数据采集设备中的“即测即用”是高精度测量的新技术

1、前言

多功能数据采集(DAQ) 设备结合了模拟前端，灵活的定时和触发ASlC以及总线接口ASlC，从而改善和优化了最新的现有商业化数字技术。利用这些DAQ设备再结合信号调理产品，可以创建确保精度的DAQ系统。这就是在数据采集设备中应用了"即测即用"高精度测量的新技术的结果。也称之为"即测即用"数据采集(Measurement Ready DAQ)设备。由于"即测即用"数据采集(Measurement Ready DAQ)为获得绝对精度而进行了优化，具有了如下特性：

卓越的模拟电路设计：具有低于20μV的系统噪声和其它硬件规格，无论是小信号还是大信号，都可以进行精确测量；

全面的信号调理选择：具有隔离、滤波、激励和电流测量模块，可将其连接到任意类型的传感器上；

完整的校准选择：一个板载高精度信号源可以通过简单的软件调用对板卡重新进行校准，以减少温度变化和时间积累所引起的精度误差。

作为"即测即用"-多功能数据采集设备，其重要的是它的精度特征，即高质量测量性能与信号调理精度特征，为此本文将对此问题迸行讨论与分析，因为它关系到数据采集糸统的根本。

值此首先需要说明的是何谓多功能DAQ数据采集？

多功能DAQ-多功能DAQ指的是数据采集硬件，它能在单个设备上提供多种功能：模拟输入、模拟输出、数字输入、数字输出和定时I/O。

而数据采集的目的是为了测量如光、温度、压力或声音这样的物理现象。基于PC的数据采集结合了硬件，软件和计算机来进行自动化测量、分析测量数据。

2、即测即用"数据采集设备精度特征关键-高质量测量性能

2.1"量化误差"理念的引入

各种各样的传感器，最终都将物理参量转换为可以通过电线传送的电信号。当将这些电线连接到数据记录仪或数据采集(DAQ)卡、数字万用表(DMM)、或任何其它类型的测量硬件上的时候，肯定希望读取到的就是线上传输过来的精确的数值。可同也需要说明，没有一种测试硬件是完美的。因此必然要考虑能够接受的最大误差值是多少呢?

当今许多设计人员在评估DAQ产品的优劣时，往往只考虑它的精度位数。例如，认为使用16位精度的DAQ设备，用户可得到 个可能的数据点。这65536个值均匀地分布在一个电压范围内，而任何一个采样得到的信号都会被圆整到这些值的其中一个。在此圆整过程中所产生的误差就叫"量化误差"。DAQ设备精度上的量化误差仅仅是造成测试结果误差原因中的极小部分。由于硬件设计的不同，其它类型的误差将呈现极其多种的形式。"即测即用"数据采集设备可以最大程度上减少各种类型的误差可能。这些都是可能导致误差的原因，在选购任何一种硬件设备，例如DAQ设备时，都需认真考虑。

2.2即测即用"数据采集设备能将温度漂移大大缩小

DAQ设备的精确度会随着它温度的改变而发生变化。"即测即用"数据采集设备能将因温度变化引起的误差缩小到最小范围，这是因它在设计上有如下几点优势：高品质的元部件：能在很大的温度范围内保持数值的稳定；补偿元件：可以为其它部件产生逆向误差，从而有效地中和误差；板载温度传感器：可随时供编程或操作人员用来评估设备当前温度。

举例说明

由于设计中的诸多考虑，当温度变化1℃时，16位精度的"即测即用"数据采集设备所读取的数据变化仅为0.0006%以下。这种抗温度变化的性能，确保了在温度发生漂移时的读数准确性。

当环境温度变化15℃时，您的DAQ设备的精度可能发生显著的变化。如NI PCI-6052E漂移18μV，而Analog Device公司AD291E级精度参考电压在±200mV范围内漂移24μV。看出将AD291E级精密参考电压与发生温度漂移的PCI-6052E上的温度漂移所进行比较时，DAQ设备也表现出25％的精度改善。

2.3以很小稳定时间达到一定的精确

稳定时间指的是DAQ设备为达到一定的精确度并保持这一特定的精确度所需的一小段时间。无论要求怎样的增益和采样率，"即测即用"数据采集设备都可以确保根据要求稳定下来。如图1显示了12位E系列DAQ卡最差的稳定时间范围。在电压范围为10V时，此设备的量化误差为1.22mV。需要注意，量化误差只是整体测量误差的一小部分。

举例说明

因多路传输DAQ设备上的仪器放大器必须能够在较高的增益和采样速率下从具有不同电压水平的多个通道获取精确的读数。由于这些要求，大部分市售仪器放大器均具有DAQ设备所需要的精度。如NI PCI-6052E经过4μS稳定在0.305mV的范围内，而采用线性技术LT1102高速、精确仪器放大器在同样长的时间内却稳定在2.5mV的范围内。即使在把一个精密仪器放大器与PCI-6052E上的所有元件包