數據采集系統的關鍵性能指標(07-100)

　　噪聲

　　噪聲是DAQ系統中不斷出現的誤差。任何系統中的多數噪聲是由外部系統產生，或從纜線上拾取。然而，每個DAQ系統也有固有噪聲。通常，噪聲測量是在板或器件連接器輸入短路時，采集一系列取樣。

　　一個理想系統響應應該是恒量零值。然而，幾乎大多數系統，跳動讀數將超過取樣數。跑動量值是固有噪聲。噪聲性能指標以位或電壓(峰—峰或rms)表示。

　　在整個誤差計算中，必須乘以噪聲因數。盡管不希望所有3個誤差(偏移、線性度和增益誤差)同時都有貢獻，但假定它們都不存在，這是危險的。

　　最大取樣率

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

　　必須仔細檢查所考慮的模擬輸入系統的每個通道，或整個板的取樣率性能指標。大多數制造商給出適用整個板的取樣率。對于100Ks/s取樣率，在最高取樣率中取樣一個通道，但另外的通道必須共用100Ks/s。

　　例如，若對兩個通道取樣，每個通道僅在50Ks/s取樣。類似5個通道的每個通道，都可能在20Ks/s取樣。若沒標定每個通道的取樣率，則取樣率必須除以通道數。

　　當DAQ系統正在監控具有寬變化頻率成分的輸入時，需要另外的取樣率考慮。例如，汽車測試系統需要在20Ks/s監控振動和在1s/s監控溫度。若模擬輸入僅在單取樣率下取樣，則將迫使系統在20Ks/s取樣溫度，這會浪費大量存儲器(存儲19,999溫度s/s)。某些系統允許每個通道在不同的取樣率下取樣，但很多系統做不到這一點。

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

　　解決混淆有兩種方案。最簡單的方案是，在取樣率大于被測信號最高頻率分量兩倍下取樣。

　　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。因為幾乎不需要它們。被測信號一個好的基本思路，通常是直接確定混淆是否是一個要解決的問題。

　　在某些應用中(如音頻和振動分析)，混淆是一個非常值得關心的實際問題，保證取樣率大于波形中每個頻率分量是困難的。這些應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級或更高極濾波器組。這樣可以避免所獲得的較高頻率信號，到可能產生混淆誤差的系統(A/D)變換器。

　　輸入范圍

　　輸入范圍也是一個相當明顯的性能指標，它是不可能忽略的一種性能指標。若有±15V信號，則就不能從具有固定±5V的輸入范圍的DAQ板得到結果。現在，大多數系統具有軟件可編程輸入范圍。任何一個方法，被測信號都應該小于DAQ輸入器件的最大輸入范圍。

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