测量链
Measurement Chain
从敏感元件到模型，一路测量要经过 6 个环节。理解链路，才能判断误差从哪来、问题该找谁。
01
从物理量到数据：6 个环节
任何一路测量都可以拆成 6 个环节。排障时不要只盯传感器，先定位是哪一环出了问题。
01
物理量
被测量的真实状态
温度、水位、应变、声压……
先定义清楚量、单位、量程与代表性；量定义错了，后面全错。
02
敏感元件
把物理量转换为电学量
RTD、电容、压阻、压电、光电、电化学
关注灵敏度、量程、温度系数、长期稳定性。
03
信号调理
放大、滤波、激励、隔离
仪表放大器、恒流源、滤波、隔离
关注噪声、共模抑制、接地与屏蔽。
04
数字化
ADC 采样与量化
Σ-Δ ADC、SAR ADC、MCU
关注分辨率、采样率、参考电压与量化噪声。
05
传输
把数据送到采集器或平台
4–20 mA、RS485、SDI-12、LoRa、4G、MQTT
关注距离、速率、功耗、断线检测与重传。
06
数据与模型
校准、补偿、质量标记、反演
标定曲线、温度补偿、滤波、模型
关注可追溯性、版本与不确定度。
02
三条典型链路
| 测量量 | 链路 |
|---|---|
| 土壤体积含水率 | FDR 探头（介电）→ 振荡电路 → 频率/电压 → SDI-12 → 采集器 → 土壤特异性标定 → 含水率 |
| 河道水位 | 雷达（FMCW）→ 差频信号 → FFT → 距离 → 4–20 mA/RS485 → RTU → 基准面换算 → 水位 |
| 结构振动 | IEPE 加速度计 → 电荷/电压 → 恒流源与滤波 → 24-bit ADC → 边缘 FFT → RMS/PSD |
03
常见链路故障与定位
| 现象 | 可能环节 | 处理 |
|---|---|---|
| 读数偏低且响应慢 | 敏感元件与介质耦合不良（土壤空隙、安装面不平） | 检查安装与回填，做现场比对 |
| 读数随天气变化 | 未做大气压/温度补偿 | 增加补偿或改用差分测量 |
| 数据偶发跳变 | 接地环路、屏蔽不良、雷击浪涌 | 单点接地、加隔离与浪涌保护 |
| 长期缓慢漂移 | 零点漂移、污染、老化 | 定期校准、清洗、更换 |
| 高频成分丢失 | 采样率不足或滤波过度 | 提高采样率，检查抗混叠滤波 |