某数据采集系统性能测试

某数据采集系统性能测试黄凤良．等某数据采集系统性能测试ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＴｅｓｔｏｆａＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ长凤良夏春梅刘奋俊陈教（南京师范大学电气与自动化工程学院，江苏南京２１（Ｘ碎２）

摘要：为了了解某数据采集系统的实际性能，在设计的测试实验平台上，采用实验测试的方法，对其进行了实际测试，并定性与定量地分析了该数据采集系统的性能。结果表明：该数据采集系统及系统中的数据采集仪在对高频信号进行采集时，其采样率基本可以达到要求，能完成规定间隔的采集，但采样结果的精度误差大、衰减量超标，难以在规定的带宽范围内达到标称的系统不确定度及衰减特性要求。该系统需要进行相应的维护，才能用于实际测试。关键词：数据采集系统性能测试中图分类号：ＴＭ９３Ｏ．７；ＴＭ９３２采样率采集精度实验测试

文献标志码：ＡＡｂ蛇ｒａｄ：ｓｉｇｎｅｄｔｅｓｔｔｌｏｎｓｙｓｔｅｍ

Ｉｎ耐ｅｒｔｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌ伴ｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｃｅｒｔａｉｎｄａｔａａｃ卿ｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ。ｂｙｕｓｉ昭ｔｈｅｍｅｔｈ记ｏｆｅｘｐ吧ｒｉｍｅｎｔａｌｔｅｓｔｏｎａｄｅ－Ｐｌａｔｆｏｒｎｌ，ｔｈｅ伴ｒｆｏｎａｃｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓ伴ｃ访ｃａｌｙｔｅｓｔｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｏｓｅｅ华ｒｉｍｅｎｔａｌｏｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ声ｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｄａｔａａｃ卿１５１－ｉｓａｎａｌｙｚｅｄ甲ａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙａｎｄ卿ａｌｉｔａｔｉｖｅｌｙ．仆ｅｒｅｓ己匕ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｒａｔＵＳｍｅｅｔｔｈｅｒｅ甲ｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓａｍｐｌｉｎｇｒａｔｅａｎｄｔｈｅｆｉｘｅｄｓａｍｐｌｉ飞声五ｏｄｆｏｒｂｉｇｈｄａｔａ朗ｑＵｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｉｎｔｅ川司山妞鱿ｑＵｉｓｉｔｉｏｎ即件－

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０引言 随着科学技术的发展以及社会生产力对科学技术需求的不断提高，数据采集系统在工业自动化以及科学研究中得到了广泛的应用［’一４〕，数据采集系统的实际性能成为决定生产线性能、产品质量以及科学研究发展的关键〔，一６〕。对数据采集系统的实际性能进行测

试，进而了解数据采集系统及设备本身的特性具有非常重要的意义１７一，〕。 本文对某数据采集系统的性能进行实际测试，以了解该系统的实际性能，为该系统在实际中的正确应用奠定基础。

１某数据采集系统性能 某数据采集系统由可编程放大器与数据采集仪组成，在数据采集仪使用说明书中，给出了数据采集仪的详细性能指标，其中主要性能指标有： ①瞬态采样速率，ＩｋＨｚ、ＺｋＨｚ、ｓｋＨｚ、１０ｋＨｚ、

国家自然科学基金资助项目（编号：印２皿。１２）。 修改稿收到日期：２（Ｘ刀一０３一２８。 第一作者黄凤良，男，１９７１年生，２仪刃年毕业于南京理工大学，博士后，教授；主要从事自动侧试技术与智能化侧试系统、软侧试技术的研究。

２０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、１（Ｘ）ｋＨｚ、２（Ｘ）ｋＨｚ、５（Ｘ）ｋＨｚ、ＩＭＨｚ、ＺＭＨＺ、３ＭＨ：分档切换； ②连续采样，８通道同时工作时，每通道按ＩｋＨｚ、ＺｋＨｚ、ｓｋＨ：、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、５０ｋＨ：、１（Ｘ）ｋＨｚ分档切换； ③通道带宽，ＤＣ６０ｋＨｚ； ④测量示值误差，簇０，３％（ＦＵＬＬ）。 在可编程放大器使用说明书中，也给出了可编程放大器的详细性能指标，其中主要性能指标有： ①频带宽度，ＤＣ３０ｋＨｚ；

②增益换档，１０、３００、１《Ｘ洲）、３自服）四档分档切换； ③线性度．，满度的０．１％； ④失真度，落１％。 由上述性能的数据采集仪及可编程放大器组成的某数据采集系统，主要性能在相关手册也有详细叙述，其主要性能指标有： ①瞬态采样率，ＩｋＨｚ、ＺｋＨｚ、ｓｋＨＺ、１０ｋＨＺ、２０ｋＨＺ、５０ｋＨＺ、１的ｋＨｚ、２（Ｘ）ｋＨｚ、５（Ｘ）ｋＨｚ、ＩＭＨｚ、ＺＭＨ：、３ＭＨＺ分档切换； ②连续采样，８通道同时工作时，每通道按ＩｋＨｚ、ＺｋＨＺ、ｓｋＨｚ、１０ｋＨ：、２０ｋＨ：、５０ｋＨｚ、１（Ｘ）ｋＨｚ分档切换；

ＰＲＯＣＥＳＳＡＵＴＯＭＡｎ０ＮＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡｎ０ＮＶ月．２９Ｎｏ．３ＭａｒｃｈＺ侧犯

万方数据某数据采集系统性能测试黄凤良，等 ③频带宽度，ＤＣ３０ｋＨｚ； ④系统不确定度，０，５％土３呷。 实际使用中，依据系统与设备给出的性能指标，已经完成了一定的实验测试。为了进一步使用该系统与设备，并确保利用该系统进行实验测试获得的结果可靠，我们在测试平台上对该数据采集系统的性能进行了测试。

２测试平台与测试原理 待测性能数据采集系统由可编程放大器与数据采集仪组成，应用于小信号测试场合时，通常将信号接人可编程放大器的输人端进行测试，而应用于标准信号测试场合时，通常将信号直接接人数据采集仪的输人端进行测试。因此，对该数据采集系统，要求数据采集系统及其中的数据采集仪均需具有良好的性能。 该数据采集系统性能测试平台如图１所示。信号发生器用以提供信号，高精度仪表对信号发生器的输出信号进行测量，其测量结果作为信号发生器输出信号的真实值；示波器用以观察信号发生器输出信号的波形；数据采集系统由可编程放大器与数据采集仪组成，其中可编程放大器输人端接收信号发生器的输出信号，数据采集仪的输出端接计算机，计算机用以对数据采集系统的结果进行处理与显示。

系统或数据采集仪的采集精度及通道带宽性能。 衡量采集精度计算式为： ！皿一里１ 气二一万厂一、‘’

式中：界为数据采集系统获得的频率被测信号有效值，ｍｖ或娜；ＴＯ为高精度仪表获得的大频率被测信号有效值，ｍｖ或阿沃为被测信号的频率，ｋＨｚ；价为数据采集系统采集关频率信号的采集精度。 衡量频带宽度计算式为： Ｔ竹＝２０‘９布

式中：为数据采集系统采集频率信号的衰减参数意义同前。

（２），ｄＢ；其它

３测试与结果３．１采样率与带宽性能 依据数据采集系统性能：频带宽度Ｄｃ３０ｋＨｚ，最高采样频率３ＭＨＺ。在测试平台上，信号发生器提供带宽范围内信号，利用数据采集系统对不同频率及幅值的信号进行采集，观察获得的采样结果。图２为３ＭＨＺ采样率对有效值５０ｍＶ、频率２５０ｋｌｌｚ的正弦波信号进行采集获得的结果。其中：Ｘ。、玖，表示图中左边光标点的坐标；戈、玖，表示图中右边光标点的坐标；ｄＸ表示两光标ｘ方向的间隔，即凡一Ｘ，，Ｉｎｓ；ｄＹｌ表示两光标ｙ方向的间隔，即１玖１一矶：ｌ（单位畔，等效于衅）。

２．０产屺．一 冷幸：骂．， ０．吕！八卜，刃‘Ｊ召 二４叭八八芝０・ｏｆ、１、１、１

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有效值：４０１‘７．９２‘峰峰值：１０７１肠双钟

图１数据采集系统性能测试平台Ｆｉｇ．１Ｔｅｓｔｉｎｇｐ１ａｔｆｏｒｍｆｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆ ｄａｔａａｃ甲ｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ

１弓．１３２３．的３２．０７４０．幻－Ｊｘｌ护４９．口阅

测试平台中信号发生器提供的信号也可以直接接人数据采集仪的输人端，此时，计算机完成对数据采集仪采集结果的处理与显示。 利用计算机获得的数据采集系统或采集仪的采集结果，参考已知的波形或示波器显示的波形，可以直接定性分析数据采集系统或采集仪的采样率及通道带宽性能；利用计算机获得的数据采集系统或采集仪的采集结果，与高精度仪表测试结果（即信号发生器的输出信号）进行比对，借助下文给出的衡量采集精度计算式与衡量频带宽度计算式，可以定量测试数据采集

《自动化仪表》第２９卷第３期２００８年３月

图２５０ｍＶ，２５０ｋＨｚ正弦波采集波形 Ｆｉ解Ｓａｍｐｌｉｎｇｗａｖｅｆｏｒｍｏｆｓｉｎｅｗａｖｅ（５０ｍＶ，２５０ｋＨｚ）

由图２可见：采集获得曲线有效值为４０．１６７ｍｖ、周期为０．仪只ｍｓ（即２５０ｋＨｚ频率）的正弦波信号，与设定的正弦波输人信号比对，周期完全吻合、波形类似，只是误差较大，利用式（１）计算，误差为１９．７％，利用式（２）计算，衰减为１．ｇｄＢ。 依据数据采集仪性能：通道带宽ＤＣ一创刃ｋＨｚ，最高采样率达３ＭＨｚ。在测试平台上，利用数据采集仪直接采集信号发生器输出信号，观察获得波形。图３是３ＭＨｚ采样率直接对有效值５１．ｓｍ、、频率３００ｋＨ：的正弦波信号进行采集获得的结果。

万方数据