Systemy akwizycji danych dla początkujących
Celem każdego systemu akwizycji danych jest zebranie użytecznych danych pomiarowych do scharakteryzowania, monitorowania lub kontroli. Konkretne parametry aplikacji będą określać wymagania dotyczące rozdzielczości, dokładności, liczby kanałów i prędkości dla rejestratora danych. Na rynku dostępny jest szeroki asortyment komponentów i rozwiązań służących do akwizycji danych, od tanich modułów USB do najlepszych rejestratorów danych czy duże systemy wielokanałe. Zanim zaczniesz szukać rozwiązania w zakresie akwizycji danych, dokładnie przeanalizuj wymagania aplikacji, aby dobrze zrozumieć, ile możliwości i wydajności musisz kupić.
System akwizycji danych DAQ970A firmy Keysight i oprogramowanie aplikacyjne DAQ BenchVue umożliwiają:
Akwizycja danych omówienie systemu
Akwizycja danych to termin obejmujący szeroki zakres aplikacji pomiarowych, z których wszystkie wymagają pewnej formy charakteryzacji, monitorowania lub kontroli. Bez względu na konkretną aplikację, wszystkie systemy akwizycji danych albo mierzą parametr fizyczny (temperaturę, ciśnienie, przepływ itp.), Albo podejmują określone działanie (włącza alarm, włączają światło itp.) Na podstawie otrzymanych danych.
Hardware pomiarowy
Konwerter analogowo-cyfrowy (A / D)
Konwerter A / D, kluczowy element w każdym systemie akwizycji danych, służy do przekształcania napięć prądu stałego uzyskanych z przetworników na wartości cyfrowe. Zmierzone napięcia mogą odpowiadać określonej temperaturze, ciśnieniu, przepływowi lub prędkości. Chociaż istnieje kilka rodzajów technik konwersji A / D, można je ogólnie podzielić na dwa typy: integrujący i nieintegrujący. Techniki integrujace mierzą średnią wartość wejściową w określonym przedziale czasu, odrzucając w ten sposób wiele źródeł hałasu. Techniki nieintegrujące próbkują chwilową wartość wejściową (plus szum) w bardzo krótkim przedziale czasu.
Wejście cyfrowe
Niektóre systemy akwizycji danych zawierają cyfrową kartę wejściową, która wykrywa cyfrowy wzorzec bitów w celu ustalenia, czy urządzenie zewnętrzne jest włączone, czy wyłączone. Cyfrowe karty wejściowe zwykle zawierają 8, 16 lub 32 kanały, których można użyć do monitorowania kilku urządzeń zewnętrznych. Na przykład cyfrową kartę wejściową można podłączyć do panelu operatora, aby określić położenie różnych przełączników na panelu.
Licznik
Karta licznika może służyć do zliczania liczby impulsów cyfrowych (sumowania), czasu trwania impulsu cyfrowego (szerokość impulsu) lub częstotliwości impulsów cyfrowych. Niektóre systemy akwizycji danych zawierają kartę licznika, której można użyć do zliczania zdarzeń pochodzących z urządzenia zewnętrznego.
Hardware kontrolny
Wyjście analogowe
Niektóre systemy akwizycji danych zawierają przetwornik cyfrowo-analogowy (D / A), który wykonuje odwrotną funkcję niż przetwornik analogowo-cyfrowy (A / D). Przetwornik cyfrowo-analogowy interpretuje polecenia ze sprzętu sterującego i wysyła odpowiednie napięcie stałe lub prąd stały. Wyjście pozostaje na tym poziomie, dopóki sprzęt sterujący nie poleci przetwornikowi D / A wyprowadzenia nowej wartości. Napięcie lub prąd z przetwornika cyfrowo-analogowego można wykorzystać do sterowania prędkością wentylatora, położeniem zaworu lub natężeniem przepływu pompy. Przetworniki cyfrowo-analogowe są zwykle używane w aplikacjach wymagających precyzyjnej kontroli urządzeń zewnętrznych.
Wyjście cyfrowe
Niektóre systemy akwizycji danych zawierają cyfrową kartę wyjściową, która interpretuje polecenia ze sprzętu sterującego i wysyła odpowiedni cyfrowy wzór bitowy. Cyfrowa karta wyjściowa jest zwykle używana do sterowania lampami lub wysyłania cyfrowego sygnału sterującego do urządzeń zewnętrznych.
Przełączanie sterowania
Do zastosowań kontrolnych można użyć karty przełączającej do zasilania zewnętrznych wentylatorów, pomp lub zaworów poprzez skompletowanie obwodu elektrycznego. Karta przełącznika (często nazywana siłownikiem) działa podobnie jak włącznik światła, zapewniając zasilanie urządzenia zewnętrznego. Karta przełączająca jest zwykle używana zamiast cyfrowej karty wyjściowej w tych aplikacjach, które wymagają przełączania wysokiego napięcia i mocy. Istnieją trzy popularne typy przełączników używanych w aplikacjach sterujących.
Przełączanie
Przełączniki elektromechaniczne, takie jak przekaźniki kontaktronowe i zwory, są powszechne w aplikacjach o niskiej prędkości. Kluczową zaletą jest ich zdolność do przełączania poziomów wysokiego napięcia i prądu, ale są one ograniczone do szybkości przełączania kilkuset kanałów na sekundę. Ponieważ są to urządzenia mechaniczne, w końcu się zużyją. Przełączniki elektroniczne, takie jak tranzystory polowe (FET) i przekaźniki półprzewodnikowe, są zwykle używane w aplikacjach o dużej prędkości. Oprócz szybkiego przełączania nie zawierają ruchomych części i dlatego nie zużywają się. Wadą przełączników elektronicznych jest to, że zwykle nie są one w stanie poradzić sobie z wysokim napięciem lub prądem i muszą mieć wysoką impedancję, aby chronić je przed skokami wejściowymi i przejściowymi.
Konfiguracja multipleksera
Konfiguracja multipleksera jest najczęściej używana do przełączania sygnału na pojedynczy przyrząd pomiarowy. Zasadniczo, w konfiguracji multipleksera, tylko jeden sygnał jest podłączony jednocześnie do urządzenia pomiarowego, a przełączanie jest przerywane przed wykonaniem (tj. Wejście jest odłączane przed podłączeniem nowego wejścia). Multipleksery są dostępne w konfiguracjach jedno-, dwu-, trzy- i czteroprzewodowych Multipleksery jednoprzewodowe (lub single-ended) są stosowane w aplikacjach, w których wspólna masa jest praktyczna. Dwuprzewodowe (lub różnicowe) multipleksery są używane w aplikacjach, które mają wejście różnicowe (wysokie i niskie). Trójprzewodowe (uziemione) multipleksery są przeznaczone do stosowania z uziemionymi multimetrami, aby zapewnić najlepszą dokładność pomiarów analogowych. Multipleksery czteroprzewodowe są używane do czteroprzewodowych pomiarów przetworników, takich jak rezystancyjne detektory temperatury (RTD), które wymagają źródła prądu.
Konfiguracja macierzy
Konfiguracja macierzowa łączy wiele wejść z wieloma wyjściami, a zatem oferuje większą elastyczność przełączania niż multiplekser. Konfiguracja matrycy jest zwykle używana do przełączania sygnałów o niskiej częstotliwości (mniej niż 10 MHz). Matryca jest ułożona w rzędy i kolumny, jak pokazano na rysunku 4. W konfiguracji macierzy dowolne źródło sygnału można podłączyć do dowolnego z wejść testowych. Należy pamiętać, że za pomocą macierzy można podłączyć więcej niż jedno źródło w tym samym czasie. Dlatego ważne jest, aby upewnić się, że nie tworzysz niebezpiecznych lub niepożądanych warunków, wykonując te połączenia
Kondycjonowanie sygnału
Kondycjonowanie sygnału służy do wzmacniania, tłumienia, kształtowania lub izolowania sygnałów z przetworników przed wysłaniem ich do sprzętu pomiarowego. Kondycjonowanie sygnału przekształca sygnał do postaci, która jest lepiej mierzona przez system, a w niektórych przypadkach umożliwia w ogóle pomiar sygnału. Przykłady warunkowania sygnału obejmują:
Przetworniki
Przetworniki są urządzeniami, które przekształcają parametry fizyczne (takie jak temperatura, ciśnienie, przepływ i odkształcenie) w parametry elektryczne (takie jak napięcie, prąd i rezystancja). Parametr elektryczny jest mierzony za pomocą sprzętu pomiarowego, a wynik jest konwertowany na jednostki inżynierskie. Na przykład podczas pomiaru termopary sprzęt pomiarowy odczytuje napięcie prądu stałego, które następnie przekształca w odpowiednią temperaturę za pomocą algorytmu matematycznego. Tabela 1 pokazuje kilka rodzajów przetworników z odpowiadającymi im wyjściami.
Analiza i kontrola
Monitorując niewielką liczbę kanałów, stacjonarny rejestrator danych można skonfigurować bezpośrednio z panelu przedniego. Podczas skanowania możesz monitorować dane pomiarowe na określonym kanale. Możesz wybrać wyświetlanie pomiarów na monitorze w formacie liczbowym, słupkowym, trendowym i histogramowym. Rysunek 5 pokazuje przykładowe wyświetlacze monitorujące w różnych formatach.
Pomiary mogą być przechowywane; alarmy można konfigurować, a poszczególne kanały można monitorować z panelu przedniego. Ustawienia alarmów umożliwiają ustawienie wyjść alarmowych TTL w celu wyzwalania zewnętrznych lampek alarmowych, syren lub systemu sterowania w celu podjęcia działań naprawczych.
Większe systemy będą musiały być kontrolowane z komputera. Oprogramowanie do akwizycji danych ułatwi konfigurację kanałów, wizualizację danych, dokumentowanie i udostępniać wyniki. Korzystanie z oprogramowania zapewni spójne konfiguracje i powtarzalne wyniki.
Rozumiejąc funkcje różnych elementów systemu akwizycji danych, będziesz w stanie lepiej ocenić dostępne opcje i wybrać najlepszy system spełniający Twoje potrzeby.
System akwizycji danych DAQ970A firmy Keysight i oprogramowanie aplikacyjne DAQ BenchVue umożliwiają:
- Pomiar wielu rodzajów sygnałów wejściowych z pewnością w ich dokładności
- Podłączenie dowolnego sygnału do dowolnego kanału dzięki uniwersalnym wejściom i zintegrowanemu kondycjonowaniu sygnału
- Łatwą konfiguruję pomiaru i tworzenie automatycznych testów za pomocą panelu przedniego, bez programowania
Akwizycja danych omówienie systemu
Akwizycja danych to termin obejmujący szeroki zakres aplikacji pomiarowych, z których wszystkie wymagają pewnej formy charakteryzacji, monitorowania lub kontroli. Bez względu na konkretną aplikację, wszystkie systemy akwizycji danych albo mierzą parametr fizyczny (temperaturę, ciśnienie, przepływ itp.), Albo podejmują określone działanie (włącza alarm, włączają światło itp.) Na podstawie otrzymanych danych.
Hardware pomiarowy
Konwerter analogowo-cyfrowy (A / D)
Konwerter A / D, kluczowy element w każdym systemie akwizycji danych, służy do przekształcania napięć prądu stałego uzyskanych z przetworników na wartości cyfrowe. Zmierzone napięcia mogą odpowiadać określonej temperaturze, ciśnieniu, przepływowi lub prędkości. Chociaż istnieje kilka rodzajów technik konwersji A / D, można je ogólnie podzielić na dwa typy: integrujący i nieintegrujący. Techniki integrujace mierzą średnią wartość wejściową w określonym przedziale czasu, odrzucając w ten sposób wiele źródeł hałasu. Techniki nieintegrujące próbkują chwilową wartość wejściową (plus szum) w bardzo krótkim przedziale czasu.
Wejście cyfrowe
Niektóre systemy akwizycji danych zawierają cyfrową kartę wejściową, która wykrywa cyfrowy wzorzec bitów w celu ustalenia, czy urządzenie zewnętrzne jest włączone, czy wyłączone. Cyfrowe karty wejściowe zwykle zawierają 8, 16 lub 32 kanały, których można użyć do monitorowania kilku urządzeń zewnętrznych. Na przykład cyfrową kartę wejściową można podłączyć do panelu operatora, aby określić położenie różnych przełączników na panelu.
Licznik
Karta licznika może służyć do zliczania liczby impulsów cyfrowych (sumowania), czasu trwania impulsu cyfrowego (szerokość impulsu) lub częstotliwości impulsów cyfrowych. Niektóre systemy akwizycji danych zawierają kartę licznika, której można użyć do zliczania zdarzeń pochodzących z urządzenia zewnętrznego.
Hardware kontrolny
Wyjście analogowe
Niektóre systemy akwizycji danych zawierają przetwornik cyfrowo-analogowy (D / A), który wykonuje odwrotną funkcję niż przetwornik analogowo-cyfrowy (A / D). Przetwornik cyfrowo-analogowy interpretuje polecenia ze sprzętu sterującego i wysyła odpowiednie napięcie stałe lub prąd stały. Wyjście pozostaje na tym poziomie, dopóki sprzęt sterujący nie poleci przetwornikowi D / A wyprowadzenia nowej wartości. Napięcie lub prąd z przetwornika cyfrowo-analogowego można wykorzystać do sterowania prędkością wentylatora, położeniem zaworu lub natężeniem przepływu pompy. Przetworniki cyfrowo-analogowe są zwykle używane w aplikacjach wymagających precyzyjnej kontroli urządzeń zewnętrznych.
Wyjście cyfrowe
Niektóre systemy akwizycji danych zawierają cyfrową kartę wyjściową, która interpretuje polecenia ze sprzętu sterującego i wysyła odpowiedni cyfrowy wzór bitowy. Cyfrowa karta wyjściowa jest zwykle używana do sterowania lampami lub wysyłania cyfrowego sygnału sterującego do urządzeń zewnętrznych.
Przełączanie sterowania
Do zastosowań kontrolnych można użyć karty przełączającej do zasilania zewnętrznych wentylatorów, pomp lub zaworów poprzez skompletowanie obwodu elektrycznego. Karta przełącznika (często nazywana siłownikiem) działa podobnie jak włącznik światła, zapewniając zasilanie urządzenia zewnętrznego. Karta przełączająca jest zwykle używana zamiast cyfrowej karty wyjściowej w tych aplikacjach, które wymagają przełączania wysokiego napięcia i mocy. Istnieją trzy popularne typy przełączników używanych w aplikacjach sterujących.
Przełączanie
Przełączniki elektromechaniczne, takie jak przekaźniki kontaktronowe i zwory, są powszechne w aplikacjach o niskiej prędkości. Kluczową zaletą jest ich zdolność do przełączania poziomów wysokiego napięcia i prądu, ale są one ograniczone do szybkości przełączania kilkuset kanałów na sekundę. Ponieważ są to urządzenia mechaniczne, w końcu się zużyją. Przełączniki elektroniczne, takie jak tranzystory polowe (FET) i przekaźniki półprzewodnikowe, są zwykle używane w aplikacjach o dużej prędkości. Oprócz szybkiego przełączania nie zawierają ruchomych części i dlatego nie zużywają się. Wadą przełączników elektronicznych jest to, że zwykle nie są one w stanie poradzić sobie z wysokim napięciem lub prądem i muszą mieć wysoką impedancję, aby chronić je przed skokami wejściowymi i przejściowymi.
Konfiguracja multipleksera
Konfiguracja multipleksera jest najczęściej używana do przełączania sygnału na pojedynczy przyrząd pomiarowy. Zasadniczo, w konfiguracji multipleksera, tylko jeden sygnał jest podłączony jednocześnie do urządzenia pomiarowego, a przełączanie jest przerywane przed wykonaniem (tj. Wejście jest odłączane przed podłączeniem nowego wejścia). Multipleksery są dostępne w konfiguracjach jedno-, dwu-, trzy- i czteroprzewodowych Multipleksery jednoprzewodowe (lub single-ended) są stosowane w aplikacjach, w których wspólna masa jest praktyczna. Dwuprzewodowe (lub różnicowe) multipleksery są używane w aplikacjach, które mają wejście różnicowe (wysokie i niskie). Trójprzewodowe (uziemione) multipleksery są przeznaczone do stosowania z uziemionymi multimetrami, aby zapewnić najlepszą dokładność pomiarów analogowych. Multipleksery czteroprzewodowe są używane do czteroprzewodowych pomiarów przetworników, takich jak rezystancyjne detektory temperatury (RTD), które wymagają źródła prądu.
Konfiguracja macierzy
Konfiguracja macierzowa łączy wiele wejść z wieloma wyjściami, a zatem oferuje większą elastyczność przełączania niż multiplekser. Konfiguracja matrycy jest zwykle używana do przełączania sygnałów o niskiej częstotliwości (mniej niż 10 MHz). Matryca jest ułożona w rzędy i kolumny, jak pokazano na rysunku 4. W konfiguracji macierzy dowolne źródło sygnału można podłączyć do dowolnego z wejść testowych. Należy pamiętać, że za pomocą macierzy można podłączyć więcej niż jedno źródło w tym samym czasie. Dlatego ważne jest, aby upewnić się, że nie tworzysz niebezpiecznych lub niepożądanych warunków, wykonując te połączenia
Kondycjonowanie sygnału
Kondycjonowanie sygnału służy do wzmacniania, tłumienia, kształtowania lub izolowania sygnałów z przetworników przed wysłaniem ich do sprzętu pomiarowego. Kondycjonowanie sygnału przekształca sygnał do postaci, która jest lepiej mierzona przez system, a w niektórych przypadkach umożliwia w ogóle pomiar sygnału. Przykłady warunkowania sygnału obejmują:
- Wzmocnienie małych sygnałów
- Tłumienie dużych sygnałów
- Kompensacja termopary dla pomiarów temperatury
- Źródło prądu do pomiarów rezystancji 2-przewodowej i 4-przewodowej
- Filtrowanie w celu usunięcia szumów systemowych
- Rezystory bocznikowe do pomiarów prądu
Przetworniki
Przetworniki są urządzeniami, które przekształcają parametry fizyczne (takie jak temperatura, ciśnienie, przepływ i odkształcenie) w parametry elektryczne (takie jak napięcie, prąd i rezystancja). Parametr elektryczny jest mierzony za pomocą sprzętu pomiarowego, a wynik jest konwertowany na jednostki inżynierskie. Na przykład podczas pomiaru termopary sprzęt pomiarowy odczytuje napięcie prądu stałego, które następnie przekształca w odpowiednią temperaturę za pomocą algorytmu matematycznego. Tabela 1 pokazuje kilka rodzajów przetworników z odpowiadającymi im wyjściami.
| Pomiary | Najpopularniejszy typ przetwornika | Typowe wyjście przetwornika |
| Temperatura | Termopara | 0 mV to 80 mV |
| RTD | 2-wire or 4-wire resistance from 5 Ω to 500 Ω | |
| Termistor | 2-wire resistance from10 Ω to 1 MΩ | |
| Ciśnienie | Półprzewodnikowy | ±10 Vdc |
| Przepływ | Obrotowy | 4 mA to 20 mA |
| Temperaturowy | ||
| Naprężenie | Rezystory | 4-wire resistance from 10 Ω to 10 kΩ |
Analiza i kontrola
Monitorując niewielką liczbę kanałów, stacjonarny rejestrator danych można skonfigurować bezpośrednio z panelu przedniego. Podczas skanowania możesz monitorować dane pomiarowe na określonym kanale. Możesz wybrać wyświetlanie pomiarów na monitorze w formacie liczbowym, słupkowym, trendowym i histogramowym. Rysunek 5 pokazuje przykładowe wyświetlacze monitorujące w różnych formatach.
Pomiary mogą być przechowywane; alarmy można konfigurować, a poszczególne kanały można monitorować z panelu przedniego. Ustawienia alarmów umożliwiają ustawienie wyjść alarmowych TTL w celu wyzwalania zewnętrznych lampek alarmowych, syren lub systemu sterowania w celu podjęcia działań naprawczych.
Większe systemy będą musiały być kontrolowane z komputera. Oprogramowanie do akwizycji danych ułatwi konfigurację kanałów, wizualizację danych, dokumentowanie i udostępniać wyniki. Korzystanie z oprogramowania zapewni spójne konfiguracje i powtarzalne wyniki.
Rozumiejąc funkcje różnych elementów systemu akwizycji danych, będziesz w stanie lepiej ocenić dostępne opcje i wybrać najlepszy system spełniający Twoje potrzeby.
