使用標準信號檢測 VM振弦采集模塊測量精度對比
[導讀]真值是檢測任何設(shè)備測量精度的基礎(chǔ)條件，真值不能用信號發(fā)生器號稱的誤差來衡量、不能用電阻標稱的阻值來衡量。獲取真值最可靠的辦法是使用比要檢測精度更高一個數(shù)量級的儀表去測量。例如：電阻的值必須要用 6 位半或者更高精度的儀表測量后才能確定真實的電阻到底是多少。信號發(fā)生器也必須用一個更高精度的頻率測量設(shè)備檢測后才可以使用。如果“真值” 是不可靠的，那么對任何設(shè)備的精度檢測工作，都會是徒勞的。
使用標準信號檢測 VM振弦采集模塊測量精度對比
（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，測試時發(fā)現(xiàn) SPX 生產(chǎn)的 LDO會造成非常嚴重的干擾（其它品牌應該也會有類似的問題）。
1.2VSEN 引腳電源
單通道模塊時， VSEN 可以不連接（因為不需要激勵傳感器），避免連接電源產(chǎn)生不必要的干擾。多通道模塊時， VSEN 必須連接（因為通道切換需要這個電源），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 必須嚴格的接地，必須核實所接的地線的有效性（有些場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）。接地不嚴格，造成的干擾可能會是致命的，無法測量頻率。
（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、信號線，這種連接有接觸不良隱患、也會產(chǎn)生一些隨機的接觸電阻（當測量 NTC 電阻時，這種隨機電阻影響非常嚴重）。
（4） 測試設(shè)備
4.1 頻率標準信號
一般是信號發(fā)生器， 信號發(fā)生器要嚴格接地。檢測機構(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，交流電中的噪聲會耦合到信號線，這種噪聲的幅值遠大于正弦信號幅值，會造成檢測失敗。
4.2 溫度標準信號
一般是使用已知的電阻連接到 VM 模塊，用已知電阻對應的理論溫度和模塊測量到的溫度值進行比較，兩個溫度的差就是“VM 模塊的溫度測量誤差” 。
（5） 真值
真值是檢測任何設(shè)備測量精度的基礎(chǔ)條件，真值不能用信號發(fā)生器號稱的誤差來衡量、不能用電阻標稱的阻值來衡量。獲取真值最可靠的辦法是使用比要檢測精度更高一個數(shù)量級的儀表去測量。例如：電阻的值必須要用 6 位半或者更高精度的儀表測量后才能確定真實的電阻到底是多少。信號發(fā)生器也必須用一個更高精度的頻率測量設(shè)備檢測后才可以使用。如果“真值” 是不可靠的，那么對任何設(shè)備的精度檢測工作，都會是徒勞的。
頻率精度檢測
在 VMTool 工具內(nèi)，進行以下參數(shù)設(shè)置（基于默認參數(shù)）激勵方法：低壓掃頻法-步進法。勾選“強制激勵”復選框。期望采樣： 200，補采樣 10 次。
如果條件允許時，就盡量減少數(shù)字接口的頻繁通訊，最好設(shè)置模塊的“自動上傳” 寄存器的 bit11 為 1，即：自動上傳高分辨率頻率值，上位機僅僅作為一個接收機（不向 VM 模塊發(fā)送任何指令）。下面是使用 VM501 的實測數(shù)據(jù)（自動上傳高精度頻率值），單位為 Hz。（環(huán)境溫度 25℃左右）
溫度（NTC） 精度檢測
單通道 VM 模塊的溫度檢測 ，下面是使用 VM501 的實測數(shù)據(jù)（環(huán)境溫度 25℃左右）， 電阻真值： 6 位半測量得到的電阻值。
多通道 VM 模塊的溫度檢測
多通道 VM 模塊使用了通道切換電路，在測量線路上會存在一定的等效電阻。因為生產(chǎn)和材料的差異性， VM模塊在出廠時未對每個模塊做精確的通道切換電阻修正，所有模塊均采用了一個固定的經(jīng)驗電阻值來修正外接的 NTC 電阻值，故此多通道模塊在測量溫度時會存在一定的電阻測量差異（電阻加常數(shù)），導致最終的溫度測量值比單通道的 VM501 模塊誤差稍大（尤其是小電阻值時）。
本表中的測量值未經(jīng)過任何修正，是真實的測量值。 VM604 為隨機選取，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 電阻修正后的測試數(shù)據(jù)如下表
如果知道通道切換電阻應修正為多少？
先用指令修改為 120，觀察測量值，如果希望測量值能夠更高一些，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，直到測量值與理論溫度在全范圍內(nèi)相符（應重點觀察小電阻時的匹配度）。
小結(jié)論：
①VM 模塊測量電阻的精度是完全沒有問題的，這一點可以通過 VM501 的溫度測量結(jié)果數(shù)據(jù)表中得到證明。同時，經(jīng)過通道切換電阻修正后的 VM604 的測量數(shù)據(jù)也可以證明。
②多通道振弦模塊中，各個通道的一致性非常好，同一個電阻分別連接到不同的通道上，可以得到幾乎相同的測量值。
頻率與溫度的多項式修正
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式修正功能。測量、計算完成后的頻率值和溫度值，經(jīng)過一個 2 次多項式進行修正，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℃）
注意： VM 振弦采集模塊不進行頻率、溫度修正時，即可以保證頻率 0.1Hz、溫度 0.5℃的絕對精度，多項式修正僅用于微小的調(diào)整使用。當出現(xiàn)測量值與預期值相差較大的情況時，應排查造成誤差的原因，不應該直接用參數(shù)進行修正。
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)過多項式修正以后，在全范圍內(nèi)，測量值與理論值就幾乎完全一致。
（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，測試時發(fā)現(xiàn) SPX 生產(chǎn)的 LDO會造成非常嚴重的干擾（其它品牌應該也會有類似的問題）。
1.2VSEN 引腳電源
單通道模塊時， VSEN 可以不連接（因為不需要激勵傳感器），避免連接電源產(chǎn)生不必要的干擾。多通道模塊時， VSEN 必須連接（因為通道切換需要這個電源），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 必須嚴格的接地，必須核實所接的地線的有效性（有些場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）。接地不嚴格，造成的干擾可能會是致命的，無法測量頻率。
（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、信號線，這種連接有接觸不良隱患、也會產(chǎn)生一些隨機的接觸電阻（當測量 NTC 電阻時，這種隨機電阻影響非常嚴重）。
（4） 測試設(shè)備
4.1 頻率標準信號
一般是信號發(fā)生器， 信號發(fā)生器要嚴格接地。檢測機構(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，交流電中的噪聲會耦合到信號線，這種噪聲的幅值遠大于正弦信號幅值，會造成檢測失敗。
4.2 溫度標準信號
一般是使用已知的電阻連接到 VM 模塊，用已知電阻對應的理論溫度和模塊測量到的溫度值進行比較，兩個溫度的差就是“VM 模塊的溫度測量誤差” 。
（5） 真值
真值是檢測任何設(shè)備測量精度的基礎(chǔ)條件，真值不能用信號發(fā)生器號稱的誤差來衡量、不能用電阻標稱的阻值來衡量。獲取真值最可靠的辦法是使用比要檢測精度更高一個數(shù)量級的儀表去測量。例如：電阻的值必須要用 6 位半或者更高精度的儀表測量后才能確定真實的電阻到底是多少。信號發(fā)生器也必須用一個更高精度的頻率測量設(shè)備檢測后才可以使用。如果“真值” 是不可靠的，那么對任何設(shè)備的精度檢測工作，都會是徒勞的。
頻率精度檢測
在 VMTool 工具內(nèi)，進行以下參數(shù)設(shè)置（基于默認參數(shù)）激勵方法：低壓掃頻法-步進法。勾選“強制激勵”復選框。期望采樣： 200，補采樣 10 次。
如果條件允許時，就盡量減少數(shù)字接口的頻繁通訊，最好設(shè)置模塊的“自動上傳” 寄存器的 bit11 為 1，即：自動上傳高分辨率頻率值，上位機僅僅作為一個接收機（不向 VM 模塊發(fā)送任何指令）。下面是使用 VM501 的實測數(shù)據(jù)（自動上傳高精度頻率值），單位為 Hz。（環(huán)境溫度 25℃左右）
溫度（NTC） 精度檢測
單通道 VM 模塊的溫度檢測 ，下面是使用 VM501 的實測數(shù)據(jù)（環(huán)境溫度 25℃左右）， 電阻真值： 6 位半測量得到的電阻值。
多通道 VM 模塊的溫度檢測
多通道 VM 模塊使用了通道切換電路，在測量線路上會存在一定的等效電阻。因為生產(chǎn)和材料的差異性， VM模塊在出廠時未對每個模塊做精確的通道切換電阻修正，所有模塊均采用了一個固定的經(jīng)驗電阻值來修正外接的 NTC 電阻值，故此多通道模塊在測量溫度時會存在一定的電阻測量差異（電阻加常數(shù)），導致最終的溫度測量值比單通道的 VM501 模塊誤差稍大（尤其是小電阻值時）。
本表中的測量值未經(jīng)過任何修正，是真實的測量值。 VM604 為隨機選取，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 電阻修正后的測試數(shù)據(jù)如下表
如果知道通道切換電阻應修正為多少？
先用指令修改為 120，觀察測量值，如果希望測量值能夠更高一些，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，直到測量值與理論溫度在全范圍內(nèi)相符（應重點觀察小電阻時的匹配度）。
小結(jié)論：
①VM 模塊測量電阻的精度是完全沒有問題的，這一點可以通過 VM501 的溫度測量結(jié)果數(shù)據(jù)表中得到證明。同時，經(jīng)過通道切換電阻修正后的 VM604 的測量數(shù)據(jù)也可以證明。
②多通道振弦模塊中，各個通道的一致性非常好，同一個電阻分別連接到不同的通道上，可以得到幾乎相同的測量值。
頻率與溫度的多項式修正
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式修正功能。測量、計算完成后的頻率值和溫度值，經(jīng)過一個 2 次多項式進行修正，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℃）
注意： VM 振弦采集模塊不進行頻率、溫度修正時，即可以保證頻率 0.1Hz、溫度 0.5℃的絕對精度，多項式修正僅用于微小的調(diào)整使用。當出現(xiàn)測量值與預期值相差較大的情況時，應排查造成誤差的原因，不應該直接用參數(shù)進行修正。
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)過多項式修正以后，在全范圍內(nèi)，測量值與理論值就幾乎完全一致。
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