- 相關推薦
數據采集系統(tǒng)測試和評價方法的論文
摘要：介紹了數據采集系統(tǒng)通道間串擾的成因。根據JJF1048-1995《數據采集系統(tǒng)校準規(guī)范》分別對直流信號對直流通道、交流信號對直流通道以及交流信號對交流通道的串擾能力進行測試、計算和評價，對實驗結果進行了分析和總結。研究結果表明了對數據采集系統(tǒng)通道間串擾評價的重要性。
關鍵詞：數據采集系統(tǒng)；通道間串擾；評價方法
引言
多路數據采集系統(tǒng)（模塊）能夠通過不同的傳感器將相應的測量信號轉為電信號[1]，從而實現(xiàn)對溫度、電信號、壓力、位移等參數的測量和處理，是連接模擬世界和數字世界的橋梁。所以，對數據采集系統(tǒng)的定期校準是必不可少的。目前，國內對數據采集系統(tǒng)的檢測項目一般包括電壓、電流等信號的示值誤差。隨著工業(yè)設備的不斷升級和改造，數據采集系統(tǒng)的采集通道數量也在不斷增加，這將不可避免地引起通道間串擾。例如在功率測量過程中，電流和電壓通道之間產生的串擾會影響功率計算的準確性[2]。
所以，在一定的情況下，有必要對數據采集系統(tǒng)的通道間串擾能力進行評價。現(xiàn)行的JJF1048-1995《數據采集系統(tǒng)校準規(guī)范》[3]對數據采集系統(tǒng)的通道間串擾提供了校準依據。它描述了利用直流電壓源作為干擾信號源，對相鄰通道的讀數進行測量的方法，并以串擾抑制比SCRR作為評價結果。然而，數據采集系統(tǒng)的應用范圍并非局限于直流信號，例如，傳統(tǒng)功率測量就需要采集50Hz/60Hz的交流信號。所以，在數據采集系統(tǒng)通道串擾項目的校準中，僅僅考慮直流信號對直流通道產生的串擾是不全面的。本文首先介紹通道間串擾產生的原因和影響，再擴展JJF1048-1995中的要求，對不同信號產生的通道間串擾進行測量和計算，并對結果進行分析和總結。
1通道間串擾產生的原因
數據采集系統(tǒng)通常采用多路模擬開關按照一定的時序對各個通道進行循環(huán)采集，再通過時分復用的方式進行量化。然而，由于集成化程度的不斷提高，與多路模擬開關輸入端相連接的相鄰導線或引腳之間必然存在寄生電容。電容具有通交流阻直流、通高頻阻低頻的特點，所以對于交流信號，必定會通過寄生電容對相鄰通道產生干擾。而對于直流信號，在模擬開關的循環(huán)切換過程中，切換動作會引起一定時間內的電壓抖動。由于該抖動為交流信號，所以也會通過寄生電容影響相鄰通道[4]。
2通道間串擾的影響
大型設備由于接入數據采集系統(tǒng)的信號數量和類型較多，更容易產生通道間串擾，如焓差試驗臺中的直流電壓和電阻信號，風洞試驗中的交流電壓和直流電壓等。由于寄生電容的作用，干擾信號會與采樣信號發(fā)生疊加，從而產生不必要的噪聲，這在一定程度上影響采樣信號的準確性。這種情況在干擾源頻率較高時尤為明顯。另外，對于直流信號而言，由多路模擬開關的切換產生的電壓抖動雖然會在短時間內恢復，但在高采樣頻率條件下，如果受到串擾的信號沒有在A/D轉換器采樣之前恢復，勢必會影響采樣而造成轉換誤差[5]，降低數據采集系統(tǒng)的準確度。
3通道間串擾的評價
3.1測試方法參照JJF1048-1995，采用如圖1的接線方法，就數據采集系統(tǒng)直流信號對直流通道、交流信號對直流通道和交流信號對交流通道的通道串擾能力進行實驗。將通道CHn與多功能校準器相連接，將相鄰通道CHn+1與1kΩ標準電阻R0相連接。此外，干擾通道選取最大量程，相鄰的采樣通道選取最小量程，參照JJF1048-1995中第12節(jié)的要求進行試驗。
3.2直流信號對直流通道的串擾能力干擾信號源采用多功能校準器輸出標準直流電壓，干擾通道和采樣通道都按照各自量程切換為直流電壓測量模式。測量結果如表1所示。
3.3交流信號對直流通道的串擾能力干擾信號源采用多功能校準器輸出不同頻率的標準交流電壓，干擾通道和采樣通道都按照各自量程分別切換為交流電壓測量模式和直流電壓測量模式。這里參考JJF1048-1995中12.6節(jié)公式（29）的形式進行評價。交流電壓信號“零位”幅值選取為0.1V，按照式（1）計算通道間串擾抑制比SCRR。
3.4交流信號對交流通道的串擾能力干擾信號源采用多功能校準器輸出不同頻率的標準交流電壓，干擾通道和采樣通道都按照各自量程分別切換為交流電壓測量模式。根據式（1）計算串擾抑制比SCRR，結果如表3所示。
4結果分析
理想情況下，干擾通道和采樣通道的信號互不干擾。然而，由于數據采集系統(tǒng)本身設計的局限性以及導線分布的影響，通道間串擾不可避免。通過對比，直流通道對直流信號的串擾抑制能力最強，因為在這種情況下，串擾主要原因是模擬多路開關切換造成的電壓抖動，而電壓抖動本身能量較小，持續(xù)時間也較短，所以通道串擾能力最小。直流通道對交流信號的串擾抑制能力其次，雖然交流信號本身能夠通過寄生電容對相鄰通道產生影響，但由于直流通道本身對交流信號具有抑制能力，所以該情況下的通道串擾增大得并不明顯。
最后，交流通道對交流信號的串擾抑制能力最差，這是因為采樣通道本身采集的就是交流信號，所以會接收大部分的干擾信號，從而嚴重降低串擾抑制能力，此時的串擾噪聲較大。而在干擾源同為交流電壓信號的情況下，隨著頻率的增加，通道串擾抑制比降低，這說明高頻信號更容易對相鄰通道產生串擾。所以在高頻場合使用的數據采集系統(tǒng)應該視情況對通道間串擾進行評價和檢測。
5結語
目前，大部分數據采集系統(tǒng)的用戶手冊都對通道串擾能力做出一定的說明，可見對數據采集系統(tǒng)通道串擾能力的評價是十分重要的。本文不僅對校準規(guī)范中的內容進行實驗，還對交流信號對直流通道的串擾能力，以及交流信號對交流通道的串擾能力進行了實驗，計算出不同情況下的串擾抑制比，并進行分析和總結。鑒于通道間串擾的影響，建議該校準項目可以根據客戶需求在適當的情況下包含在校準證書中。
【數據采集系統(tǒng)測試和評價方法的論文】相關文章：
地震智能數據采集系統(tǒng)04-30
生產車間數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)探討論文05-02
艦船數據信息采集方法研究04-29
基于PMAC卡的運動伺服系統(tǒng)數據采集和分析05-01