NI Measurement-Ready DAQ(“即测即用”数据采集)技术
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目录:
- 介绍
- 高质量测量性能
- 完美的软件集成
- 全面的应用技术支持
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高质量测量性能
“即测即用”数据采集(Measurement Ready DAQ)设备为获得绝对精度而进行了优化，具有如下特性：
卓越的模拟设计: 具有低于20  V的系统噪声和其它硬件规格，无论是小信号还是大信号，都可以进行精确测量。
全面的信号调理选项: 具有隔离、滤波、激励和电流测量模块，您可将其连接到任意类型的传感器上。
完整的校准选择: 一个板载高精度源可以通过简单的软件调用对板卡的温度和时间重新进行校准。
软件集成
“即测即用”数据采集(Measurement Ready DAQ)设备包含了可以缩短编程时间的软件，其特性如下：
与通用编程环境集成使用: 信号和定时信息可以波形数据类型表现，并可与LabVIEW信号分析程序直接连接。
板卡和通道配置: 每一模拟通道都可以自动地从原始电压换算成有意义的工程单位。
定时和触发控制: 可对模拟输入、输出和计数器/定时器操作以毫微秒的定时精度进行同步。
应用技术支持
每个“即测即用”数据采集(Measurement Ready DAQ)设备都可以通过从如下资源获取技术解决方案的方式加以补充：
曾荣获技术支持类大奖的的网站 : 它包含2000多个范例程序和技术问题解答，并由拥有丰富应用经验的工程师不断更新。
应用技术支持: 可以免费获得工程师的帮助，以帮助自己选择正确的产品并获得设计问题的解答
产品保修与可延长技术服务: 可延长保修期服务和全球性维修服务也支持“即测即用”数据采集(Measurement Ready DAQ)系统
简介
各种各样的传感器，最终都是将物理参量转换为可以通过电线传送的电信号。当您将这些电线连接到数据记录器或数据采集 (DAQ) 卡、数字万用表（DMM）、或任何其它类型的测量硬件上的时候 ，您肯定希望读取到的就是线上传输过来的精确的数值。可同时我们也很清楚，没有一种测试硬件是完美的。因此您必定考虑的问题是：我能够接受的最大误差值是多少呢？
许多科学家和工程师们在评估DAQ产品的优劣时，往往只考虑它的精度位数。例如，认为使用16位精度的DAQ设备，用户可得到216=65,536个可能的数据点。这65，536个值均匀地分布在一个电压范围内，而任何一个采样得到的信号都会被指向这些值的其中一个。在此指向过程中所产生的误差就叫“量化误差”。DAQ设备精度上的量化误差仅仅是造成测试结果误差原因中的极小部分。由于硬件设计的不同，其它类型的错误将呈现极其多种的形式。NI公司的 “即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备可以最大程度上减少各种类型的误差可能，所有的精确率数据均在NI产品目录和用户手册上“绝对精确”一栏有详细介绍。这些都是可能导致误差的原因，在购买任何一种硬件设备，例如DAQ设备时，都需认真考虑。
温度漂移：
DAQ设备的精确度会随着它温度的改变而发生变化。“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)产品在设计上有如下几点优势，因而能将因温度变化引起的误差缩小到最小范围。
- 高品质的元部件：能在很大的温度范围内保持数值的稳定。
- 补偿元件：可以为其它部件产生逆向误差，从而有效地中和误差
- 板上温度传感器：可随时供编程或操作人员用来评估设备当前温度。
由于设计中的诸多考虑，当温度变化1°C时，16位精度的“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备所读取的数据变化仅为0.0006%以下。这种抗温度变化的性能，确保了在温度发生漂移时的读数准确性。
稳定时间：
稳定时间指的是DAQ设备为达到一定的精确度并保持这一特定的精确度所需的一小段时间。无论要求怎样的增益和采样率，“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备都可以确保根据要求稳定下来。图1显示了12位E系列DAQ卡最差的稳定时间范围。在电压范围为10V时，此设备的量化误差为1.22mV。请记住，量化误差只是整体测量误差的一小部分。
图1
多路传输DAQ设备上的仪器放大器必须能够在较高的增益和采样速率下从可能具有不同电压水平的多个通道获取精确的读数。由于这些要求，大部分市售仪器放大器均具有DAQ设备所需要的精度。NI PCI-6052E经过4  s稳定在0.305 mV的范围内，而线性技术LT1102高速、精确仪器放大器在同样长的时间内却稳定在2.5 mV的范围内。即使在把一个精密仪器放大器与稳定时间增加的NI PCI-6052E上的所有元件——包括仪器放大器在内——进行比较时，NI设备也表现出87.7%的精度改善。
通过在您的DAQ设备的两个相邻通道上以全量程范围的大约 ±95%扫描两个信号来测量稳定时间误差。您可以发现，当将扫描率从不到1k采样/秒增加到设备的最大扫描率时，您的DAQ设备的精度如何受到影响。由于实际放大器和它们的理想工作状态有所不同，所以对于每个通道，使地和输入电压在正极和负极引脚之间互换并重复整个测试是十分重要的。
系统噪声：
噪声诸如热或电等因素的干扰都会引起测量值偏离实际的被测信号，其偏移值被称为噪声层。由于“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备具有高性能元部件，加上其设计上的正确屏蔽、接地因素的周密考虑，这一切优秀品质使得设备的噪声最小化。图2展示的是一般的DAQ设备与“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备在读取7.5VDC高稳定信号时的差异。
图2
线性和非线性误差：
“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备采用最优的组件，这使得模数转换器（ADC）中最常出现的误差最少化了。ADC的最常见误差主要分两类：即线性和非线性误差。线性误差 包括增益误差和偏移误差。这两种误差可相对方便的用一个简单的线性公式得以纠正。“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备的自校准功能可以自动地校准线性误差。然而，非线性误差由于其难以在软件中纠正，将此类误差最小化则在设备的设计中显得犹为重要。非线性误差包括微分非线性(DNL) 和积分非线性 (INL)。如图3所示，微分非线性指的是DAQ设备在检测不同电压高低时的差异。积分非线性是微分非线性误差的总和。高质量的组件与优越的板卡设计相结合，最小化了非线性误差带来的影响。
图3a
图3b
若将一低阻抗输入的测量硬件连接到传感器或电流回路上，您的系统可能会不堪重负并导致测量误差。“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备具有1-100GW的高输入阻抗，因此，您可以轻松连接线路，无需对传感器或电流回路作任何的改变。
信号调理：
信号调理是数据采集系统中最重要也是最易被忽视的一部分。许多传感器都要求使用专门信号调理技术，而没有哪种DAQ设备能为所有的传感器提供各种类型的信号调理功能。比如说，热电偶产生的是低电压信号，它还需要进一步的放大、过滤、以及线性化等处理。
NI提供两种信号调理产品——SCXI（Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation）和SCC。
SCXI（如图4所示）用于解决中高通道数信号调理应用问题。您可以将各种信号调理模块混合匹配使用，并把他们安装在一个SCXI机箱里面。只要将这一机箱与“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备连接，所有的模块即可被自动检测并加入到DAQ配置软件中。
图4 SCXI信号调理系统
SCC是适用于低通道应用便携式信号调理平台。不象SCXI一个模块同时处理一组信号，SCC平台为每一个信号提供单独的模块。SCC平台还提供了切换开关、LED，以及BNC和LEMO等常用的连接端子。无论是SCXI，还是SCC平台都有用于测量、激励、隔离和过滤的模块。图5是SCC系统的展示图。
图5 SCC信号调理
电子元件会随着时间和环境的变化发生漂移。随着时间的流逝和环境的改变，电子器件的性能会受到影响。例如，某DAQ系统在25°C时读数为2.00V，而一年之后，即使在同样温度下，度数就可能变为2.01V了。为补偿此类漂移，需要对DAQ设备进行定期的调整或校准。当对“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备进行校准时，我们将测试结果与已知的标准值作比较。若测量结果不在规格之内，则该设备就必须进行一定的调整。校准有如下步骤：
- 检查DAQ设备的当前运作是否在规定的误差范围之内
- 若超出允许的范围，必须做一定的调整；调整之后，再次检查DAQ 设备的运作是否符合规定
- 发布校准证书，说明该设备经与可溯源标准比较，可在规定范围内操作。
“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备具有高精度的板上电压源，使得间歇性的自校准成为可能。自校准过程只需要软件的一个命令即可，无须其他信号连接，也无须多于操作。所有的“即测即用”数据采集(Measurement-Ready DAQ)设备出厂时都附有NIST可溯源校准证书。位于德州奥斯汀的NI总部为我们的各种产品提供细致的校准服务。NI中国分公司同时委托国家级计量单位上海计量测试技术研究院为有需求的用户提供专业校准服务，颁发中文校准证书，确保产品的长期测量精度。
在使时间漂移量降至最低的过程中，也需要使用同样精确的参考电压使您的DAQ设备随着环境温度变化保持稳定。当范围为±200 mV时，NI PCI-6052E在一年的时间里漂移了88.8  V，而模拟设备AD291精确电压参考在同样的时间内漂移达740  V。即使当将一个精密电压参考与一个发生时间漂移的NI PCI-6052E上的所有部件相比较时，NI设备也表现出88%的精度改善。
使用新的DAQ Assistant(DAQ 助手)进行交互式配置和代码生成
与NI-DAQ绑定的DAQ Assistant提供对话框向导逐步的引导您完成整个配置、测试以及编程测量任务。另外，它还可以自动生成底层自定义代码。与LabVIEW中其它可配置的VI结合使用，DAQ Assistant使数据采集应用程序的开发变得更加容易、快捷。
配置服务
与NI-DAQ绑定的测量及自动化管理器用来简化测量硬件的配置。您可以快速检测和配置所有的硬件，并使用交互式测试面板确认其运行。您还可以浏览最后一次校准外部设备的日期，并执行内部自校准。
Measurement Ready(“即测即用”)的虚拟通道
使用NI-DAQ，您可以从22种预先配置好的Measurement Ready虚拟通道中进行选择，这些通道包括电压、应变、电流输出、脉冲宽度以及数字端口输出。您可以采用您实际需要测量的单位来对这些虚拟通道进行配置，并让NI-DAQ决定如何配置您的DAQ和信号调理设备从而完成测量。与NI-DAQ绑定的DAQ Assistant提供对话框向导逐步的引导您完成整个配置、测试以及编程测量工作。图6所示是一个热电偶测量的配置示例。
图6
在您完成传感器虚拟通道配置后，可以在LabVIEW, LabWindows/CVI, C++, C#, 或Visual Basic .NET中生成数据采集代码。图7和8给出了两个NI LabVIEW 程序的示例，它们进行一次简单的热电偶测量并产生相同的结果。图7是一个虚拟通道并采用自动生成代码；图8显示的是只使用传统NI-DAQ LabVIEW函数（VI）来采集并标定温度值。
图7
图8
每个“即测即用”数据采集(Measurement Ready DAQ)设备的配置软件均包含多种传感器的标定方式，例如：
— 9种不同标准类型的热电偶
— 3种标准类型的RTD
— 加速度计
— 应变仪LVDT
— 电流、电阻和频率传感器
如果您用的不是标准传感器，您可以在虚拟通道中创建自己的查找表或自定义标定。这样，配置软件避免了标定运算函数和配置调用函数拥挤在一起，从而为您的程序节省了大量空白并避免了混乱。
波形和单点I/O
NI-DAQ驱动程序采用最新的软件和硬件技术，在实现卓越的易用性的同时还具有高性能的单点和波形I/O。您能够以高达50多kHz的速率采集单点数据，这比以前版本快了20倍。NI-DAQ还具备优化的DMA通道，这使PC总线间的波形数据传输速度最高了。
多线程硬件服务
NI-DAQ驱动程序是完全多线程的，这使您在执行同时操作的同时获得了最大的I/O系统吞吐量。例如，您可同时进行模拟输出等复杂的操作和数字输出等简单的操作。如果没有多线程，您将不得不采用轮询并对模拟读取的发生进行设置以避免堵塞其它操作。图9所示是在与并行10,000采样/秒的模拟数据采集同时运行时数字输入的速度改善。对于较小的样本容量，速度增加大约为100倍，在样本容量变大时会进一步增加。多线程使程序的性能改善，并使您编写访问多种功能和并行设计的DAQ应用程序更加容易。
图9
定时和同步服务
在进行多个测量操作时，了解时间和进程之间的关系是十分重要的。NI-DAQ能够帮助您快速而容易地共享测量设备之间的板载时钟与触发信息。NI-DAQ包括一个路由和同步引擎，它们可以在您的设备内部以及RTSI或PXI触发总线间自动完成路由选择。
定位错误诊断
在构建DAQ应用系统时，准确判断错误起因能节省大量的编程时间。NI-DAQ拥有一个完整的错误报告结构，它会发出DAQ程序中的错误报告。每个错误提示都准确地告诉您这个错误发生于哪一个函数或VI、造成该错误的具体原因，以及可能的解决办法。
无缝测量分析
NI-DAQ可与LabVIEW内置的强大分析功能无缝地结合工作。通过NI-DAQ采集到的数据可以直接传送给LabVIEW中超过400个预置分析程序使用。LabVIEW中的许多分析功能，例如下文所述的频谱分析，都可以在简单的、基于菜单的窗口中进行配置。
长期互容性
NI历来都为我们的测量设备提供高质量、易使用的驱动软件。自从1993年面世以来，NI-DAQ进行了多次改进和版本升级。通过这些更新，NI的新旧驱动之间一直保持着互通性。您可以修改现有的应用程序以使用一些新功能，或者您也可以保持程序不变.
用于非Windows 操作系统的DAQ
测量硬件驱动程序开发包（Measurement Hardware Driver Development Kit，DDK）是一套可以在几乎所有操作系统上构建小型的、专用的数据采集应用系统的工具包。测量硬件DDK为您提供最低层的、寄存器水平的(register-level)NI-DAQ接口。它其实就是NI软件工程师们用作NI-DAQ基础的接口。因为它是如此底层的借口，因为将其移植到任何操作系统也更加容易，但它缺乏完整NI-DAQ驱动程序的几乎全部易使用性。NI为Linux, Mac OS X, Pocket PC, LabVIEW RT 和 Windows提供OS部件。因为还有一个shell OS component，您还可以将其移植到其它操作系统中。
曾荣获技术支持类大奖的的网站
 | 由于ni.com/support的丰富内容和易使用性，它被Association of Support Professionals（支持专业人员联盟）评为10个顶级支持站点之一。具有产品设计经验的工程师定期对网站进行更新和维护，并解答技术问题。该网站包括： |
- 数千条知识库条目、示例程序以及应用程序注释 – 所有这些内容均帮助您进行设计和开发。提供LabVIEW, LabWindows/CVI, Measurement Studio(测量工作室), Visual Basic和Visual C++所用的示例程序。
- 在线硬件诊断使您能够通过Web浏览器对您的E系列（“即测即用”的）DAQ板进行全面的测试。此项诊断测试的详细结果可以立即在网页上获得。
- 您可以在讨论论坛上提出有关NI LabVIEW, E系列DAQ设备或其它NI产品的任何问题。通常在两三天之内您就可以得到需要的答案。
电话技术支持
您购买“即测即用”数据采集（Measurement Ready DAQ）设备还包括了您可与遍及全世界的、包括应用工程师和现场销售工程师在内的技术支持人员进行联系，以帮助您选择合适的产品和解决所有技术问题。所有这些人员都拥有完全的工程级别或技术级别的培训，并受过正式的硬件和驱动程序编程培训
产品保修与可延长保修服务
维修服务包括所有必要的零件、劳务、材料和产品重新校准。北美和欧洲地区保修的典型周转时间为10个工作日。为帮助我们的客户在整个项目生命周期内满足要求，NI提供延长保修服务，将我们最受欢迎产品的标准产品担保期延长一年。另外，对于我们的DAQ产品，延长保修服务还包含一次标准服务。
 E-mail: china.info@ni.com   Tel: 021-50509800  Fax: 021-65556244 |
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