选择数据采集(DAQ)产品时需注意的问题

概览

　　如今的数据采集(DAQ|0">DAQ)产品应该是用现代化的科技及优良的设计进行测量工作--精确的读取数据。现代科技与设计能提供某些特定的优势,然而许多数据采集卡的生产厂家仍然在使用二十世纪80年代的技术,它的设计限制了监测结果的精确性,结果往往只是大约值或估计值。既然用过时的技术所生产的板卡只能得到测量估计值,为什么生产厂家还要使用它呢?原因有很多:不愿意在DAQ产品生产上多技资、不追求创新技术、直接沿用旧技术。但是不管何种原因,结果只会是不够精确的测量值。NI的DAQ产品以Measurement-Ready(立即完成精确测量)著称,它使用了一系列的技术和精密的设计以保证高精度测量。即使低价的DAQ产品也同样具备Measurement-Ready特质。在购置DAQ卡之前,您应该先对这些技术有所认识,了解它们对测量工作有多重要的影响,并确定欲购买的DAQ产品是否具有这些重要技术特性。

技术问题

1.这块板卡需要校准吗？

一些DAQ板卡本身设计了自我校准功能，这意味着它们不带容易引起增益和偏移误差的组成部分，如分压计或放大器。因此该类DAQ产品可以利用其优良设计进行自我校准。

2.这块板卡能进行自动校准吗?

Measurement-Ready DAQ板卡能够进行自动校准,因此它们本身就减少了各种偏移和增益误差的可能。偏移误差通常由环境变化而引起,例如电量放射、温度漂移等;增益误差往往由各种元器件的不同承受力引起。而如果板卡设计得当,不用外界帮助,这些误差即可自动消除。若要板卡进行自动校准,通过软件命令运行驱动程序即可完成。进行自动校准的方法有两种:使用板上系数;使用参考板上系数的板上精确电压和温度值。

板上系数用于有增益的板卡自动校准。通常板卡在出厂前进行校准,并将系数存储在板上EEPROM中,该系数反映了与板卡相关的增益和偏移误差。每次通过软件命令运行驱动程序时,程序会读人这些系数并用它们改正测量读数。用这一方法进行校准时,用户还可以通过提供一个已知的电压值重新定义板上校准系数。

参考板上系数的板上精度电压和温度值用于高级自动校准。板上精度电压值以数字形式存于某一通道中,然后将被测值与之进行比较得出偏移系数;改变精度参考值得到一个新的更大的值,以此定义增益误差值。考虑到温度的变化,这些系数会被进一步修改。有一个板上温度传感器负责读取温度,并相应调整偏移和增益系数。这些系数都被存储在EEPROM中,并用于消除测量结果的误差值。

3.这块板卡使用了分压计吗?

使用过时技术生产的DAQ板卡通常都需要分压计进行校准。进行校准时,转动分压计直到阻抗消除了所有的误差。使用分压计的校准存在一系列的问题:难以接触到板卡;温度漂移;机械构造上的缺陷;突然变化。转动分压计需要手工操作、需要接触到板卡,这会很麻烦,因为DAQ卡都插在电脑主机中,不太容易拿到。同时,不断变化的温度也会改变分压计的阻抗值,因此不能保证DAQ板卡进行正确校准。而且,反复使用后的分压计会变破旧,电阻器元件和电臂之间的连接点被磨损,导致一个无怯决定的或很高的电阻值。这也会导致DAQ板卡的无效校准。此外,猛敲分压计同样会导致这样的结果。厂家们也意识到此类危险因素,因此他们在螺帽上面涂一层强力胶,以此来保证校准工作的顺利进行。这样一来,重新进行手工校准时,就需要更多的强力胶以防止螺丝在转动中脱落。而在实际工作中,这些工作通常都不会到位,因此问题依旧存在。DAQ板卡是否装有分压计很容易识别,因为分压计体积较大、且通常都是明亮的蓝色、红色或白色。

4.这块板卡使用了多层设计吗?

多层或多底面设计分隔敏感的模拟电路和数字信号以保证测量精确度。运载模拟信号至放大器和数字化仪的线路能够察觉数字线状态变化引起的噪音。由低到高变化的数字线起伏非常迅速时,就会在示波器中表现为方波。这样急剧的变化其实由高频部分组成。出现这些高频信号时,DAQ板卡上由绝缘体隔开的铜丝就发挥起了电容器的作用,将能量转移到旁边的线路,如果周围的线路也承载着模拟信号,这时数字辈扰就会增加、被放大、被数字化,从而导致读取的数据不精确(估计值)。而恰当的设计可以避免这一不精确性。将模拟电路和数字电路隔离在不同的层面中,中间用铜制接地层隔开,这样就能避免数字干扰对模拟信号的破坏。接地层与计算机的地形成较低阻抗的回路,因此减少对模拟回路的噪声干扰。

5.如何判断是否使用了多层设计?

判断一块卡是否有多层设计的线索之一是它不透光。有多个接地层的板卡是不透明的,因为铜不透光。有些板卡的边缘会有铜层的标签或号码,您可以从中数出层数。也有些板卡有多层,但不是接地层。这些板卡就会透光,您可以看见里面的线路。如果您看到有线路重叠在一起,它们互相之间就会引起干扰和噪声源。

6.这块板卡使用了SMT技术吗?

SMT技术就是将各元部件都连接到一张印刷电路板上,实际上这对DAQ板卡的测量精确度高很大影响。SMT设计缩短了线路长度,因而减少了线路繁琐引起的干扰因素。它将各部件的连接点焊接在印刷电路板的表面。这一技术与传统的穿洞技术形成了明显的对比。后者要在板上打洞,并将部件连接线穿过洞眼并焊接起来。SMT设计中的元部件不需要大面积的接触,因此它们体积更小,而且不需要在板上打洞,所以各元部件之间的线路也就更短。短线路不仅减少了干扰,还使各部件之间的粘合更紧凑。因为增加了元部件之间的密集性,板卡设计师就可以有策略地放置电路以进一步隔离敏感的元件。例如,将模拟部件聚集放在远离干扰很大的数字电路的部位。SMT设计的另外一个重要特性就是各部件可以放在板卡的两边,因而增加了这块小小的印刷电路板的功效。SMT设计加上妥善放置大大降低了对模拟信号的干扰,从而提高了板寺读取数据的精确度。

7.如何判断是否使用了表面凸起设计?

SMT设计中的元部件不会穿过DAQ卡。元部件接点和线头通常比穿洞式设计的小。穿洞式设计板卡的元部件通常只在卡的一边,另外一边只有尖尖凸起的钉子。

8.这块板卡使用了ASIC吗?

DAQ板卡上的ASIC元部件不仅能增加板卡功效,还能降低干扰、减少耗电量。ASIC用于加固板卡功能、提高板卡性能。加固的原部件减少了部件数量及部件之间的线路,从而也降低了影响模拟信号的数字干扰。加固设计让板卡设计师有更多空间进行策略性的放置及隔离。此外,减少了元部件还节省了板卡的总耗电量。

9.如何判断ASIC?

ASIC通常是由生产厂家设计的体积较大的芯片。装有ASIC的板卡通常都有即插即用的特性,有的还有额外空余空间。

10.这块板卡是否使用了较好的ADC部件?