数据采集系统设计中的常见盲点

大多数数据采集系统都需要校准，有时甚至在产品的使用寿命中不止一次。精确的校准可确保设备始终如一地以可预测的方式运行，并具有确保目标结果所需的准确性。在工程规划的早期阶段，评估系统校准过程中可能涉及的复杂程度以及确保设备必须交付的结果所需的精确度非常重要。如果没有事先进行足够的评估，那么结果可能是必须为项目的后期阶段进行追溯设计。这可能导致项目范围和期限的扩大，甚至需要昂贵的重新设计。

了解基础物理

大多数数据采集系统由一个或多个传感器组成，这些传感器将环境测量值（例如光，声音，压力，温度等）转换成电信号，该电信号可以由模拟前端（AFE）电路调节，然后由模数转换器（ADC）。全面了解这些系统的基本物理知识很重要，以便确定可能影响传感器测量精度，准确性和可重复性的环境或电气条件。尽管很少需要对物理学的适用领域有详细的了解，但高水平的了解是非常有益的。一旦了解了基本原理，就可以制定策略来减轻环境或电气对传感器测量和性能的影响。

校准程序

在产品设计阶段的早期定义校准程序非常重要。这包括问一些高级问题，例如：

是否需要专用设备进行校准？

是否仅在工厂或在现场进行校准？

需要多久执行一次校准？

校准是否需要用户帮助，或者可以在内部进行，即无需用户干预？

在校准过程中需要执行哪些测量，产品架构将如何提供对这些测量的访问？

如何验证校准结果？

校准的通过/失败标准是什么？

考虑这些问题的答案是设计校准程序并确保产品架构可适应校准的第一步。

在某些情况下，校准程序需要特殊的设备，并且需要在生产设备上执行。

校准数据处理

除了定义校准程序外，还需要解决校准数据处理问题。这包括校准过程，启动配置，运行时操作，校准后跟踪和数据分析。在校准过程中，将获得测量值并进行计算以获得数据采集系统的运行时参数。电子设计团队必须分析这些校准计算的复杂性，并确定它们是否可以由设备本身执行还是是否需要由外部计算机执行。如果计算将在外部执行，则设计必须考虑数据带宽，处理延迟以及数据加密和安全性。

数据采集系统的正常运行通常从设备配置阶段开始。在此阶段，将从非易失性存储器中检索参数，并将其用于配置系统。需要进行错误检查和参数范围检查以确认参数在内存中没有损坏。

在数据采集系统的运行期间，需要运行状况监视以确认系统在预期范围内运行。必须定义警告和错误处理过程，以处理内部参数或环境条件超出其预期范围的方案。例如，如果内部设备温度发生变化（相对于校准温度），系统是否可以对此变化进行补偿（例如，在模拟前端或在模数转换后的数据处理中）？应该在什么温度阈值下发出用户警告或错误消息？如果超过某些环境或内部参数阈值，系统是否应该采取预防措施来尝试防止潜在的硬件损坏？

除了数据采集硬件使用的校准数据外，还需要考虑外部数据处理。校准结果会存储在外部数据库中吗？将在校准数据库上执行哪种数据分析？数据可以用于预测维护问题或安排工厂重新校准吗？

校准数据在保修索赔中也可以发挥重要作用。数据采集系统可以具有要求在规定的环境或电气范围内运行的精密传感器和其他组件。超出这些范围的操作可能会影响性能或损坏硬件。校准和健康监控数据可用于确定设备是否在指定的操作范围之外操作，因此不符合保修要求。

结论

校准在数据采集系统中起着重要作用。要考虑的关键因素包括：

了解推动校准需求的基本物理原理

定义校准程序

设计系统架构以适应校准

探索校准数据的用例场景