如何选择与鉴别AD 数采系统
在进行振动和声学及各种物理量测试时，首先要对信号进行采集，这就要用到AD 数采系统。如何选择合适的数采系统，既能满足自己的使用要求，又要避免指标过高而用不上，造成经济上的浪费，是很有学问的。
AD 卡的各项指标包括和主机的连接方式，最高和最低采样频率，采样通道数，动态范围，通道的一致性，量程的档位，本底噪声的量级，幅值满刻度的精度，线性一致性，支持输入方式，输入阻抗，有无程控滤波等，下面按其重要程度大致做一介绍，有些指标是相互关联的。
一．动态范围和量程的档位：
一般来说，动态范围是由AD 的位数决定的，12bit 的卡理论指标为72dB，但由于2~3bit噪声位的影响，实际能达到的动态为54~60dB。6dB 代表可测量的动态范围为2 倍，20dB 代表可测量动态范围为10 倍。60dB 的动态测量范围1000 倍，如这时的量程范围为±1000mV，则最小可测量级为±1mV。
常见采集卡的动态范围列表如下:
| AD 位数 | 理论指标(dB) | 实际可达到指标(dB) |
| 12 | 72 | 50-60 |
| 14 | 84 | 60-70 |
| 16 | 96 | 70-80 |
| 24 | 144 | 110-120 |
| 24（双核） | 150-160 |
动态范围也受卡本身本底噪声和不同量程的影响。举例如下，如果一块12 位卡在量程为-1000mV~1000mV 时，本底噪声为12dB，动态范围为60dB。经过程控放大100 倍，量程变为
-10mV~10mV，本底噪声变为18dB，这时动态范围为54dB。
在工程中，目前16 位和24 位的卡是发展的主流方向，但位数越小，对量程的选择越严格，需要的量程档位也越多。量程选择过小会造成过荷，过大会造成信噪比偏小。当前主流产品已是24 位卡。国际上的最高水准为24 位双核，目前国内只有东方所首创研发出此种产品。因传感器本身的动态范围一般不会超过160dB，因此用24 位双核的采集卡一档量程就可进行测量，在测试过程中不用考虑量程问题。
二、最高采样频率和最低采样频率：
最高采样频率一般由AD 芯片决定，在其它条件同等的情况下，最高采样频率越高，价钱越贵。如果采集卡每路采用独立的AD，一般来说，一道或多道同时采样时最高采样频率SF 相等。如果是采用单AD 芯片，分频采样的形式，每道最高采样频率为单通道的的最高采样频率2SF 除以采样通道数N，即SF/N。也即是说，同时采集的通道数越多，每道最高采样频率越低。最高采样频率满足使用要求即可，一般来说，声学信号需要40~50kHz 的最高采样率，而对绝大多数振动信号，最高采样率10kHz 就可满足使用要求。对土木结构的振动信号，最高采样频率到1kHz 就绰绰有余了。超声波或无线电信号测量，频率可能需要用到20MHz 以上，这种较高频的采集卡往往位数较低（8~12 位）。最低采样频率和采样档位的设定一般由软件决定，普通软件的最低采样频率由硬件最大可设的晶振数决定，但东方所的DASP 软件因有变时基（VTB）专利技术则无此限制，在此频段以下采样频率档位丰富，并可做到滑动连续显示。另外，需要特别提起注意的事项是，软件显示的采样频率必须和实际的采样频率完全一致，否则会引起频率测试误差。
三、采样通道数和通道一致性：
当采样通道数较多时，各通道间的一致性就是很重要的指标，各通道间的一致性包括幅值一致性和相位一致性，可通过将相同的定频或白噪声信号经过三通分别输入到两个不同的通道进行计量。幅值一致性可通过控制元器件的质量，对各道的满刻度幅值和直流分量进行微调来达到。如果两路信号采集时刻不同，就会产生相位差，造成相位不一致。为了避免相位不一致，有软硬两种方法。硬件的方法是采用每路独立的AD 和一个AD 分频采样时每路加采样保持器，两种方法都可达到相位一致，但都需要对电路进行精心的设计。即使每路独立的AD 方式，由于每路要用到多种电子器件，如各路元器件的一致性稍差或电路布局不合理，有时也会产生较大的相位差。采集卡相位是否一致关键是看所能达到的性能指标。采样保持器为AD 卡设计中保持幅值和相位一致的常见技术。那种指责利用AD 分频加采样保持为“伪并行”的说法缺乏科学根据，抛出这种说法的人主要是基础差、概念不清的缘故。如果分频采样时没有加采样保持器，则会产生幅值和相位误差，这种状态下可通过复杂的数字信号处理计算，用软件编程进行移相和幅值补偿，其所得结果可与硬件直接实现相当。
四、程控滤波：
带程控滤波的采集卡主要有三种方式或几种方式的组合使用。1.早期的仪器在采样电路中加模拟抗混滤波电路。这种方式单独使用时，滤波陡度必须大于80dB/OCT。2.目前最新采用ΔΣ的AD 芯片，采用64~256 倍“过采样”，本身具有数字选抽滤波功能，即BDFWPS 技术，以速度换精度，有较大的动态范围，滤波陡度可大于300dB/OCT。目前东方所INV-3018A 和INV-3018E 采集卡都采用此技术。3.有些所谓模数结合的滤波方法，用最高采样速率采样（约如100kHz），用DSP 处理进行数字选抽滤波，得到较低的采样频率。这种方法一般需要和第一种方式组合使用，否则超过最高采样频率一半的信号仍会产生无法剔除的低频混迭。而且在高采样率时采样档位少，滤波陡度远达不到ΔΣ的滤波效果。不应和ΔΣ的滤波方式混淆。如果采集卡不带程控滤波，如需进行频域分析，而信号中含有高于采样频率一半的的成分，则在采样前必须外接模拟抗混滤波器。
五、幅值满刻度的精度和线性一致性：
满刻度应和设计指标一致。线性一致性应包括不同频率时以及不同大小时的一致性，需要专用的计量仪器才可以测量。
六、本底噪声：
信号短路时的有效值和峰峰值的量级范围。
七、支持的输入方式：
除电压外，有些卡还支持电荷，IEPE(ICP)等的输入方式，高通滤波有时可选AC 和DC。有些卡还支持TEDS(传感器电子数据表格，即智能传感器)
八、输入阻抗：
输入阻抗不能太低，太低会使测量值偏小。
九、和主机的连接方式:
有PCI、PXI、以太网卡（LAN，LXI）、并口、1394 口、USB(1.0，2.0)等。目前USB2.0连接比较方便和实用。AD 数采系统的选择应当以合用为原则。东方所目前有上百种数采系统，目前主要推荐产品为24bit 的INV-3018 系列。DASP 软件也可和其它公司的AD 数采系统进行连接，主要是根据用户的具体需求量身定制。目前已经和DASP 软件连接的AD 数采系统已有数百种，包括NI公司大部分型号的采集系统和ADLink 公司的若干型号，以及许多其它厂家的产品。如果您想咨询AD 数采系统的问题或希望将已购置数采系统与DASP 相连，欢迎和我们联系(北京东方振动和噪声技术研究所)
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