測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)及儀器選擇的關(guān)鍵因素分析

在可用的測(cè)試和測(cè)量硬件和軟件范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，對(duì)初次用戶和有經(jīng)驗(yàn)的用戶來說，都一樣難辦，這是可以理解的。

技術(shù)的進(jìn)步使測(cè)量和測(cè)試方法的發(fā)展呈指數(shù)方式加快，給用戶提供難以想象的強(qiáng)大系統(tǒng)功能。

測(cè)試和測(cè)量設(shè)備跨越很寬的范圍。對(duì)簡(jiǎn)單應(yīng)用來說，比較容易選擇合適的結(jié)構(gòu)來滿足需要和預(yù)算。應(yīng)用的復(fù)雜性增加時(shí)，結(jié)構(gòu)的選擇以及相關(guān)的費(fèi)用也變得復(fù)雜了，就會(huì)做出錯(cuò)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(hào)或傳感器輸出的電平和測(cè)量所需要的靈敏度（定義為測(cè)量時(shí)所能檢測(cè)到的最小變化，并能以測(cè)量值的單位來表達(dá)）。

精度、分辨率和測(cè)量速度是一些重要因素，是工程師在決定如何收集和測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)必須考慮的。另一個(gè)重要因素是環(huán)境。測(cè)量是在電噪聲很大的廠區(qū)中進(jìn)行，還是在電噪聲微小的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。另外，傳感器的位置是否離得很遠(yuǎn)，難以接近。在許多應(yīng)用中，環(huán)境因素對(duì)結(jié)構(gòu)可能起決定作用。

測(cè)量要求

1. 靈敏度：可以檢測(cè)到的被測(cè)信號(hào)的最小變化；

2. 精度：測(cè)量值與一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)間的一致程度；

3. 分辨率：被觀察信號(hào)的最小部分；

4. 測(cè)量速度：最大采樣率；

5. 帶寬：被采樣信號(hào)的最高頻率信號(hào)分量；

6. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求； 所要測(cè)量的通道數(shù)；

7. I/O數(shù)：模擬和數(shù)字；

8. 觸發(fā)：定時(shí)控制和開關(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(hào)調(diào)節(jié)； 隔離；

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

12. 顯示； 容易調(diào)定和使用；

13. 所收集數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析；

14. 大小、重量和可攜帶性；

15. 電源需求； 系統(tǒng)集成問題；

16. 系統(tǒng)成本和每個(gè)通道的成本。

考慮這些因素并標(biāo)明你的需求以后，你就可以為你的應(yīng)用考慮正確的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

儀器結(jié)構(gòu)的選擇

測(cè)試設(shè)備結(jié)構(gòu)有四種主要類型：

1、獨(dú)立儀器。最精度最靈敏的獨(dú)立儀器是臺(tái)式儀器。它們是傳統(tǒng)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(shù)字多用表供現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，但一般來說，它沒有臺(tái)式儀器那樣的性能、靈敏度和精度。

2、計(jì)算機(jī)連接的儀器。它是獨(dú)立儀器的一個(gè)子集。當(dāng)測(cè)量的數(shù)量貨類型超過獨(dú)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)，就使用這類儀器。很多儀器提供獨(dú)立工作能力，也提供計(jì)算機(jī)控制模式，供復(fù)雜的測(cè)式和測(cè)量系統(tǒng)使用。將儀器與PC控制器連接起來的外部數(shù)據(jù)通信總線可以使用若干種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中的一種。

3、分布式儀器。 當(dāng)前由一些生產(chǎn)廠商提供。這類測(cè)試系統(tǒng)包含一些獨(dú)立儀器，通過通信網(wǎng)絡(luò)將它們連在一起。這種結(jié)構(gòu)由一些小型化儀器組成，原則上可以放在廠區(qū)中的任何地方，通過通信網(wǎng)絡(luò)將完全處理后的信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)。很多儀器做到實(shí)驗(yàn)室測(cè)量等級(jí)的要求。因?yàn)樗鼈兾挥跍y(cè)試信號(hào)附近，電纜感應(yīng)噪聲減到最小，因而降低了測(cè)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(cè)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，可以用來讀出數(shù)據(jù)，查找故障。你也可以完全依靠控制計(jì)算機(jī)上的顯示器。分布式儀器使用的數(shù)據(jù)通信協(xié)議類似于計(jì)算機(jī)連接的儀器所使用的協(xié)議。

4、基于PC的測(cè)試儀器。這里最主要的屬性是測(cè)量速度和獲取大量數(shù)據(jù)的能力。有兩種基本配置。最常見的是模擬測(cè)試信號(hào)被連到一個(gè)PC插入板上，該板位于一個(gè)計(jì)算機(jī)總線插槽上，或者位于PC并行口上。另一種配置由許多裝在機(jī)箱中的板組成,裝在機(jī)架上的機(jī)箱與PC有相當(dāng)距離.機(jī)箱含有測(cè)量板多路復(fù)用板A/D變換板和信號(hào)調(diào)節(jié)板等,將完全處理后的數(shù)字信號(hào)與PC聯(lián)網(wǎng).機(jī)箱系統(tǒng)有效地將測(cè)量系統(tǒng)的規(guī)模擴(kuò)大,其通道數(shù)要比使用PC內(nèi)提供數(shù)個(gè)可用用的板插槽的規(guī)模大得多。

檢查參數(shù)

決定數(shù)字化儀器靈敏度的一個(gè)重要參數(shù)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(duì)一個(gè)特定的儀器測(cè)量量程來說,分辯率愈大，靈敏度愈好。

采樣率（或測(cè)量速度）是另一個(gè)參數(shù)，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(cè)值與一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的接近程度）。精度以幾種方式來表示，這決定于特定的儀器。但有代表性的是以百分比、PPM或位數(shù)來表示。臺(tái)式獨(dú)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(zhǔn)源用來傳遞標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)儀器的每一種基本類型，上面討論的一些參數(shù)以及其它的一些參數(shù)列在表1中。

適應(yīng)性和噪聲抑制

各種附加信號(hào)調(diào)節(jié)放大器可用來提高信號(hào)電平，輸入到基于PC的測(cè)試系統(tǒng)，使你可以在低電平信號(hào)（例如來自低電偶、應(yīng)變量規(guī)等的信號(hào)）情況下使用這種類型的系統(tǒng)。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(jié)構(gòu)屬性

這些指標(biāo)反映了該類儀器每個(gè)參數(shù)通常所能達(dá)到的最高或最佳值，并步使所有這些值都能同時(shí)達(dá)到。

某些測(cè)量?jī)x器有內(nèi)置的皂聲抑制裝置。它們使用了一些內(nèi)部技術(shù)，如濾波、積分和電流倒相等來降低噪聲。然而，在基于PC的插入損和基于PC的外部機(jī)箱系統(tǒng)中沒有內(nèi)置的噪聲抑制裝置。替代的方法是基于PC測(cè)試系統(tǒng)使用軟件提供的平均技術(shù)來降低來自測(cè)量和/或信號(hào)調(diào)節(jié)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，這限制了PC插入板用來做靈敏測(cè)量。

結(jié)束語

最后一個(gè)考慮是費(fèi)用。臺(tái)式儀器費(fèi)用最高，因此，只有對(duì)精度和分辯率有真正需求時(shí)才應(yīng)用它們。由于幾乎每人都有PC，基于PC板的系統(tǒng)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(cè)量，則分布式小型化儀器將是你最佳的選擇。這類儀器的價(jià)格在臺(tái)式儀器和PC插板式儀器之間。