使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)檢測(cè) VM振弦采集模塊測(cè)量精度對(duì)比

（1）電源
1.1VDD 引腳電源
必須使用 LDO 穩(wěn)壓或者低紋波線性電源， LDO 推薦使用 AM1117_3.3V 芯片，測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn) SPX 生產(chǎn)的 LDO會(huì)造成非常嚴(yán)重的干擾（其它品牌應(yīng)該也會(huì)有類似的問題）。
1.2VSEN 引腳電源
單通道模塊時(shí)， VSEN 可以不連接（因?yàn)椴恍枰?lì)傳感器），避免連接電源產(chǎn)生不必要的干擾。多通道模塊時(shí)， VSEN 必須連接（因?yàn)橥ǖ狼袚Q需要這個(gè)電源），和 VDD 一樣，必須使用低紋波的 LDO 或者線性電源。
（2） 接地
VM 模塊的 GND 必須嚴(yán)格的接地，必須核實(shí)所接的地線的有效性（有些場(chǎng)所的地線端子要么是擺設(shè)，要么接地電阻過大而沒有作用）。接地不嚴(yán)格，造成的干擾可能會(huì)是致命的，無法測(cè)量頻率。
（3） 接觸
一定不要為了方便使用彈簧針、插拔連接的形式連接電源、通訊線、信號(hào)線，這種連接有接觸不良隱患、也會(huì)產(chǎn)生一些隨機(jī)的接觸電阻（當(dāng)測(cè)量 NTC 電阻時(shí)，這種隨機(jī)電阻影響非常嚴(yán)重）。
（4） 測(cè)試設(shè)備
4.1 頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)
一般是信號(hào)發(fā)生器， 信號(hào)發(fā)生器要嚴(yán)格接地。檢測(cè)機(jī)構(gòu)或者各種行業(yè)規(guī)范中，通常是要求使用 5mV~10mV 的正弦信號(hào)連接到送檢的設(shè)備（VM 模塊），如果地線連接不可靠，交流電中的噪聲會(huì)耦合到信號(hào)線，這種噪聲的幅值遠(yuǎn)大于正弦信號(hào)幅值，會(huì)造成檢測(cè)失敗。
4.2 溫度標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)
一般是使用已知的電阻連接到 VM 模塊，用已知電阻對(duì)應(yīng)的理論溫度和模塊測(cè)量到的溫度值進(jìn)行比較，兩個(gè)溫度的差就是“VM 模塊的溫度測(cè)量誤差” 。
（5） 真值
真值是檢測(cè)任何設(shè)備測(cè)量精度的基礎(chǔ)條件，真值不能用信號(hào)發(fā)生器號(hào)稱的誤差來衡量、不能用電阻標(biāo)稱的阻值來衡量。獲取真值最可靠的辦法是使用比要檢測(cè)精度更高一個(gè)數(shù)量級(jí)的儀表去測(cè)量。例如：電阻的值必須要用 6 位半或者更高精度的儀表測(cè)量后才能確定真實(shí)的電阻到底是多少。信號(hào)發(fā)生器也必須用一個(gè)更高精度的頻率測(cè)量設(shè)備檢測(cè)后才可以使用。如果“真值” 是不可靠的，那么對(duì)任何設(shè)備的精度檢測(cè)工作，都會(huì)是徒勞的。

檢測(cè)VM振弦采集模塊測(cè)量精度

頻率精度檢測(cè)

頻率精度檢測(cè)流程

在 VMTool 工具內(nèi)，進(jìn)行以下參數(shù)設(shè)置（基于默認(rèn)參數(shù)）激勵(lì)方法：低壓掃頻法-步進(jìn)法。勾選“強(qiáng)制激勵(lì)”復(fù)選框。期望采樣： 200，補(bǔ)采樣 10 次。

如果條件允許時(shí)，就盡量減少數(shù)字接口的頻繁通訊，最好設(shè)置模塊的“自動(dòng)上傳” 寄存器的 bit11 為 1，即：自動(dòng)上傳高分辨率頻率值，上位機(jī)僅僅作為一個(gè)接收機(jī)（不向 VM 模塊發(fā)送任何指令）。下面是使用 VM501 的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（自動(dòng)上傳高精度頻率值），單位為 Hz。（環(huán)境溫度 25℃左右）

VM振弦采集模塊測(cè)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

溫度（NTC） 精度檢測(cè)

溫度精度檢測(cè)流程

單通道 VM 模塊的溫度檢測(cè) ，下面是使用 VM501 的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（環(huán)境溫度 25℃左右）， 電阻真值： 6 位半測(cè)量得到的電阻值。

VM振弦采集模塊測(cè)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

多通道 VM 模塊的溫度檢測(cè)

多通道 VM 模塊使用了通道切換電路，在測(cè)量線路上會(huì)存在一定的等效電阻。因?yàn)樯a(chǎn)和材料的差異性， VM模塊在出廠時(shí)未對(duì)每個(gè)模塊做精確的通道切換電阻修正，所有模塊均采用了一個(gè)固定的經(jīng)驗(yàn)電阻值來修正外接的 NTC 電阻值，故此多通道模塊在測(cè)量溫度時(shí)會(huì)存在一定的電阻測(cè)量差異（電阻加常數(shù)），導(dǎo)致最終的溫度測(cè)量值比單通道的 VM501 模塊誤差稍大（尤其是小電阻值時(shí)）。

多通道實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

本表中的測(cè)量值未經(jīng)過任何修正，是真實(shí)的測(cè)量值。 VM604 為隨機(jī)選取，未經(jīng)篩選。

多通道切換電阻的修正

使用$STLR 指令可以修改切換通道電路的電阻值，向上表中的 VM604 模塊發(fā)送指令$STLR=90 電阻修正后的測(cè)試數(shù)據(jù)如下表

電阻修正

如果知道通道切換電阻應(yīng)修正為多少？

先用指令修改為 120，觀察測(cè)量值，如果希望測(cè)量值能夠更高一些，則用指令修改為比 120 大的值，反之就需要修改為比 120 小的值，直到測(cè)量值與理論溫度在全范圍內(nèi)相符（應(yīng)重點(diǎn)觀察小電阻時(shí)的匹配度）。

小結(jié)論：

①VM 模塊測(cè)量電阻的精度是完全沒有問題的，這一點(diǎn)可以通過 VM501 的溫度測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)表中得到證明。同時(shí)，經(jīng)過通道切換電阻修正后的 VM604 的測(cè)量數(shù)據(jù)也可以證明。

②多通道振弦模塊中，各個(gè)通道的一致性非常好，同一個(gè)電阻分別連接到不同的通道上，可以得到幾乎相同的測(cè)量值。

頻率與溫度的多項(xiàng)式修正
VM 振弦采集模塊自 SF3.51 版本開始，新增加了頻率和溫度的多項(xiàng)式修正功能。測(cè)量、計(jì)算完成后的頻率值和溫度值，經(jīng)過一個(gè) 2 次多項(xiàng)式進(jìn)行修正，最終更新到頻率和溫度寄存器。
（下式中，加常數(shù) A 的單位為 Hz 和℃）

計(jì)算公式

注意： VM 振弦采集模塊不進(jìn)行頻率、溫度修正時(shí)，即可以保證頻率 0.1Hz、溫度 0.5℃的絕對(duì)精度，多項(xiàng)式修正僅用于微小的調(diào)整使用。當(dāng)出現(xiàn)測(cè)量值與預(yù)期值相差較大的情況時(shí)，應(yīng)排查造成誤差的原因，不應(yīng)該直接用參數(shù)進(jìn)行修正。

注意：溫度修正僅適用于 NTC 熱敏電阻類型的溫度傳感器。一般來說，經(jīng)過多項(xiàng)式修正以后，在全范圍內(nèi)，測(cè)量值與理論值就幾乎完全一致。

審核編輯 黃昊宇