采集仪的关键技术指标简介

2017-1-2 02:04| 发布者: weixin| 查看: 1301| 评论: 2|来自: COINV东方所

摘要: 采集仪的关键技术指标简介:分贝dB、基线、输入噪声、动态范围、失真度、输入阻抗、通道间特性、混叠频率计算、抗混叠滤波及衰减指标。

1. 分贝dB

A0为基准，声音基准20uPa，振动基准10⁻⁶m/ss，无特殊要求，基准为1；

线性乘以10倍，dB增加20；线性乘以2倍，dB增加6；

0dB表示A=A0，A必须大于0；

dB相加：不能直接相加，应算回到A之后相加，然后再算为dB。

2. 基线（直流偏置）
仪器输入为0时（将输入短路）信号的基线，应使用此时噪声信号的平均值作为基线。

基线两种来源：

固定基线，由于元器件的特性，仪器固有的基线；

基线漂移，随着时间、温度等环境的变化，基线会有漂动。

两种指标：

绝对偏置：mV

相对偏置：%，dB，相对于满量程的比例。

注：输入短路，一般使用50欧姆的电阻进行短路。

3. 输入噪声（等效输入噪声）
仪器本底噪声折合到输入端的大小，与本底噪声和放大倍数有关。准确描述输入噪声时，应注明：

量程或放大倍数；

噪声的统计指标，一般用有效值rms，为了避免基线影响，实际使用均方差。

4. 动态范围
动态范围是同一量程下，最大与最小可测信号的倍数；在频谱上最大可测信号与最大噪声频谱的比，不同于信噪比。

本底噪声可能由如下原因产生：

AD位数决定的分辨率，当AD位数越低时越重要；

元器件和电路的噪声，当AD位数24位及以上时为主要原因；

仪器的失真引起的各倍次谐波。

一般采集仪的动态范围：

16位：60~90dB
24位：100~120dB
32位： 130dB

仪器动态范围的检定：

在高中低三个分析频段中各选一频率值f，f约为该段上限的1/4~1/3, 压谱线（无泄漏），输入频率f，幅值为量程最大值的正弦信号，测量f点的幅值Am，分贝Dm dB，测量本底噪声中最大值An，分贝Dn dB。

动态范围：

测定时需注意：

被测标准正弦信号接近于量程最大值，但不能达到最大值，避免削波；

正弦信号的频率应为df的整数倍，避免泄露；

当AD位数24位及以上时，噪声非常小，因此微小的泄露都可能产生明显的影响；

由于采集仪的采样频率总是有微小误差，因此可手动微调信号频率达到整周期效果；

当AD位数24位及以上时，信号失真引起的倍次谐波将很明显，这有可能是信号源自身的失真，也可能是采集仪引起的，应想办法区分。

动态范围的测定

动态范围与信噪比的比较：

动态范围是从频谱上比较；

An为频谱中的最大噪声分量的幅值；

An不是输入噪声的时域幅值，一定小于它；

若将Dm和噪声时域幅值相比，则相当于最大信噪比。

噪声的时域幅值和频谱幅值

5. 失真度
反映由于仪器引起的被测信号的畸变。用标准正弦信号来评测，从频谱上，正弦信号失真后会出现各次倍频。

两种失真度的定义：
(1) THD 总谐波失真

(2) THD+N 总失真

若失真仅仅引起倍频成分则两种方法基本一致；

若还出现非倍频的其他成分则THD+N才能更好地反映失真问题。

6. 输入阻抗
电子测量仪器中，各级仪器一般遵循以下规则，否则可能导致很大的测量误差：高输入阻抗，低输出阻抗。

根据电路原理，采集仪输入端相当于并联在前一级仪器（如传感器）上，若采集仪电阻很大，则对电压的分流就可以忽略，不会影响测量结果。另外当采集仪与其他测量仪器并联使用时，注意其他仪器的输入阻抗也要高。
7. 通道间特性
通道间串扰：一个通道输入信号，串扰到另一个通道的程度。

通道一致性：任意两个通道，测量完全相同信号，其幅值和相位的一致性。

关于时间差和相位差：通常通道间的时间差是固定的，则相位差与频率成正比。例如：若时间差 1ms，信号频率 1Hz（周期1s），则相位差为0.36度；信号频率 10Hz（周期0.1s），则相位差为3.6度。

相位差计算公式：

其中，t0为时间差；φs为相位差；fn为信号频率。

8. 混叠频率计算
根据采样定理，若信号频率大于采样频率的一半时将产生混叠。若信号产生混叠，根据混叠机理，可以得出分析信号的混叠频率计算公式，设实际信号频率为fs，采样频率为SF，并且SF<2f，经采样分析得到的混叠后频率为fa，则有如下公式：

其中，Int()为取整操作，小数点后面的数字全部舍弃，仅保留小数点以前的整数部分。

9. 抗混叠滤波及衰减指标
根据采样定理，采样前必须滤除大于SF/2的频率成分，以防止混叠。注意：必须为采样前滤除，不能在采样后再进行数字滤波。抗混叠滤波实际为低通滤波，其滤波器的指标有两种表示：

本文内容根据COINV东方所振动噪声测试公众号的相关内容整理而成。

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