選擇DAQ設(shè)備時(shí)需要考量哪些因素

在選擇DAQ設(shè)備之前，需要考量的因素很多，難免糾結(jié)。NI專家總結(jié)出了5問5答，教你直擊要害。按照這個(gè)原則選，準(zhǔn)沒錯(cuò)!

我需要測量或生成什么類型的信號(hào)?

我是否需要信號(hào)調(diào)理?

我需要以多快的速度獲取或生成信號(hào)樣本?

我需要檢測的信號(hào)中的最小變化是什么?

我的應(yīng)用允許的測量誤差是多少?

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現(xiàn)在，直奔主題。

01我需要測量或生成什么類型的信號(hào)?

雖然有些DAQ設(shè)備可以執(zhí)行單一功能(如測量和生成模擬電壓信號(hào))，但有些是純數(shù)字的，還有一些可執(zhí)行多種功能。數(shù)據(jù)采集應(yīng)用通常依賴于多種信號(hào)，因此請務(wù)必了解您的應(yīng)用需要哪些功能。

DAQ設(shè)備功能：

模擬輸入可測量模擬信號(hào)

模擬輸出可生成模擬信號(hào)

數(shù)字輸入/輸出可測量和生成數(shù)字信號(hào)

計(jì)數(shù)器/定時(shí)器可對數(shù)字事件進(jìn)行計(jì)數(shù)或生成數(shù)字脈沖/信號(hào)

具有多個(gè)功能的DAQ設(shè)備通常稱為多功能I/O設(shè)備。單功能DAQ設(shè)備和多功能I/O設(shè)備的通道數(shù)量都是固定的。選擇哪種設(shè)備取決于應(yīng)用的需求;但是，最好還要考慮將來是否需要擴(kuò)展系統(tǒng)。如果需要擴(kuò)展，那么選擇通道數(shù)超過當(dāng)前需求的設(shè)備可能更為經(jīng)濟(jì)有效，尤其是DAQ設(shè)備只需要為當(dāng)前應(yīng)用服務(wù)一段時(shí)間，且之后計(jì)劃用到其他應(yīng)用的情況。

另一種選擇是模塊化平臺(tái)，您可以根據(jù)自己的確切要求對其進(jìn)行定制。模塊化系統(tǒng)由控制定時(shí)和同步的機(jī)箱以及各種I/O模塊組成。模塊化系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，您可以選擇功能各不相同的模塊，來實(shí)現(xiàn)不同的配置?；谶@一選擇，您就可以使用不同的模塊來執(zhí)行不同的任務(wù)，且精度要比使用一臺(tái)多功能設(shè)備要高得多。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，您可以選擇機(jī)箱的插槽數(shù)量。雖然機(jī)箱的插槽數(shù)量是固定的，但您可以購買插槽數(shù)超出目前所需數(shù)量的機(jī)箱，方便在未來進(jìn)行擴(kuò)展。

硬件已就位，數(shù)據(jù)處理軟件都有什么呢?別急，且聽小編一一介紹。

1號(hào)選手：CompactDAQ可連接到各種傳感器和總線，并支持溫度、電壓、電阻、音頻等的測量。

2號(hào)選手：NI高性價(jià)比數(shù)據(jù)采集設(shè)備，指的是NI高性價(jià)比USB多功能I/O設(shè)備、FlexLoggerTM。NI高性價(jià)比USB多功能I/O設(shè)備以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的價(jià)格提供了高質(zhì)量測量。FlexLoggerTM是一款可快速配置傳感器和記錄混合信號(hào)數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件，用于驗(yàn)證機(jī)電系統(tǒng)，而且完全無需編程。

02我是否需要信號(hào)調(diào)理?

典型的通用型DAQ設(shè)備可以測量或生成+/-5 V或+/-10 V的信號(hào)。但是某些傳感器所生成的信號(hào)難以測量或測量時(shí)有安全隱患，就無法使用這種類型的DAQ設(shè)備直接測量。而且大多數(shù)傳感器生成的信號(hào)都需要先進(jìn)行調(diào)理(如放大或?yàn)V波)，才能被DAQ設(shè)備有效且準(zhǔn)確地測量。

例如，熱電偶輸出的信號(hào)在mV范圍內(nèi)，這就需要先將信號(hào)放大，才能輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換。此外，熱電偶測量的信號(hào)經(jīng)過低通濾波，可以消除高頻噪聲。相對單獨(dú)的DAQ設(shè)備而言，信號(hào)調(diào)理提供了一種獨(dú)特的優(yōu)勢，因?yàn)樗梢蕴岣咝阅芎蜏y量準(zhǔn)確度。

上表總結(jié)了不同類型傳感器和測量常見的信號(hào)調(diào)理。您可以選擇自己搭建外部信號(hào)調(diào)理電路，也可以使用具有內(nèi)置信號(hào)調(diào)理功能的DAQ設(shè)備。許多設(shè)備都可以直接連接到常見的傳感器，因此可方便地進(jìn)行集成。有關(guān)傳感器信號(hào)調(diào)理的詳細(xì)信息，點(diǎn)擊文章查看。

03要以多快的速度采集或生成信號(hào)樣本?

對DAQ設(shè)備而言，采樣率是最重要的技術(shù)參數(shù)之一，它是指DAQ設(shè)備的ADC進(jìn)行信號(hào)采樣的速度。典型的采樣率是硬件或軟件定時(shí)的，最高可達(dá)14 MS/s。應(yīng)用的采樣率取決于要測量或生成的信號(hào)的最大頻率分量。

奈奎斯特定理指出，以兩倍于原始信號(hào)最高頻率分量的速率進(jìn)行采樣可以準(zhǔn)確地重構(gòu)信號(hào)。但實(shí)際上采樣率應(yīng)至少達(dá)到最大頻率的10倍，才能準(zhǔn)確地再現(xiàn)信號(hào)的形狀。因此，選擇的DAQ設(shè)備的采樣率必須至少是信號(hào)頻率10倍，才能確確保測得或生成更準(zhǔn)確的信號(hào)。

04我要檢測的信號(hào)的最小變化量是多少?

信號(hào)中可檢測到的最小變化量決定了所選DAQ設(shè)備的分辨率。分辨率是指ADC可用于表示信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)。為了說明這一點(diǎn)，假設(shè)讓正弦波通過具有不同分辨率的ADC，那么如何表示它?圖2比較了3位ADC和16位ADC。3位ADC可以表示八(23)個(gè)離散電壓電平。16位ADC可以表示65536(216)個(gè)離散電壓電平。用3位分辨率表示的正弦波更像是一個(gè)階躍函數(shù)，而16位ADC的正弦波則能很清晰地看出來是正弦波。

05我的應(yīng)用可允許多大的測量誤差?

準(zhǔn)確度是一個(gè)度量項(xiàng)，反映了儀器如實(shí)指示被測量信號(hào)的值的能力。這個(gè)術(shù)語與分辨率無關(guān)，但是儀器的準(zhǔn)確度永遠(yuǎn)不可能高于分辨率。如何定義測量的準(zhǔn)確度取決于測量設(shè)備的類型。理想的儀器總是可以十分確定地測量真實(shí)值，但在現(xiàn)實(shí)世界中，儀器報(bào)告的值存在不確定性(由制造商定義)。這種不確定性可能取決于多種因素，如系統(tǒng)噪聲、增益誤差、偏移誤差和非線性。

描述儀器不確定性的常見參數(shù)是絕對精度。這個(gè)參數(shù)定義了指定范圍內(nèi)DAQ設(shè)備的最大誤差。NI多功能設(shè)備的絕對精度計(jì)算以如下為例：

原文標(biāo)題：DAQ設(shè)備選擇，5問5答

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審核編輯：湯梓紅