定±5V的输入范围的DAQ板得到结果。现在，大多数系统具有软件可编程输入范围。任何一个方法，被测信号都应该小于DAQ输入器件的最大输入范围。

　　输入范围的另一个考虑因素是，DAQ系统是否具有在不同范围设置不同通道的能力。一个单输入范围系统，测量器件信号(如热电偶，±10V输入)，要求系统设置在增益足够低的情况下，以便覆盖具有最大满标范围的输入。从效果上看，这降低了适用具有更小满标输入范围的信号分辨率。