1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo):(1)系統(tǒng)分辨率：是指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號最小變化量。通常用最低有效位值(LSB)占系統(tǒng)滿度信號的百分比表示，或用系統(tǒng)可分辨的實際電壓數(shù)值來表示，有時也用滿度信號可以分的級數(shù)來表示。下圖給出了滿度值為10V時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨率。位數(shù)級 數(shù)1LSB（滿度值得百分?jǐn)?shù)）1LSB（10V滿度）82560.39139.1mV124 0960.3912.44mV1665 5360.00150.15mV201 048 5760.0000959.53uV2416 777 2160.00000600.60uV(2)系統(tǒng)精度：是指當(dāng)系統(tǒng)工作在額定采集速率下，每個離散子樣的轉(zhuǎn)

2、換精度。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度是系統(tǒng)精度的極限值。實際的情況是，系統(tǒng)精度往往達(dá)不到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度，這是因為系統(tǒng)精度取決于系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)(部件)的精度：如前置放大器、濾波器、模擬多路開關(guān)等等。只有這些部件的精度都明顯優(yōu)于A/D轉(zhuǎn)換器精度時，系統(tǒng)精度才能達(dá)到A/D的精度。此外，還應(yīng)注意系統(tǒng)精度與系統(tǒng)分辨率的區(qū)別。系統(tǒng)精度是系統(tǒng)的實際輸出值與理論輸出值之差。它是系統(tǒng)各種誤差的總和。通常表示為滿度值的百分?jǐn)?shù)。(3)采集速率：又稱為系統(tǒng)通過速率、吞吐率等，是指在滿足系統(tǒng)精度指標(biāo)前提下，系統(tǒng)對輸入模擬信號在單位時間內(nèi)所完成的采集次數(shù)，或者說是系統(tǒng)每個通道、每秒鐘可采集的子樣數(shù)目。“采集”包括對被測物理量進(jìn)行采

3、樣、量化、編碼、傳輸、存儲等的全部過程。在時間域上，與采集速率對應(yīng)的指標(biāo)是采樣周期，它是采樣速率的倒數(shù)，它表征了系統(tǒng)每采集一個有效數(shù)據(jù)所需的時間。(4)動態(tài)范圍：是指某個物理量的變化范圍。信號的動態(tài)范圍是指信號的最大幅值和最小幅值之比的分貝數(shù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動態(tài)范圍通常定義為所允許輸入的最大幅值與最小幅值 之比的分貝數(shù)，即 式中最大允許輸入幅值是指使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的放大器發(fā)生飽和或者是使模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)生溢出的最小輸入幅值。最小允許輸入幅值一般用等效輸入噪聲電平來代替。 對大動態(tài)范圍信號的高精度采集時，還要用到“瞬時動態(tài)范圍”這樣一個概念。所謂瞬時動態(tài)范圍是指某一時刻系統(tǒng)所能采集到的信號的不同頻率分

4、量幅值之比的最大值，即幅度最大頻率分量的幅值與幅度最小頻率分量的幅值之比的分貝數(shù)。若用表示瞬時動態(tài)范圍，則有。(5)非線性失真：也稱諧波失真。當(dāng)給系統(tǒng)輸入一個頻率為的正弦波時，其輸出中出現(xiàn)很多頻率為(為正整數(shù))的新的頻率分量的現(xiàn)象，稱為非線性失真。諧波失真系數(shù)用來衡量系統(tǒng)產(chǎn)生非線性失真的程度，它通常用下式表示 式中基波振幅 第次諧波(頻率為)的振幅。如何在測量中選擇合適的的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):面對市場上眾多的數(shù)據(jù)采集（DAQ）設(shè)備，如何選擇最合適的一款呢，首先要了解以下幾個問題。1. 需要測量或生成的信號是什么類型？2. 需要信號調(diào)理嗎？3. 需要以多快的速度采集或生成信號？4. 需要識別到的信號中

5、最小變化是多少？5. 需要識別到的信號中最小變化是多少？對以上提出的問題進(jìn)行仔細(xì)的分析之后才能做出更好的選擇。1. 需要測量或者生成的信號是什么類型？對于不同類型的信號需要使用不同的測量或生成方式。傳感器能夠?qū)⑽锢憩F(xiàn)象轉(zhuǎn)化為可測量的電信號，如電壓或電流。同樣，也可以生成一個可測量的電信號給傳感器，從而產(chǎn)生一個物理現(xiàn)象。因此，了解不同類型的信號和相應(yīng)的屬性非常重要。只有了解了具體應(yīng)用中的信號類型，才能夠著手選擇DAQ設(shè)備。DAQ設(shè)備有如下功能：1、模擬輸入，用于測量模擬信號；2、模擬輸出，用于輸出模擬信號；3、數(shù)字輸入/輸出，用于測量和生成數(shù)字信號；4、計數(shù)器/定時器，用于對數(shù)字事件迚行計數(shù)或產(chǎn)

6、生數(shù)字脈沖/信號。有些DAQ設(shè)備僅擁有上述功能中的一種，而多功能DAQ設(shè)備則可以實現(xiàn)所有上述功能。一般來講，DAQ設(shè)備通常對于某一功能只提供固定數(shù)量的通道，比如模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入/輸出以及計數(shù)器等；因此，在考慮購買設(shè)備時，需要在當(dāng)前所需的通道數(shù)的基礎(chǔ)上再預(yù)留一些，這樣可在必要時進(jìn)行更多通道的數(shù)據(jù)采集。而如果所購買的設(shè)備的通道數(shù)僅夠滿足當(dāng)前需要，則可能在未來新測量應(yīng)用面前捉襟見肘。多功能DAQ設(shè)備同樣也僅有固定數(shù)量的通道，但是其功能涵蓋模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入/輸出和計數(shù)器。多功能DAQ設(shè)備可以支持不同類型的I/O，以適應(yīng)多種應(yīng)用的需要，這是單一功能的DAQ設(shè)備所不具備的。還可以選

7、擇一種模塊化的平臺，自定義所需具體要求。模塊化系統(tǒng)通常包括一個機(jī)箱，用于控制定時和同步信號，并控制各種I/O模塊。模塊化系統(tǒng)的優(yōu)點是，可以選擇不同的模塊，每個模塊實現(xiàn)其獨(dú)特的功能，從而可以實現(xiàn)更靈活的配置方式。使用這種方式所構(gòu)建的系統(tǒng)，其中某個單一功能模塊的精度可以相對于多功能DAQ模塊更高。另一個優(yōu)點是，可以根據(jù)需要選擇插槽數(shù)量合適的機(jī)箱。一個機(jī)箱的插槽數(shù)量是固定的，因此在購買機(jī)箱時，可以在當(dāng)前所需插槽數(shù)的基礎(chǔ)上再預(yù)留一些，以備未來擴(kuò)展。2. 需要信號調(diào)理嗎？一個典型的通用DAQ設(shè)備可以測量或生成+/-5V或+/-10V的信號。而對于某些傳感器所產(chǎn)生的信號，若直接使用DAQ設(shè)備進(jìn)行測量或生成

8、，則可能比較困難或會有危險。因此，大多數(shù)傳感器需要對信號進(jìn)行諸如放大或濾波之類的調(diào)理措施，才能使得DAQ設(shè)備有效、準(zhǔn)確地測量信號。例如，熱電偶的輸出信號通常需要放大，才能夠使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的量程得到充分利用。此外，熱電偶所測得的信號還可以通過低通濾波消除高頻噪聲，從而改善信號質(zhì)量。信號調(diào)理所帶來的好處是單純的DAQ系統(tǒng)無法比擬的，它提高了DAQ系統(tǒng)本身的性能和測量精度。表1總結(jié)了針對不同類型的傳感器和測量應(yīng)用所需的常見信號調(diào)理措施。 表 1. 針對各種傳感器和測量應(yīng)用的信號調(diào)理措施如果所使用的傳感器已在表1中列出，那么應(yīng)該考慮使用相應(yīng)的信號調(diào)理措施。可以選擇添加外部信號調(diào)理措施，或選擇

9、使用具有內(nèi)置信號調(diào)理功能的DAQ設(shè)備。許多DAQ設(shè)備還包括針對某些特定的傳感器的內(nèi)置接口，以方便傳感器的集成。3. 需要以多快的速度采集或生成信號？對于DAQ設(shè)備來說，最重要的參數(shù)指標(biāo)之一就是采樣率，即DAQ設(shè)備的ADC采樣速率。典型的采樣率（無論硬件定時或軟件定時）可達(dá)2MS/S。在決定設(shè)備的采樣率時，需要考慮應(yīng)用中所需采集或生產(chǎn)信號的最高頻率成分。Nyquist定理指出，只要將采樣率設(shè)定為信號中所感興趣的最高頻率分量的2倍，就可以準(zhǔn)確地重建信號。然而，在實踐中至少應(yīng)以最高頻率分量的10倍作為采樣頻率才能正確地表示原信號。選擇一個采樣率至少是信號最高頻率分量10倍的DAQ設(shè)備，就可以確保能夠

10、精確地測量或者生成信號。例如，假設(shè)的應(yīng)用程序要測量的正弦波頻率為1kHz。根據(jù)Nyquist定理，至少需要以2kHz迚行信號采集。然而，建議使用10kHz的采樣頻率，從而更加精確地測量或生成信號。圖1所示，是對一個頻率為1kHz的正弦波分別以2kHz和10kHz采樣率采樣時的結(jié)果比較。圖1. 對1kHz的正弦波分別以2kHz和10kHz采樣率采樣時的結(jié)果比較一旦確定了所要測量或生成的信號的最高頻率分量，就可以選擇一個具有合適的采樣率的DAQ設(shè)備。4. 需要識別到信號中的最小變化是多少？信號中可識別的最小變化，決定了DAQ設(shè)備所需的分辨率。分辨率是指ADC可以用來表示一個信號的二迚制數(shù)的位數(shù)。為

11、了說明這一點，試想一個正弦波通過不同的分辨率的ADC迚行采集后所表示的效果會有何不同。圖2比較了3位和16位ADC。一個3位ADC可以表示8（23）個離散的電壓值，而一個16位ADC可以表示65536（216）個離散的電壓值。對于一個正弦波來說，使用3位分辨率所表示的波形看起來更像一個階梯波，而16位ADC所表示的波形則更像一個正弦波。圖2. 使用16位分辨率與3位分辨率來表示一個正弦波典型的DAQ設(shè)備的電壓范圍為+/-5V或+/-10V。在此范圍內(nèi)，電壓值將均勻分布，從而充分地利用ADC的分辨率。例如，一個具有+/-10V電壓范圍和12位分辨率（212 或4096個均勻分布的電壓值）的DAQ

12、設(shè)備，可以識別5mV的電壓變化；而一個具有16位分辨率（216 或 65536個均勻分布的電壓值）的DAQ設(shè)備則可以識別到300的變化。大多數(shù)應(yīng)用都可以使用具有12、16或18位分辨率ADC的設(shè)備解決問題。然而，如果測量的傳感器的電壓有大有小，則需要使用具有24位分辨率的動態(tài)數(shù)據(jù)采集設(shè)備。電壓范圍和分辨率是選擇合適的數(shù)據(jù)采集設(shè)備時所需考慮的重要因素。5. 測量應(yīng)用能夠允許多大的誤差？精度是衡量一個儀器能否忠實地表示待測信號的性能指標(biāo)。這個指標(biāo)與分辨率無關(guān)；然而精度大小卻又絕不會超過其自身的分辨率大小。確定測量的精度的方式，取決于測量裝置的類型。一個理想的儀器總是能夠百分之百地測得真實的值；然而在現(xiàn)實中，儀器所給出的值是帶有一定的不確定度的，不確定度的大小由儀器的制造商給出，取決于許多因素，如：系統(tǒng)噪聲、增益誤差、偏移誤差、非線性，等等。制造商通常使用的一個參數(shù)指標(biāo)是絕對精度，它表征DAQ設(shè)備在一個特定的范圍內(nèi)所能給出的最大的誤差。例如，對于National Instruments公司的一個設(shè)備計算絕對精度的方法如下所示：絕對精度=（讀值*增益誤差+電壓范圍*偏移誤差+噪聲不確定度）絕對精度=2.2 m