- 测量精度的五大迷思

　　迷思三：什么是接地环路

　　假设我们有一个数字万用表，将两个探头分别连在一间屋的两个插座的地上，你觉得万用表的读数是不是0？当然，答案显然不是0，这是由于线缆本身具有内阻值，以及功率分配波动等影响因素，两个地之间总会产生电势差，因此真正绝对意义的地并不存在。

　　那么，如果我们在测试电路中，将两个地连在一起之后，由于电势差的产生，那么就会产生电流，这也就是我们所说的“接地环路”现象。

　　接地环路会严重影响测试结果，例如，在图4所示的电路中，为了能够长时间监测一个电机的温度，在电机上连上一个热电偶传感器，由于电机箱是接地的，因此热电偶也接地，而数据采集设备地与电机箱地之间存在电势差，因此产生了电流。你可以注意到，加在测试信号的噪声可能是交流的，或者一个简单的直流偏移值，但最终无可避免地影响了测试精度。

　　

　　图4 接地环路影响测试结果

　　为了避免接地环路，需要选择合适的接地模式，特别是在测量一个接地传感器时，应该尽量避免使用单端输入方式（RSE），这种方式会直接在数据采集设备与传感器地间产生电流。如果使用的是差分方式（DIFF），由于电路为开路，因此电流被制止，从而较好地抑制了接地环路。当然，相比于差分，通过隔离技术（见图5），可以在不让两个地相连，分隔数据采集设备地的同时，保持数据值的传输，从而从根本上解决了环路问题。

　　

　　图5 隔离技术解决接地环路问题

　　迷思四：软件的作用

　　作为一个完整的数据采集系统，软件在其中的作用日益得到重视，它除了可以为整个系统提供灵活性与可扩展性之外，还可以利用软件对采集得到的信号进行后处理，从而提高测量结果的正确性。

　　最常用的就是软件滤波技术，如果事先对所测得的信号情况已有一定的了解（例如知道信号中被引入了50Hz的电源噪声），那么就可以针对性地对其后处理，从而还原更真实的信号。相比于传统的硬件级滤波，软件具有简单、灵活并且成本低廉等优势，与此同时，CPU日益提升的处理速度也已可完全胜任任何的滤波算法处理。

　　图6就是使用NI LabVIEW图形化开发平台实现软件滤波的实例，当信号具有一定噪声时，通过LabVIEW自带的滤波器VI，对信号进行低通滤波，滤除掉25Hz以上的噪声，从而得到原始信号（Fitered Signal）。

　　

　　图6 使用LabVIEW实现软件滤波

　　当然，软件所能发挥的作用远非如此。在很多前沿应用时，一些原始的信号对研究来说也可能是噪声（例如对虎鲸叫声的分析时，海水的声音就是一种噪声），对于这些问题，如果在软件中使用一些高级的信号处理算法（例如联合时频分析、小波分析等）就可以解决。例如，利用联合时频分析的高级算法，在 LabVIEW下成功截取到虎鲸的叫声，而将海水的声音与其他噪声都去除。因此，可以预见的是，软件在数据后处理方面将起到举足轻重的作用，从而帮助工程师得到自己所需要的信号与数据。

　　迷思五：重视校准

　　“时间能够冲淡一切”，这句话用于测试系统也同样受用，我们知道，时间的推移（持续工作的时间以及环境条件的影响）都会让任何仪器中的电子器件的精度产生偏差，从而给测量带来很大的不确定性。解决该问题的关键所在，就是必须定期对仪器和板卡进行校准。

　　一般而言，校准就是将仪器的当前性能与已知的标准精度进行比较，通过对仪器测量能力的调整，确保其测量精度在厂商提供的标准范围内。要想完成对一个仪器的外部校准，可以将其送回原厂，或者送至一个校准计量实验室进行校准。另一方面，在选择仪器的时候，工程师们需要仔细考虑外部校准时间间隔这个参数，这可以大大减少自动化测试系统的维护成本。

　　当然，作为一种在校准周期内改善仪器测量精度的方法，某些厂商的板卡或仪器还包含了非常实用的自校准功能，它们含有精确的电压参考源等硬件资源，可以随时快速地校准该仪器，从而减少因环境等因素造成的测量误差。

　　结论

　　几乎所有的工程应用对系统的测量精度都有着很严格的要求。它的概念并非分辨率那么简单，还涉及到很多其他影响因素（线缆、接线端子、接地环路现象等），通过合理的布置与屏蔽可以抵制测量噪声的引入，也可以通过软件进行针对性的后处理，从而提高结果的准确度。当然，为了避免时间的影响，定时对仪器进行校准也是不容忽视的问题。