為多路多信號(hào)的快速掃描測(cè)量構(gòu)建適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)

為多路多信號(hào)的快速掃描測(cè)量構(gòu)建適當(dāng)

的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證中，往往需要多路掃描測(cè)量混雜著不同物理參數(shù)的測(cè)試點(diǎn)。例如需要同時(shí)監(jiān)視流量、壓力、溫度和應(yīng)力。測(cè)量速度有時(shí)會(huì)隨應(yīng)用而異。對(duì)掃描速度的要求也可能有很大的不同。例如，對(duì)于大熱容量的物體，溫度變化通常是慢過(guò)程，每秒一次的測(cè)量速率捕獲溫度變化也許已經(jīng)足夠。但當(dāng)溫度在短時(shí)間內(nèi)有急劇變化時(shí)，就要以更快的掃描率精確跟蹤溫度變化。使用如Agilent34980A多功能開(kāi)關(guān)測(cè)量單元及相伴DataLoggerPro軟件這類系統(tǒng)，可以達(dá)到更高速度的要求。即使正在使用不同的數(shù)據(jù)記錄儀，也可通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量技巧，保證盡可能快的掃描。合理安排被測(cè)輸入信號(hào)的次序當(dāng)測(cè)量中有多種類型的傳感器時(shí)，最好把相同類型的傳感器編組放到一起。這樣做有兩個(gè)理由：其一是把低電平信號(hào)，如熱偶產(chǎn)生的信號(hào)與其它信號(hào)分開(kāi)，從而把干擾和相互影響減到最小。其二是減少數(shù)字萬(wàn)用表頻繁改變量程和功能所需要的時(shí)間。改變數(shù)字萬(wàn)用表的量程和功能往往需花幾十毫秒或更長(zhǎng)的時(shí)間，這將顯著延長(zhǎng)掃描時(shí)間。理想情況下，所有輸入最好都是同一類型和同一量程（例如直流電壓，10V量程），但這是不現(xiàn)實(shí)的，有些輸入需要衰減，另一些輸入需要放大。因此最好的解決方案是按測(cè)量類型和輸出范圍組織輸入信號(hào)，如表1所示。表為加快掃報(bào),按測(cè)盤(pán)類型和輸出范固組織輸入M瘟集中麗翼：加■?劫. ■■PW1CYCCY10年ocvMV1-0VMVgTOOIWOCTIBMDCV仲N■Ml加哂ACWIffllnWna1?nnVBWfOOrviVACVISOmW故MK由然“DCVtov電圖1DK測(cè)量技巧把所有類似的測(cè)量編組到一起。先把所有熱偶測(cè)量放到相鄰?fù)ǖ乐校缓笫歉髦绷麟妷和ǖ?，各交流電壓通道，依次類推。從而將改變功能所費(fèi)的時(shí)間減到最小。如有可能，通過(guò)匹配輸入電平把改變量程所費(fèi)的時(shí)間減到最小。這樣做可能需要衰減或放大某些通道的輸入信號(hào)。為完全消除量程和功能改變，把所有輸入都變換成一種類型，如直流電壓，然后在同一量程，如10V量程上讀出。用250。端接所有4-20mA電流環(huán)，把電流轉(zhuǎn)換成電壓。選擇適當(dāng)?shù)亩嗦烽_(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)包括多個(gè)開(kāi)關(guān)，在任何給定時(shí)間，只有某一通道被接到公共輸出。掃描速度受多路開(kāi)關(guān)中所用開(kāi)關(guān)類型的影響。電磁繼電器堅(jiān)固，可承受相對(duì)大的電壓和電流，但如表2所示，速度是很慢的。干簧繼電器更快，通常用于數(shù)據(jù)采集掃描器中。為實(shí)現(xiàn)最高的開(kāi)關(guān)速度，就需要使用FET開(kāi)關(guān)。但FET不能承受大電壓，并且有相對(duì)高的“導(dǎo)通”電阻。由于數(shù)字萬(wàn)用表有極高的輸入阻抗，因此FET的導(dǎo)通電阻一般不會(huì)成為問(wèn)題。表泰開(kāi)支特性典鈿",網(wǎng)電旭愿.壽.電福3DQV1A孑附w就通道1秒1DM干普300V&02SgV1口500■通道『觸1。MFET16V1mA25uViknimviS逋』勃至限加影3oevtA“V200通道格無(wú)瞅測(cè)量技巧按測(cè)試速度要求選擇正確的多路開(kāi)關(guān)。干簧繼電器比電樞繼電器快，F(xiàn)ET開(kāi)關(guān)則更快。如有可能，避免跨多路開(kāi)關(guān)陣列。這需要額外的開(kāi)關(guān)時(shí)間。把容性負(fù)載效應(yīng)減到最小，它會(huì)減慢測(cè)量速度和要求更長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間。oo圖12蛭,4:1MUX優(yōu)化積分式數(shù)字萬(wàn)用表的測(cè)量大多數(shù)數(shù)據(jù)記錄儀，如Agilent34970A數(shù)據(jù)采集單元和Agilent34980A多功能開(kāi)關(guān)測(cè)量單元都用高精度積分式A/D電壓表測(cè)量，各種通過(guò)多路開(kāi)關(guān)接入的輸入信號(hào)。積分式數(shù)字萬(wàn)用表很好兼顧了速度和精度。如果不需要61/2位的分辨率，則可選擇較短的積分時(shí)間，雖然這會(huì)降低噪聲抑制能力。大多數(shù)積分式A/D有自動(dòng)零功能，它在兩次測(cè)量間測(cè)量?jī)?nèi)部短路，從而補(bǔ)償A/D中的失調(diào)漂移。但這也使測(cè)量時(shí)間增加一倍。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還要花時(shí)間執(zhí)行命令，控制自動(dòng)量程，更新顯示，測(cè)量熱偶參考結(jié)，以及把熱偶電壓讀數(shù)轉(zhuǎn)換為溫度。所有這些工作都需要時(shí)間。因此要仔細(xì)考慮這些功能，去掉那些不影響系統(tǒng)精度的活動(dòng)，這樣做能夠顯著縮短測(cè)量時(shí)間。

圖2用國(guó)g陽(yáng)川34932ABenctiLinkDotaLoggerFr?圖2用國(guó)g陽(yáng)川34932ABenctiLinkDotaLoggerFr?軟件配置商速掃情產(chǎn)上口―一一r中T海蝌卡434.:4441$41m.三測(cè)量技巧如果數(shù)據(jù)記錄儀周圍環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，關(guān)掉自動(dòng)零功能。直接編程數(shù)字萬(wàn)用表量程，不要讓它處于自動(dòng)量程模式。設(shè)置正確的積分時(shí)間。至少在一個(gè)工頻周期（PLC）上的積分，以減小工頻相關(guān)噪聲的影響，但這也把測(cè)量速度限制到每秒50個(gè)讀數(shù)。關(guān)斷前面板顯示和鍵盤(pán)。用另外的恒流源輔助電阻測(cè)量，這樣就可進(jìn)行電壓測(cè)量。不要過(guò)于頻繁地測(cè)量熱偶參考結(jié)。在計(jì)算機(jī)中，而不要在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行熱偶電壓測(cè)量值至溫度的變換?？焖俣_地得到小引擎溫度分布圖對(duì)于從冷啟動(dòng)到最終工作溫度的瓦斯引擎，溫度能在幾秒鐘內(nèi)變化好幾百度。為了得到精確的溫度分布圖，在尋求引擎排放批準(zhǔn)

而進(jìn)行鑒定測(cè)試時(shí)，美國(guó)環(huán)保署(EPA)考慮強(qiáng)制要求每100-200ms進(jìn)行一次溫度測(cè)量。由于有多至40-50個(gè)傳感器，需要達(dá)到的掃描速度為每秒500個(gè)通道或更高。為此需選擇正確類型的多路開(kāi)關(guān)，把同類信號(hào)編組，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量系統(tǒng)中把量程和功能的改變減到最少，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后處理，而不要把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換放在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中執(zhí)行，這樣，就能從容滿足這些EPA要求。圖3小引擎溫度分布圖總結(jié)大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用都使用一種以上的傳感器。如