衡量測試系統和儀器優(yōu)劣的關(guān)鍵點(diǎn)

在可用的測試和測量硬件和軟件范圍內進(jìn)行選擇，對初次用戶(hù)和有經(jīng)驗的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，都一樣難辦，這是可以理解的。

技術(shù)的進(jìn)步使測量和測試方法的發(fā)展呈指數方式加快，給用戶(hù)提供難以想象的強大系統功能。

測試和測量設備跨越很寬的范圍。對簡(jiǎn)單應用來(lái)說(shuō)，比較容易選擇合適的結構來(lái)滿(mǎn)足需要和預算。應用的復雜性增加時(shí)，結構的選擇以及相關(guān)的費用也變得復雜了，就會(huì )做出錯誤的選擇，會(huì )更昂貴，正確的選擇顯得更加重要。

出發(fā)點(diǎn)是要知道信號或傳感器輸出的電平和測量所需要的靈敏度(定義為測量時(shí)所能檢測到的最小變化，并能以測量值的單位來(lái)表達)。

精度、分辨率和測量速度是一些重要因素，是工程師在決定如何收集和測量數據時(shí)必須考慮的。另一個(gè)重要因素是環(huán)境。測量是在電噪聲很大的廠(chǎng)區中進(jìn)行，還是在電噪聲微小的實(shí)驗室中進(jìn)行。另外，傳感器的位置是否離得很遠，難以接近。在許多應用中，環(huán)境因素對結構可能起決定作用。

測量要求

1.靈敏度：可以檢測到的被測信號的最小變化;

2.精度：測量值與一級標準間的一致程度;

3.分辨率：被觀(guān)察信號的最小部分;

4.測量速度：最大采樣率;

5.帶寬：被采樣信號的最高頻率信號分量;

6.數據存儲需求;所要測量的通道數;

7. I/O數：模擬和數字;

8.觸發(fā)：定時(shí)控制和開(kāi)關(guān)控制;

9.抗干擾度：正常噪聲抑制比和其模擬抑制比;

10.信號調節;隔離;

11.網(wǎng)絡(luò )/總線(xiàn)協(xié)議的需求，例如以太網(wǎng)和IEEE—488(GPIB);

12.顯示;容易調定和使用;

13.所收集數據的計算和分析;

14.大小、重量和可攜帶性;

15.電源需求;系統集成問(wèn)題;

16.系統成本和每個(gè)通道的成本。

考慮這些因素并標明你的需求以后，你就可以為你的應用考慮正確的系統結構。

儀器結構的選擇

測試設備結構有四種主要類(lèi)型：

1、獨立儀器。最精度最靈敏的獨立儀器是臺式儀器。它們是傳統的儀器加上許多新的改進(jìn)的性能，例如圖形顯示、按鍵選擇功能、菜單編程等。帶自備電源的可攜帶式數字多用表供現場(chǎng)測量，但一般來(lái)說(shuō)，它沒(méi)有臺式儀器那樣的性能、靈敏度和精度。

2、計算機連接的儀器。它是獨立儀器的一個(gè)子集。當測量的數量貨類(lèi)型超過(guò)獨立儀器所能承受的能力時(shí)，需要一個(gè)終端顯示器或者希望有靈活的軟件控制時(shí)，就使用這類(lèi)儀器。很多儀器提供獨立工作能力，也提供計算機控制模式，供復雜的測式和測量系統使用。將儀器與PC控制器連接起來(lái)的外部數據通信總線(xiàn)可以使用若干種標準協(xié)議中的一種。

3、分布式儀器。當前由一些生產(chǎn)廠(chǎng)商提供。這類(lèi)測試系統包含一些獨立儀器，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )將它們連在一起。這種結構由一些小型化儀器組成，原則上可以放在廠(chǎng)區中的任何地方，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )將完全處理后的信號傳送給計算機。很多儀器做到實(shí)驗室測量等級的要求。因為它們位于測試信號附近，電纜感應噪聲減到最小，因而降低了測量誤差。分布式儀器網(wǎng)絡(luò )布局最大的優(yōu)點(diǎn)是消除了每一測試點(diǎn)到PC的電纜連接，簡(jiǎn)化了安裝。

在儀器的附近可以有一個(gè)小的本地顯示器，可以用來(lái)讀出數據，查找故障。你也可以完全依靠控制計算機上的顯示器。分布式儀器使用的數據通信協(xié)議類(lèi)似于計算機連接的儀器所使用的協(xié)議。

4、基于PC的測試儀器。這里最主要的屬性是測量速度和獲取大量數據的能力。有兩種基本配置。最常見(jiàn)的是模擬測試信號被連到一個(gè)PC插入板上，該板位于一個(gè)計算機總線(xiàn)插槽上，或者位于PC并行口上。另一種配置由許多裝在機箱中的板組成，裝在機架上的機箱與PC有相當距離。機箱含有測量板多路復用板A/D變換板和信號調節板等，將完全處理后的數字信號與PC聯(lián)網(wǎng)。機箱系統有效地將測量系統的規模擴大，其通道數要比使用PC內提供數個(gè)可用用的板插槽的規模大得多。

檢查參數

決定數字化儀器靈敏度的一個(gè)重要參數是分辯率和靈敏度，其中靈敏度等于量程被分辯率除。因此，對一個(gè)特定的儀器測量量程來(lái)說(shuō)，分辯率愈大，靈敏度愈好。

采樣率(或測量速度)是另一個(gè)參數，但這要以犧牲靈敏度為代價(jià)。

還要考慮所期望的儀器精度(被測值與一級標準的接近程度)。精度以幾種方式來(lái)表示，這決定于特定的儀器。但有代表性的是以百分比、PPM或位數來(lái)表示。臺式獨立儀器提供最高的精度、靈敏度和分辯率。它們適合作為校準源用來(lái)傳遞標準。

對儀器的每一種基本類(lèi)型，上面討論的一些參數以及其它的一些參數列在表1中。

適應性和噪聲抑制

各種附加信號調節放大器可用來(lái)提高信號電平，輸入到基于PC的測試系統，使你可以在低電平信號(例如來(lái)自低電偶、應變量規等的信號)情況下使用這種類(lèi)型的系統。決定使用什么樣的硬件，常常要在所要求的各種屬性間做一些折衷。

表1典型結構屬性

這些指標反映了該類(lèi)儀器每個(gè)參數通常所能達到的最高或最佳值，并步使所有這些值都能同時(shí)達到。

某些測量?jì)x器有內置的皂聲抑制裝置。它們使用了一些內部技術(shù)，如濾波、積分和電流倒相等來(lái)降低噪聲。然而，在基于PC的插入損和基于PC的外部機箱系統中沒(méi)有內置的噪聲抑制裝置。替代的方法是基于PC測試系統使用軟件提供的平均技術(shù)來(lái)降低來(lái)自測量和/或信號調節附加裝置(如濾波器)的噪聲。簡(jiǎn)而言之，PC所固有的缺點(diǎn)是帶有電噪聲的總線(xiàn)，這限制了PC插入板用來(lái)做靈敏測量。

結束語(yǔ)

最后一個(gè)考慮是費用。臺式儀器費用最高，因此，只有對精度和分辯率有真正需求時(shí)才應用它們。由于幾乎每人都有PC，基于PC板的系統可能是在成本和靈活性上最佳的解決方案。如果要求在電噪聲大的環(huán)境中進(jìn)行測量，則分布式小型化儀器將是你最佳的選擇。這類(lèi)儀器的價(jià)格在臺式儀器和PC插板式儀器之間。