2020年数据采集系统测试和评价方法的论文

数据收集系统的测试和评价方法的论文摘要：介绍了数据采集系统通道间串扰的原因。 根据JJF1048-1995 数据采集系统校准规范，对直流信号对直流通道、交流信号对直流通道、交流信号对交流通道的串扰能力进行了测试、计算和评价，并对实验结果进行了分析和总结。 研究结果表明了数据采集系统通道间串扰评价的重要性。关键词：数据采集系统通道间串扰评价方法多路数据采集系统(模块)可以用不同的传感器将相应的测量信号变为电信号1，实现温度、电信号、压力、位移等参数的测量和处理，是连接模拟世界和数字世界的桥梁。 因此，数据采集系统的定期校准是不可或缺的。 目前，国内数据采集系统的检查项目包括电压、电流等信号显示值的误差。 随着工业设备的进化和改造，数据采集系统的采集通道数也在增加，这必然引起通道间串扰。 例如，在功率测量期间在电流和电压通道之间发生的串扰影响功率计算的准确性2。因此，在某些情况下，必须评估数据收集系统的通道间串扰能力。 现行的JJF1048-1995 数据采集系统校准规范 3为数据采集系统的通道间串扰提供了校准依据。 叙述了将直流电压源用作干扰信号源，测量相邻通道读取值的方法，以串扰抑制比SCRR作为评价结果。 然而，数据收集系统的应用范围不限于直流信号，例如，在常规功率测量中需要收集50Hz/60Hz的交流信号。 因而，在数据采集系统中通道串扰项目的校准中，仅考虑直流信号而在直流通道中出现的串扰是不完整的。 本文首先介绍了通道间串扰的发生原因和影响，扩展了JJF1048-1995的要求，对出现不同信号的通道间串扰进行了测量和计算，并对结果进行分析总结。数据收集系统通常使用多模拟开关以一定定时循环收集各信道，并通过时分复用方式进行量化。 但是，由于集成化的程度提高，所以在连接在多路复用器的输入端上的相邻的引线和引脚之间一定存在寄生电容。 电容器具有交流电阻为直流，高频电阻为低频的特征，所以对于交流信号一定会通过寄生电容在相邻信道中产生噪声。 另一方面，在直流信号中，在模拟开关的循环切换中，切换动作引起一定时间的电压抖动。 由于该抖动是交流信号，所以通过寄生电容也影响相邻信道4。大型设备接入数据采集系统的信号数量和类型很多，容易发生焓差试验台的直流电压和电阻信号、风洞试验的交流电压和直流电压等通道间串扰。 由于寄生电容的作用，噪声信号与采样信号重叠，产生不需要的噪声，在一定程度上影响采样信号的准确性。 这在噪声源的频率高的情况下特别显着。 此外，在直流信号下，由于多路复用模拟开关的切换而产生的电压抖动在短时间内恢复，但在高采样频率条件下，如果受串扰的信号在A/D转换器被采样之前不恢复，则会影响采样，产生转换误差5，数据采集片3.1测试方法参照JJF1048-1995，采用图1的布线方法，对数据采集系统的直流信号对直流通道、交流信号对直流通道和交流信号对交流通道的通道串扰能力进行了实验。 连接信道CHn和多功能校正器，连接相邻信道CHn 1和1k的标准电阻R0。 另外，干扰通道选择最大范围，相邻的采样通道选择最小范围，参照JJF1048-1995的第12节的要求进行了实验。3.2直流信号对直流通道的串扰能力干扰信号源使用多功能校准器输出标准直流电压，干扰通道和采样通道在不同的范围内切换到了直流电压测量模式。 测定结果如表1所示。3.3交流信号对直流通道的串扰能力干扰信号源使用多功能校正器输出不同频率的标准交流电压，干扰通道和采样通道在各自的范围内切换为交流电压测量模式和直流电压测量模式。 这里参考JJF1048-1995的12.6节式(29 )的形式进行了评价。 设交流电压信号“零”的振幅为0.1V，按照式(1)计算信道间串扰抑制比SCRR。3.4交流信号对交流通道的串扰能力干扰信号源使用多功能校准器输出不同频率的标准交流电压，干扰通道和采样通道在各自的范围内切换为交流电压测量模式。 由式(1)计算串扰抑制比SCRR的结果如表3所示。理想地，干扰信道和采样信道的信号彼此不干扰。 然而，由于数据采集系统自身的设计界限和布线分布的影响，信道间串扰是不可避免的。 相比之下，直流信道对直流信号的串扰抑制能力最强，在该情况中，串扰的主要原因是由于切换模拟复用开关而导致的电压抖动，而由于电压抖动本身的能量小并且持续时间短，所以信道串扰能力最小。 然后，基于直流信道的交流信号的串扰抑制能力使得交流信号本身经由寄生电容影响相邻信道，但是因为直流信道本身对交流信号具有抑制能力，所以在这种情况下信道串扰的增加不明显。最后，交流信道对交流信号的串扰抑制能力最差是因为采样信道本身正在收集交流信号，所以其接收大部分干扰信号，显着降低了串扰抑制能力，并且此时的串扰噪声较大。 如果噪声源为相同的交流电压信号，则信道串扰抑制比随着频率的增加而降低，这表示高频信号更容易在相邻信道中发生串扰。 因此，在高频情况下使用的数据采集系统应该根据情况来评估和检测信道间串扰。目前，大部分数据采集系统的用户手册对频道串扰能力进行了说明，数据采集系统的频道串扰能力的评估非常重要。 本文不仅对校准规范的内容进行了实验，还对交流信号对直流通道的串扰能力、交流信号对交流通道的串扰能力进行了