Сбор данных, общая информация, подбор

ПОЛУЧЕНИЕ ДАННЫХ - РУКОВОДСТВО ПО СИСТЕМАМ СБОРА ДАННЫХ (DAQ)

ЧТО ТАКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ/СБОР ДАННЫХ?

Сбор данных, или DAQ (Data AsQuisition), как его часто называют, представляет собой процесс оцифровки данных из окружающего нас аналогового мира, чтобы их можно было отображать, анализировать и хранить на ПК. Простым примером является процесс измерения температуры в помещении в виде цифрового значения с использованием аналогового датчика, такого, например, как термопара. Современные системы сбора данных могут включать в себя специальное программное обеспечение для постанализа и составления отчетов, возможности подключения к сети, а также опции удаленного управления и мониторинга.

КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ

Все системы сбора данных состоят из трех основных элементов - датчика, устройства для формирования сигнала и аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

В основе всех систем сбора данных лежит аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Как следует из названия, этот чип берет данные из среды и преобразует их в дискретные уровни, которые могут интерпретироваться процессором. Эти дискретные уровни соответствуют наименьшему обнаруживаемому изменению измеряемого сигнала. Чем больше «бит» АЦП (12-битный, 16-битный, 18-битный и т.д.), тем больше число дискретных уровней, которые могут представлять аналоговый сигнал, и тем выше разрешение АЦП. Разрешение АЦП по сути аналогично меткам на измерительной палочке. Измерительная палочка с метками в миллиметрах имеет большее разрешение, чем мерная палочка с метками только в сантиметр. Нужны ли метки в миллиметрах или сантиметрах, зависит от того, что вы измеряете - то же самое верно и для разрешения АЦП.

Датчики (первичные преобразователи)

Датчики, часто называемые сенсорами, первичными преобразователями, преобразуют реальные явления, такие как, например, температура, сила и движение, в сигналы, например, напряжения или тока, которые можно использовать в качестве входов в АЦП. Обычные датчики, например, включают термопары, термисторы и RTD для измерения температуры, акселерометры для измерения движения и тензодатчики для измерения силы. При выборе правильного датчика для измерительной системы важно учитывать такие факторы, как точность датчика и согласованность сигнала, необходимые для записи считываемого сигнала.

Устройство для формирования сигнала

Для проведения качественных измерений на преобразователях часто требуется дополнительная схема между датчиком и АЦП. Эта схема обычно называется формирователем сигнала и может включать в себя, например, усиление/ослабление, фильтрацию, дополнение моста Уитстона, возбуждение, линеаризацию, калибровку и компенсацию холодного спая (CJC). Различные датчики имеют разные потребности в формировании сигнала. Например, обработка сигнала для тензометрического датчика требует возбуждения, дополнения моста и калибровки. Термопары, которые выдают сигналы в диапазоне мВ, должны быть усилены, а также отфильтрованы перед передачей в АЦП.
Часто схема формирования сигнала содержится в устройстве сбора данных, но преобразование сигнала также может быть частью датчика. Тензодатчики, например, содержат дополнение до полного моста, схему калибровки и усиление. Многие MEMS (микроэлектромеханические) датчики также содержат преобразование сигнала.

ВАРИАНТЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДАННЫХ

Существует широкий выбор систем на выбор:

Регистраторы данных

Регистрация данных - это запись собранных данных за определенный период времени. В зависимости от применения, данные могут быть измерениями температуры, напряжения, тока, влажности или другими интересующими сигналами. Регистратор данных - это автономная система сбора данных со встроенным процессором и встроенным программным обеспечением. Регистраторы данных могут работать как автономные устройства и популярны, потому что они портативны и просты в использовании для решения конкретных задач. Все регистраторы данных имеют локальное хранилище для хранения данных, а некоторые включают слоты SD для установки дополнительной памяти. Регистраторы данных с поддержкой Интернета могут обмениваться данными по сети. Для дополнительной мобильности некоторые регистраторы данных питаются от батареи.

Устройства для сбора данных

Устройство сбора данных (USB, Ethernet, PCI и т.д.) содержит формирователь сигнала и АЦП, но для его работы требуется подключение к компьютеру. Эти устройства очень гибкие и могут использоваться во многих приложениях, что делает их популярным выбором. Пользователи подключаемых устройств могут либо использовать как штатное предопределенное ПО для сбора данных, так и использовать среду программирования, такую ​​как Python ™, C ++ ®, DASYLab®, MATLAB® и NI LabVIEW ™. Данный тип устройств наиболее конкурентен по стоимости за счет сокращения автономности, по сравнению с регистраторами, и за счет простоты, по сравнению с системами сбора данных.

Системы сбора данных

Системы сбора данных (как правило модульные) предназначены для большого числа каналов и сложных систем, которые должны интегрировать и синхронизировать датчики нескольких типов. Эти системы сложнее интегрировать и использовать, но они чрезвычайно гибки. Модульные системы являются наиболее дорогим вариантом сбора данных, но для многих приложений требуются функции, которые может обеспечить только такая система сбора данных.