了解 DAQ 的问题：提高数据的准确性和可靠性

了解您的 DAQ

您的 DAQ 是否具有同步输入，并且每个通道都有一个单独的模数转换器 (ADC)？或者它是一个高通道数多路复用系统，其中一个 ADC 由多个通道共享？对于某些人来说，这可能听起来过于直观，但通常，选择该设备的人不是负责使用该设备的人。为什么这很重要？因为输入的行为会根据设计而有所不同。具有同步输入的 DAQ 比多路复用设备更易于使用，但价格更昂贵。具有同步输入的设备（如 USB-1808X 或 USB-1608FS-Plus）为每个通道使用单独的 ADC。通常，这些 ADC 包含在单个 IC 芯片中，但也可以是单独的 ADC 芯片。例如，MCC 172 和 WebDAQ 504 为每个通道使用单独的 IC 芯片。

什么是 DAQ 中的多路复用？

多路复用 DAQ（如 USB-2416），使用称为多路开关 (MUX) 芯片的 IC。它们不使用机械继电器，而是使用固态模拟开关组合将每个通道逐个门控到单个 ADC 芯片，也称为时域复用 (TDM)。这种方法节省了大量费用，但也有缺点。

芯片内部的模拟开关缺乏机械继电器的电气隔离。芯片制造时，每个通道之间会形成一定量的电容。这种电容对交流信号是短路，对直流信号是开路。必须知道，当系统从一个通道切换到下一个通道时，一个通道与下一个通道之间的电压差会以交流信号的形式出现，并可以传递到下一个通道。当一个通道连接到信号而相邻通道未连接时，这种情况最为明显。当系统读取两个通道时，第二个通道将具有第一个通道的图像，通常电压幅度较小。

解决此问题的方法是确保所有通道都连接到低阻抗源（小于 100 欧姆）或未使用通道的系统接地。使用低阻抗源时，传输到相邻通道的电荷会立即通过低阻抗消散，让通道有剩余时间充电至正确值。除非 DAQ 具有同时输入，否则应避免使用会降低大信号的电阻分压器，因为它们是高阻抗电路。

有时，您可以使用电阻分压器。它们适用于同步输入，但不适用于多路复用输入。原因在于多路复用输入的采样方式。一些设备会快速扫描通道，每个通道之间的时间间隔最短。Measurement Computing 的术语是突发模式，用于描述以尽可能快的速度扫描通道的情况。这是一种伪同步模式，因为它将每个通道之间的时间间隔保持在最短。以额定最大速率为 100 kHz（每秒采样数）的多路复用设备为例。启用突发模式后，两个通道的采样间隔为 10 微秒（1/100 kHz），即使采样率可能很慢。使用电阻分压器时，您需要避免使用突发模式，而是选择在通道之间留出更多时间。禁用突发模式后，以 100 Hz 采样将导致每个通道之间的时间间隔为 10 毫秒（1/100）。额外的时间将有助于电阻分压器消散从相邻通道传输的电荷。我想到两个设备示例。Measurement Computing 的USB-1616HS系列始终启用突发模式，而USB-1608G系列可以启用突发模式，使其成为可选项。

电气隔离

接下来，了解您的设备是否隔离。查看隔离的一个简单方法是没有通向地面的路径。对于大多数人来说，隔离是一项合理的投资，隔离越多越好。最常见且最便宜的形式是设备隔离。它只是将设备与连接的计算机的地面隔离开来。这意味着内部连接的接地引脚处于浮动状态，直到其中一个连接到接地点（通常是传感器的地面）。如果设备使用外部电源，内部变压器可提供额外的隔离。

接地环路

当电流流向地面时，会形成接地环路。连接两个信号，每个信号都与地面连接，就会导致接地环路。直流接地电流和地线电阻会产生直流电压，该电压会增加或减少传感器的电压。如果信号源很近，即接地连接在附近，则形成接地环路的可能性较小。

热电偶测量对接地环路误差很敏感，因为信号测量值往往小于 100 毫伏。小的接地环路会改变测量值。接地的热电偶会在传感连接处露出导线，从而形成接地环路。当连接到金属表面时，尖端会与下一个通道形成接地环路。这是因为，在 DAQ 内部，参考电阻将热电偶低端连接到模拟输入参考。当通道处于热电偶模式时，它会自动执行此操作。

电气干扰

一般来说，电气干扰或噪音无处不在。电网会产生大量 50/60 Hz 噪音。电动机、电动机控制器、螺线管、继电器、电烤箱、窑炉等都会产生噪音；有些可以过滤，有些则不能。采用 Sigma-delta ADC 芯片的系统通常配置为降低 50/60 电网噪音。当变频驱动器提高速度或电烤箱提高温度时，噪音曲线可能会从低频变为高频，这种非 50/60 Hz 会被数字（软件）滤波器忽略。

遇到噪音时，请考虑附近的噪音源。系统是否位于电烤箱旁边或控制电动机的变频器旁边？有时，一个明显的解决方案是简单地将采集系统重新放置在远离设备的位置。带有铁氧体滤波器的 USB 电缆也有助于吸收噪音。

有没有简单的方法来测试我的设备？

如果您的 DAQ 系统出现问题，有时测量电池可以恢复信心。这听起来可能很简单，但电池是一种出色的低噪声、低阻抗电压源。如果设备是隔离的并且您使用的是差分输入，请将一个 100k 欧姆电阻从低侧输入连接到 ADC 接地。

这将为 ADC 提供测量电池的参考。有了这种新的信心，重新连接其中一个信号。如果它返回良好的测量值，则继续连接信号，直到问题再次出现。有时，只有一两个会产生问题。遇到噪音时，要知道噪音源可能是接地环路或附近的设备。如果可能，请使用屏蔽线，如 COAX 或屏蔽双绞线，但如果噪音持续存在，则可能是 sigma-delta 型 ADC 系统产生的噪音。