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数据采集系统中的测量误差及其补偿

发布时间:2019-02-14 15:24所属分类:理工论文浏览:1

摘要:集成电路的出现改变了传统的数据采集方式,随着我国集成电路事业的发展,智能芯片的技术含量也越来越高,高智能芯片因功能性强、操作简单而快速占领市场,为电路设计带来了巨大的便利。通过数据采集系统来收集传感器信号,可以达到更好的信号传送效果

  摘要:集成电路的出现改变了传统的数据采集方式,随着我国集成电路事业的发展,智能芯片的技术含量也越来越高,高智能芯片因功能性强、操作简单而快速占领市场,为电路设计带来了巨大的便利。通过数据采集系统来收集传感器信号,可以达到更好的信号传送效果。笔者将探析数据采集系统中的测量误差及补偿方式,以期不断提升电路系统的精确度,提升网络整体运作效率。

  关键词:数据采集,测量误差,补偿

计算机测量与控制

  1数据采集系统的测量误差相关内容综述

  1.1概念

  误差测量是计算机在数据传输过程中最需要考虑的一个问题,受到测量方式、测量工具等客观因素的影响,数据传输的测量结果往往会存在一定的差异性,而这种差异性就被称为测量误差。目前,人们可以采用的误差测量方式有很多,诸如数字方式,它本身具有离散性特征,可以实现对测量过程的量化处理,在一定程度上确保了测量过程的精确性。

  但技术人员在设计的过程中也应对该系统有一个精确的认识,尽量减弱其他因素对测量过程产生的影响,达到更好的纠正效果。在日常生活当中,工作人员需要频繁观察与记录各个仪器上的数值,这些数值在一定程度上反映了系统的运作情况,却无法保证这些数值是完全准确的。虽然一些工作人员表示小误差并不会对整体带来多大的影响,但若想建立起一个专业的数据采集系统,这些最大误差值就显得至关重要。任何系统在设计过程中都存在一定的局限性,致使系统整体产生一种量化误差,为了确保系统能够正常运作,工作人员还需要采取有效的方法,尽量减小误差。

  1.2种类

  1.2.1量化误差

  量化误差主要体现在A/D变换器上,该设备具有转换性特征,当其模拟量的值在0~0.5V时,其数字量输出便为000B;当模拟量达到0.5~1.5V时,其数字量输出便达到001V,以此类推。经过多次实践后,最终得出该设备的理论与实际模拟量之间差了0.5V。产生这种误差的原因就在于该设备的转换性特征,若系统中设置了A/D变换器,则量化误差也随之确定。目前,这种量化误差错误在数据采集系统中十分常见。在开展相应的误差测量过程中,工作人员也应重点考虑分辨率、采样率以及宽带等指标。

  1.2.2非线性误差

  非线性误差与量化误差之间存在着密切的关系。设备在实际运作过程中所产生的离散值之间的距离并不相同,因此,便出现了非线性误差。但与量化误差不同的是,这种非线性误差十分难校正,因此,工作人员需要对高精度信号源进行多次的测量。此外,线性误差与非线性误差是两个完全对立的概念,人们只需要针对某一特定信号源进行一次性测量就可以达到修正线性误差的良好效果。

  1.2.3噪音层误差

  所谓噪音层误差,实际上是真实信号与各种随机偏移的综合,噪音主要来自于板上源极以及电源切换产生的热度。虽然从本质上讲,噪音层误差应被归属到非线性误差范围内,但由于造成的类型与大小都有所不同,因此,相较于非线性误差而言,噪音层的测量误差情况更加复杂,工作人员应采取针对性的测量手段。

  1.2.4温度漂移误差

  该误差因为不常发生,因此,常常会被人们忽略。计算机的运作中会散发热量,其数据采集板的温度保持在0~55℃,为了确保网络的正常运行,温度漂移应维持在6ppm/℃以内。此外,数据采集板包含温度传感器,工作人员也可以通过数据调整表方式,确保各个元件的差温度漂移始终保持在最低水平,保证系统的正常运行。

  2数据采集系统中的测量误差补偿方法

  2.1充分考虑测量精度问题

  由于技术上存在一定的局限性,人们在选定12或16位设备时,经常会选取猜测的方法,致使许多设备的精度没有良好的保障。对此,工作人员可以采取多样化的测量方法,以此来衡量出DAQ卡所需的整体精度,例如,一个16位DAQ卡拥有212种测量结果,通常情况下,这些测量范围形成一种均匀分布的状态,负责测量的硬件会将结果传入计算机的内存当中。若工作人员只考虑精度问题,则会导致16位测量永远要比12位测量多出16倍,因此,除了精度问题外,工作人员还需要充分结合其他因素,尽量消除系统的量化误差,确保系统整体运作的有效性。

  2.2选择高性能的数据采集卡

  不同场合下产生的测量误差也存在巨大的差异性。因此,在进行数据采集的过程中,工作人员应确保尽量将误差降至最低,结合误差测量所产生的数据来选取更加合适的采集设备。从事该方面工作的人都知道,误差测量是一份十分枯燥乏味的工作,一旦算错,还要重新测量计算,但误差数量对于系统整体的运作而言具有十分重要的作用。

  对此,工作人员应谨慎开展测量工作,严格参照手册上的数据进行测算,结合实际情况,合理选择单位等。想要达到更好的系统开发效果,工作人员在开展测量工作前还需要做好计划工作,首先记录下允许误差的最大值,在此基础上选择可以很快进行开发的数据采集板,最后再按照手册的要求进行合理的配置,确保设备精度能够达到系统整体的要求。

  2.3充分考虑整体性

  抖动技术可以在一定程度上提高采集板的整体分辨率,这种抖动需要由软件发出命令与进行控制,在此基础上将一个与量化误差相似的高斯噪声叠加到信号上,更好达到提高分辨率的效果。由于设备产生的噪声具有随机性特征,因此,软件可以采用取平均值的方法来放大采集板的指标。

  抖动设备可以使一个12位的采集板达到14位的分辨率,工作人员可通过开关随意使用抖动功能,以此来达到简化测量的目的,以此类推,16位数据采集板也可以达到18位的分辨率。不同数据采集设备具有不同的功能,而带有多功能I/O的设备则必须使用校准电路,以此来校正设备输入与输出过程中产生的漂移误差。使用高精度的元件可以有效抑制温度漂移,但却会增加成本。

  对此,设计人员可以尝试在系统中安装温度传感器,实时监测系统的温度变化,在此基础上采用编程的方式设计出自校正函数,达到自动校正温度值的效果,使系统在运作的过程中,元件的温度始终保持在规定的范围内,提升系统整体的安全性与稳定性。

  2.4科学选取软件

  驱动软件的好坏对于系统整体会产生极大的影响。驱动软件的设置可以提高网络整体的运行速度,提升数据采集工作的整体效果。对此,工作人员应结合系统的实际运作情况,选取一个稳定的驱动软件,确保软件能够帮助自己快速完成设备安装与检测工作。在购买驱动软件之前,工作人员需要对不同的软件进行精确的衡量,选取性能最佳、成本最低的一款,确保投入的资金能够得到更好的回报。还要观察软件的实用性,分析其是否适用于当前的网络环境,并保证操作的灵活性。

  2.5定期开展校准工作

  受到外部因素的影响,设备及软件在长时间使用后会出现老化问题,为了确保设备及软件能够长期稳定运行,工作人员还要定期开展校准工作。例如,DAQ系统最初在25℃环境下产生的数值为2.00V,一年后却增加了0.01V,因此,工作人员需要制订科学的计划,定期对设备进行校准与养护,使系统的安全性得到良好的保障,始终保持在最初的校准状态。

  3结语

  综上所述,网络系统在长期的使用后经常会出现不精确问题,想要使数据测量达到完全精确的标准需要消耗大量的成本,因此,工作人员需要采取综合误差测量的方法,将各个元件的误差相结合,并写下系统允许误差的范围,以此来替换更加适合的元件,有效缩小误差,提升系统整体的精度。

  相关期刊推荐:《计算机测量与控制》(月刊)创刊于1993年,由中国计算机自动测量与控制技术协会主办。所设栏目:综述、VXI总线技术、测试与工业控制、军事测控技术、仪表与传感器、软件天地等。

  

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