在進(jìn)行振動(dòng)和聲學(xué)及各種物理量測(cè)試時(shí)，首先要對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，這就要用到AD 數(shù)采系統(tǒng)。如何選擇合適的數(shù)采系統(tǒng)，既能滿足自己的使用要求，又要避免指標(biāo)過高而用不上，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，是很有學(xué)問的。

AD 卡的各項(xiàng)指標(biāo)包括和主機(jī)的連接方式，最高和最低采樣頻率，采樣通道數(shù)，動(dòng)態(tài)范圍，通道的一致性，量程的檔位，本底噪聲的量級(jí)，幅值滿刻度的精度，線性一致性，支持輸入方式，輸入阻抗，有無(wú)程控濾波等，下面按其重要程度大致做一介紹，有些指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的。

一．動(dòng)態(tài)范圍和量程的檔位：

一般來說，動(dòng)態(tài)范圍是由AD 的位數(shù)決定的，12bit 的卡理論指標(biāo)為72dB，但由于2~3bit噪聲位的影響，實(shí)際能達(dá)到的動(dòng)態(tài)為54~60dB。6dB 代表可測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍為2 倍，20dB 代表可測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍為10 倍。60dB 的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍1000 倍，如這時(shí)的量程范圍為±1000mV，則最小可測(cè)量級(jí)為±1mV。
常見采集卡的動(dòng)態(tài)范圍列表如下:

動(dòng)態(tài)范圍也受卡本身本底噪聲和不同量程的影響。舉例如下，如果一塊12 位卡在量程為-1000mV~1000mV 時(shí)，本底噪聲為12dB，動(dòng)態(tài)范圍為60dB。經(jīng)過程控放大100 倍，量程變?yōu)?br /> -10mV~10mV，本底噪聲變?yōu)?8dB，這時(shí)動(dòng)態(tài)范圍為54dB。

在工程中，目前16 位和24 位的卡是發(fā)展的主流方向，但位數(shù)越小，對(duì)量程的選擇越嚴(yán)格，需要的量程檔位也越多。量程選擇過小會(huì)造成過荷，過大會(huì)造成信噪比偏小。當(dāng)前主流產(chǎn)品已是24 位卡。國(guó)際上的最高水準(zhǔn)為24 位雙核，目前國(guó)內(nèi)只有東方所首創(chuàng)研發(fā)出此種產(chǎn)品。因傳感器本身的動(dòng)態(tài)范圍一般不會(huì)超過160dB，因此用24 位雙核的采集卡一檔量程就可進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)試過程中不用考慮量程問題。

二、最高采樣頻率和最低采樣頻率：

最高采樣頻率一般由AD 芯片決定，在其它條件同等的情況下，最高采樣頻率越高，價(jià)錢越貴。如果采集卡每路采用獨(dú)立的AD，一般來說，一道或多道同時(shí)采樣時(shí)最高采樣頻率SF 相等。如果是采用單AD 芯片，分頻采樣的形式，每道最高采樣頻率為單通道的的最高采樣頻率2SF 除以采樣通道數(shù)N，即SF/N。也即是說，同時(shí)采集的通道數(shù)越多，每道最高采樣頻率越低。最高采樣頻率滿足使用要求即可，一般來說，聲學(xué)信號(hào)需要40~50kHz 的最高采樣率，而對(duì)絕大多數(shù)振動(dòng)信號(hào)，最高采樣率10kHz 就可滿足使用要求。對(duì)土木結(jié)構(gòu)的振動(dòng)信號(hào)，最高采樣頻率到1kHz 就綽綽有余了。超聲波或無(wú)線電信號(hào)測(cè)量，頻率可能需要用到20MHz 以上，這種較高頻的采集卡往往位數(shù)較低（8~12 位）。最低采樣頻率和采樣檔位的設(shè)定一般由軟件決定，普通軟件的最低采樣頻率由硬件最大可設(shè)的晶振數(shù)決定，但東方所的DASP 軟件因有變時(shí)基（VTB）專利技術(shù)則無(wú)此限制，在此頻段以下采樣頻率檔位豐富，并可做到滑動(dòng)連續(xù)顯示。另外，需要特別提起注意的事項(xiàng)是，軟件顯示的采樣頻率必須和實(shí)際的采樣頻率完全一致，否則會(huì)引起頻率測(cè)試誤差。

三、采樣通道數(shù)和通道一致性：

當(dāng)采樣通道數(shù)較多時(shí)，各通道間的一致性就是很重要的指標(biāo)，各通道間的一致性包括幅值一致性和相位一致性，可通過將相同的定頻或白噪聲信號(hào)經(jīng)過三通分別輸入到兩個(gè)不同的通道進(jìn)行計(jì)量。幅值一致性可通過控制元器件的質(zhì)量，對(duì)各道的滿刻度幅值和直流分量進(jìn)行微調(diào)來達(dá)到。如果兩路信號(hào)采集時(shí)刻不同，就會(huì)產(chǎn)生相位差，造成相位不一致。為了避免相位不一致，有軟硬兩種方法。硬件的方法是采用每路獨(dú)立的AD 和一個(gè)AD 分頻采樣時(shí)每路加采樣保持器，兩種方法都可達(dá)到相位一致，但都需要對(duì)電路進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。即使每路獨(dú)立的AD 方式，由于每路要用到多種電子器件，如各路元器件的一致性稍差或電路布局不合理，有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較大的相位差。采集卡相位是否一致關(guān)鍵是看所能達(dá)到的性能指標(biāo)。采樣保持器為AD 卡設(shè)計(jì)中保持幅值和相位一致的常見技術(shù)。那種指責(zé)利用AD 分頻加采樣保持為“偽并行”的說法缺乏科學(xué)根據(jù)，拋出這種說法的人主要是基礎(chǔ)差、概念不清的緣故。如果分頻采樣時(shí)沒有加采樣保持器，則會(huì)產(chǎn)生幅值和相位誤差，這種狀態(tài)下可通過復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理計(jì)算，用軟件編程進(jìn)行移相和幅值補(bǔ)償，其所得結(jié)果可與硬件直接實(shí)現(xiàn)相當(dāng)。

四、程控濾波：

帶程控濾波的采集卡主要有三種方式或幾種方式的組合使用。1.早期的儀器在采樣電路中加模擬抗混濾波電路。這種方式單獨(dú)使用時(shí)，濾波陡度必須大于80dB/OCT。2.目前最新采用ΔΣ的AD 芯片，采用64~256 倍“過采樣”，本身具有數(shù)字選抽濾波功能，即BDFWPS 技術(shù)，以速度換精度，有較大的動(dòng)態(tài)范圍，濾波陡度可大于300dB/OCT。目前東方所INV-3018A 和INV-3018E 采集卡都采用此技術(shù)。3.有些所謂模數(shù)結(jié)合的濾波方法，用最高采樣速率采樣（約如100kHz），用DSP 處理進(jìn)行數(shù)字選抽濾波，得到較低的采樣頻率。這種方法一般需要和第一種方式組合使用，否則超過最高采樣頻率一半的信號(hào)仍會(huì)產(chǎn)生無(wú)法剔除的低頻混迭。而且在高采樣率時(shí)采樣檔位少，濾波陡度遠(yuǎn)達(dá)不到ΔΣ的濾波效果。不應(yīng)和ΔΣ的濾波方式混淆。如果采集卡不帶程控濾波，如需進(jìn)行頻域分析，而信號(hào)中含有高于采樣頻率一半的的成分，則在采樣前必須外接模擬抗混濾波器。

五、幅值滿刻度的精度和線性一致性：

滿刻度應(yīng)和設(shè)計(jì)指標(biāo)一致。線性一致性應(yīng)包括不同頻率時(shí)以及不同大小時(shí)的一致性，需要專用的計(jì)量?jī)x器才可以測(cè)量。

六、本底噪聲：

信號(hào)短路時(shí)的有效值和峰峰值的量級(jí)范圍。

七、支持的輸入方式：

除電壓外，有些卡還支持電荷，IEPE(ICP)等的輸入方式，高通濾波有時(shí)可選AC 和DC。有些卡還支持TEDS(傳感器電子數(shù)據(jù)表格，即智能傳感器)

八、輸入阻抗：

輸入阻抗不能太低，太低會(huì)使測(cè)量值偏小。

九、和主機(jī)的連接方式:

有PCI、PXI、以太網(wǎng)卡（LAN，LXI）、并口、1394 口、USB(1.0，2.0)等。目前USB2.0連接比較方便和實(shí)用。AD 數(shù)采系統(tǒng)的選擇應(yīng)當(dāng)以合用為原則。東方所目前有上百種數(shù)采系統(tǒng)，目前主要推薦產(chǎn)品為24bit 的INV-3018 系列。DASP 軟件也可和其它公司的AD 數(shù)采系統(tǒng)進(jìn)行連接，主要是根據(jù)用戶的具體需求量身定制。目前已經(jīng)和DASP 軟件連接的AD 數(shù)采系統(tǒng)已有數(shù)百種，包括NI公司大部分型號(hào)的采集系統(tǒng)和ADLink 公司的若干型號(hào)，以及許多其它廠家的產(chǎn)品。如果您想咨詢AD 數(shù)采系統(tǒng)的問題或希望將已購(gòu)置數(shù)采系統(tǒng)與DASP 相連，歡迎和我們聯(lián)系(北京東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所)

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