数据采集(DAQ)工程师指南

来自前测试工程师的七条经验

• 先做特性分析，再做优化：在搭建新的测试方案时，先完成接线、验证量程、对标定做合理性校验，确保软件驱动方式与实验室实际设备完全一致，并将经过验证的可执行文件直接部署到测试台。
• 及早自动化重复性的（且易出错的）工作：通过LabVIEW重构流程，将耗时三天的迟滞特性测试缩短为几分钟内即可处理成千上万次测试数据。
• 测试系统至关重要，务必确保其可靠：为关键测试台配置了不间断电源(UPS)、实施每月电量检查、运行快速的“是否在量程内？”运行状况测试，并定期使用基准样品进行测试以捕捉漂移。
• 无元数据，则未发生：使用标准测试方法和报告模板，明确范围、配置（硬件、传感器、软件栈）、风险、数据位置、分析步骤以及经过批准的变更日志。若为客户进行额外探索性测试，请将其作为附录添加，确保核心方法保持可审计和可重复。
• 每次接线前执行预检：在将任何设备推上测试台之前，请确认传感器激励、端接方式、量程、采样率，以及待部署代码是否指向正确的通道和单位。
• 撰写能经受时间考验的报告：采用标准测试方法和报告模板，明确范围、配置（硬件、传感器、软件栈）、风险、数据位置、分析步骤以及经过批准的变更日志。
• 避免影响测量质量的常见误区：误读传感器特性、端接方式错误、忽视共模电压和共模抑制比(CMRR)、电磁干扰(EMI)和耦合盲区、采用菊花链方式接地、线缆与布线错误、忽略套环/后壳，忽视模块散热、忽略环境因素。

模拟基础知识

• 模拟电路：介绍了欧姆定律与模拟电路的基本概念，包括电阻、电容、电感的计算方法，以及模拟放大器电路和模拟RC滤波器的原理和应用。
• 模拟采样质量：解释了测量灵敏度、精度、精确度与噪声的概念，并提出了降噪策略。
• 加窗：介绍了时域与频域、快速傅里叶变换(FFT)以及加窗技术，并说明了如何利用它们来加深对信号的理解。
• 抖动、布局与高质量组件：深入理解噪声基底及其构成成分，并掌握在测量系统中降低噪声的方法。
• 改进测量的接地：讨论了接地与测量信号源、测量系统信号源——测量系统配置，以及如何选择测量系统配置以最小化测量噪声和误差。
• 高电压测量与隔离：介绍了什么是隔离？隔离拓扑、模拟隔离与数字隔离、隔离类型，以及隔离在测量中的应用。

减少测量噪声的技巧

• 诊断噪声：创建FFT图和检查设置和环境，以识别噪声源。
• 交流耦合噪声源：介绍了低频、中高频、甚高频噪声的来源和抑制策略。
• 直流耦合噪声源：介绍了直流耦合噪声的来源和抑制策略。

传感器基础知识

• 热电偶、RTD与热敏电阻：介绍了这三种温度测量传感器的原理、信号调理要求、线性化方法以及注意事项。
• 应变计与桥式传感器：介绍了应变计与桥式传感器的原理、信号调理要求、激励、放大、补偿不稳定的激励源、最小化引线电阻误差、Remote Sensing、提高信噪比、正确校准、将电气测量值换算为工程单位，以及TEDS技术的应用。
• 加速度计与麦克风：介绍了加速度计与麦克风的原理、信号调理要求、放大、激励、交流耦合、接地、抗混叠滤波器、动态范围、同步采样、将线性单位换算为相对单位、使用长电缆时保持信号质量，以及TEDS技术的应用。
• TEDS：介绍了TEDS智能传感器的原理、优势和应用。