测试测量系统及仪器选择的关键因素分析

在可用的测试和测量硬件和软件范围内进行选择，对初次用户和有经验的用户来说，都一样难办，这是可以理解的。

技术的进步使测量和测试方法的发展呈指数方式加快，给用户提供难以想象的强大系统功能。

测试和测量设备跨越很宽的范围。对简单应用来说，比较容易选择合适的结构来满足需要和预算。应用的复杂性增加时，结构的选择以及相关的费用也变得复杂了，就会做出错误的选择，会更昂贵，正确的选择显得更加重要。

出发点是要知道信号或传感器输出的电平和测量所需要的灵敏度（定义为测量时所能检测到的最小变化，并能以测量值的单位来表达）。

精度、分辨率和测量速度是一些重要因素，是工程师在决定如何收集和测量数据时必须考虑的。另一个重要因素是环境。测量是在电噪声很大的厂区中进行，还是在电噪声微小的实验室中进行。另外，传感器的位置是否离得很远，难以接近。在许多应用中，环境因素对结构可能起决定作用。

测量要求

1. 灵敏度：可以检测到的被测信号的最小变化；

2. 精度：测量值与一级标准间的一致程度；

3. 分辨率：被观察信号的最小部分；

4. 测量速度：最大采样率；

5. 带宽：被采样信号的最高频率信号分量；

6. 数据存储需求； 所要测量的通道数；

7. I/O数：模拟和数字；

8. 触发：定时控制和开关控制；

9. 抗干扰度：正常噪声抑制比和其模拟抑制比；

10. 信号调节； 隔离；

11. 网络/总线协议的需求，例如以太网和IEEE—488（GPIB）；

12. 显示；  容易调定和使用；

13. 所收集数据的计算和分析；

14. 大小、重量和可携带性；

15. 电源需求；  系统集成问题；

16. 系统成本和每个通道的成本。

考虑这些因素并标明你的需求以后，你就可以为你的应用考虑正确的系统结构。

仪器结构的选择

测试设备结构有四种主要类型：

1、独立仪器。最精度最灵敏的独立仪器是台式仪器。它们是传统的仪器加上许多新的改进的性能，例如图形显示、按键选择功能、菜单编程等。带自备电源的可携带式数字多用表供现场测量，但一般来说，它没有台式仪器那样的性能、灵敏度和精度。

2、计算机连接的仪器。它是独立仪器的一个子集。当测量的数量货类型超过独立仪器所能承受的能力时，需要一个终端显示器或者希望有灵活的软件控制时，就使用这类仪器。很多仪器提供独立工作能力，也提供计算机控制模式，供复杂的测式和测量系统使用。将仪器与PC控制器连接起来的外部数据通信总线可以使用若干种标准协议中的一种。[page]

3、分布式仪器。 当前由一些生产厂商提供。这类测试系统包含一些独立仪器，通过通信网络将它们连在一起。这种结构由一些小型化仪器组成，原则上可以放在厂区中的任何地方，通过通信网络将完全处理后的信号传送给计算机。很多仪器做到实验室测量等级的要求。因为它们位于测试信号附近，电缆感应噪声减到最小，因而降低了测量误差。分布式仪器网络布局最大的优点是消除了每一测试点到PC的电缆连接，简化了安装。

在仪器的附近可以有一个小的本地显示器，可以用来读出数据，查找故障。你也可以完全依靠控制计算机上的显示器。分布式仪器使用的数据通信协议类似于计算机连接的仪器所使用的协议。

4、基于PC的测试仪器。这里最主要的属性是测量速度和获取大量数据的能力。有两种基本配置。最常见的是模拟测试信号被连到一个PC插入板上，该板位于一个计算机总线插槽上，或者位于PC并行口上。另一种配置由许多装在机箱中的板组成,装在机架上的机箱与PC有相当距离.机箱含有测量板多路复用板A/D变换板和信号调节板等,将完全处理后的数字信号与PC联网.机箱系统有效地将测量系统的规模扩大,其通道数要比使用PC内提供数个可用用的板插槽的规模大得多。

检查参数

决定数字化仪器灵敏度的一个重要参数是分辩率和灵敏度,其中灵敏度等于量程被分辩率除.因此,对一个特定的仪器测量量程来说,分辩率愈大，灵敏度愈好。

采样率（或测量速度）是另一个参数，但这要以牺牲灵敏度为代价。

还要考虑所期望的仪器精度（被测值与一级标准的接近程度）。精度以几种方式来表示，这决定于特定的仪器。但有代表性的是以百分比、PPM或位数来表示。台式独立仪器提供最高的精度、灵敏度和分辩率。它们适合作为校准源用来传递标准。

对仪器的每一种基本类型，上面讨论的一些参数以及其它的一些参数列在表1中。

适应性和噪声抑制

各种附加信号调节放大器可用来提高信号电平，输入到基于PC的测试系统，使你可以在低电平信号（例如来自低电偶、应变量规等的信号）情况下使用这种类型的系统。决定使用什么样的硬件，常常要在所要求的各种属性间做一些折衷。

表1  典型结构属性

这些指标反映了该类仪器每个参数通常所能达到的最高或最佳值，并步使所有这些值都能同时达到。

某些测量仪器有内置的皂声抑制装置。它们使用了一些内部技术，如滤波、积分和电流倒相等来降低噪声。然而，在基于PC的插入损和基于PC的外部机箱系统中没有内置的噪声抑制装置。替代的方法是基于PC测试系统使用软件提供的平均技术来降低来自测量和/或信号调节附加装置（如滤波器）的噪声。简而言之，PC所固有的缺点是带有电噪声的总线，这限制了PC插入板用来做灵敏测量。

结束语

最后一个考虑是费用。台式仪器费用最高，因此，只有对精度和分辩率有真正需求时才应用它们。由于几乎每人都有PC，基于PC板的系统可能是在成本和灵活性上最佳的解决方案。如果要求在电噪声大的环境中进行测量，则分布式小型化仪器将是你最佳的选择。这类仪器的价格在台式仪器和PC插板式仪器之间。