有關(guān)測(cè)量精度的幾個(gè)必須了解的問題

　　接地環(huán)路會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果，例如，在圖4所示的電路中，為了能夠長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)一個(gè)電機(jī)的溫度，在電機(jī)上連上一個(gè)熱電偶傳感器，由于電機(jī)箱是接地的，因此熱電偶也接地，而數(shù)據(jù)采集設(shè)備地與電機(jī)箱地之間存在電勢(shì)差，因此產(chǎn)生了電流。你可以注意到，加在測(cè)試信號(hào)的噪聲可能是交流的，或者一個(gè)簡(jiǎn)單的直流偏移值，但最終無可避免地影響了測(cè)試精度。

　　圖4 接地環(huán)路影響測(cè)試結(jié)果

　　為了避免接地環(huán)路，需要選擇合適的接地模式，特別是在測(cè)量一個(gè)接地傳感器時(shí)，應(yīng)該盡量避免使用單端輸入方式（RSE），這種方式會(huì)直接在數(shù)據(jù)采集設(shè)備與傳感器地間產(chǎn)生電流。如果使用的是差分方式（DIFF），由于電路為開路，因此電流被制止，從而較好地抑制了接地環(huán)路。當(dāng)然，相比于差分，通過隔離技術(shù)（見圖5），可以在不讓兩個(gè)地相連，分隔數(shù)據(jù)采集設(shè)備地的同時(shí)，保持?jǐn)?shù)據(jù)值的傳輸，從而從根本上解決了環(huán)路問題。

　　圖5 隔離技術(shù)解決接地環(huán)路問題

　　問題四：軟件的作用

　　作為一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，軟件在其中的作用日益得到重視，它除了可以為整個(gè)系統(tǒng)提供靈活性與可擴(kuò)展性之外，還可以利用軟件對(duì)采集得到的信號(hào)進(jìn)行后處理，從而提高測(cè)量結(jié)果的正確性。

　　最常用的就是軟件濾波技術(shù)，如果事先對(duì)所測(cè)得的信號(hào)情況已有一定的了解（例如知道信號(hào)中被引入了50Hz的電源噪聲），那么就可以針對(duì)性地對(duì)其后處理，從而還原更真實(shí)的信號(hào)。相比于傳統(tǒng)的硬件級(jí)濾波，軟件具有簡(jiǎn)單、靈活并且成本低廉等優(yōu)勢(shì)，與此同時(shí)，CPU日益提升的處理速度也已可完全勝任任何的濾波算法處理。

　　圖6就是使用NI LabVIEW圖形化開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)軟件濾波的實(shí)例，當(dāng)信號(hào)具有一定噪聲時(shí)，通過LabVIEW自帶的濾波器VI，對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除掉25Hz以上的噪聲，從而得到原始信號(hào)（Fitered Signal）。

　　圖6 使用LabVIEW實(shí)現(xiàn)軟件濾波

　　當(dāng)然，軟件所能發(fā)揮的作用遠(yuǎn)非如此。在很多前沿應(yīng)用時(shí)，一些原始的信號(hào)對(duì)研究來說也可能是噪聲（例如對(duì)虎鯨叫聲的分析時(shí)，海水的聲音就是一種噪聲），對(duì)于這些問題，如果在軟件中使用一些高級(jí)的信號(hào)處理算法（例如聯(lián)合時(shí)頻分析、小波分析等）就可以解決。例如，利用聯(lián)合時(shí)頻分析的高級(jí)算法，在 LabVIEW下成功截取到虎鯨的叫聲，而將海水的聲音與其他噪聲都去除。因此，可以預(yù)見的是，軟件在數(shù)據(jù)后處理方面將起到舉足輕重的作用，從而幫助工程師得到自己所需要的信號(hào)與數(shù)據(jù)。

　　問題五：重視校準(zhǔn)

　　“時(shí)間能夠沖淡一切”，這句話用于測(cè)試系統(tǒng)也同樣受用，我們知道，時(shí)間的推移（持續(xù)工作的時(shí)間以及環(huán)境條件的影響）都會(huì)讓任何儀器中的電子器件的精度產(chǎn)生偏差，從而給測(cè)量帶來很大的不確定性。解決該問題的關(guān)鍵所在，就是必須定期對(duì)儀器和板卡進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　一般而言，校準(zhǔn)就是將儀器的當(dāng)前性能與已知的標(biāo)準(zhǔn)精度進(jìn)行比較，通過對(duì)儀器測(cè)量能力的調(diào)整，確保其測(cè)量精度在廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。要想完成對(duì)一個(gè)儀器的外部校準(zhǔn)，可以將其送回原廠，或者送至一個(gè)校準(zhǔn)計(jì)量實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)。另一方面，在選擇儀器的時(shí)候，工程師們需要仔細(xì)考慮外部校準(zhǔn)時(shí)間間隔這個(gè)參數(shù)，這可以大大減少自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的維護(hù)成本。

　　當(dāng)然，作為一種在校準(zhǔn)周期內(nèi)改善儀器測(cè)量精度的方法，某些廠商的板卡或儀器還包含了非常實(shí)用的自校準(zhǔn)功能，它們含有精確的電壓參考源等硬件資源，可以隨時(shí)快速地校準(zhǔn)該儀器，從而減少因環(huán)境等因素造成的測(cè)量誤差。

　　結(jié)論

　　幾乎所有的工程應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量精度都有著很嚴(yán)格的要求。它的概念并非分辨率那么簡(jiǎn)單，還涉及到很多其他影響因素（線纜、接線端子、接地環(huán)路現(xiàn)象等），通過合理的布置與屏蔽可以抵制測(cè)量噪聲的引入，也可以通過軟件進(jìn)行針對(duì)性的后處理，從而提高結(jié)果的準(zhǔn)確度。當(dāng)然，為了避免時(shí)間的影響，定時(shí)對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)也是不容忽視的問題。