Что такое сбор данных?


Сбор данных – это процесс измерения электрического или физического явления, такого как напряжение, сила тока, температура, давление или сила звука. Сбор данных на базе ПК использует комбинацию модульного оборудования, прикладного ПО, и компьютера для проведения измерений. В то время как каждая система сбора данных, определяется требованиями его конкретного приложения, каждая система имеет общие задачи сбора, анализа, и представления информации. Системы сбора данных объединяют сигналы, датчики, исполнительные механизмы, согласование сигнала, приборы для сбора данных, и программное обеспечение.

  daq1.png

4 компонента системы сбора данных

1. Преобразователи/Датчики
 
Сбор данных начинается с физического явления, которое надо измерить. Таким физическим явлением является комнатная температура, интенсивность светового потока, давление внутри сосуда, сила, с которой воздействуют на объект и многие другие вещи. Преобразователь, или датчик, - это прибор, который конвертирует физическое явление в измеримый электрический сигнал, такой как напряжение или сила тока. Существуют специфические преобразователи для различных приложений, такие как  термопары  для измерения температур, тензодатчики для давления, или микрофоны для звука.


2. Согласование сигнала

Иногда преобразователи генерируют сигналы слишком сложные или слишком опасные для измерения их напрямую с помощью прибора для сбора данных. Например, при работе с высокими напряжениями, помехонасыщенной  средой, или экстремально высокими или низкими сигналами, согласование сигнала очень важно для эффективной системы сбора данных. Согласование сигнала увеличивает до максимума точность системы, дает возможность датчикам правильно функционировать, и гарантирует безопасность системы. Некоторое оборудование для сбора данных имеет встроенное согласование сигнала таким образом, что можно соединить датчик напрямую с каналом ввода данных.


3. Оборудование для сбора данных

Оборудование для сбора данных действует как интерфейс между компьютером  и внешним миром. Первоначально оно функционирует как прибор, который оцифровывает входящие аналоговые сигналы таким образом, чтобы компьютер мог их интерпретировать. Прочий функционал оборудования для сбора данных включает аналоговый выход, цифровой ввод/вывод, счетчики/таймеры, триггеринг и графики синхронизации.


4. Драйвера и ПО

Программное обеспечение трансформирует ПК и оборудование для сбора данных в полностью завершенный механизм по сбору данных, их анализу, и визуализации.  Существует 2 основных уровня ПО в системе сбора данных: программный драйвер и прикладное программное обеспечение. Программный драйвер представляет собой канал коммуникации между прикладным ПО и оборудованием. Прикладное ПО является средой разработки, в которой можно создать приложение, отвечающее специфическим требованиям клиента, или программу, основанную на механизмах конфигурации системы с помощью заданных функциональных инструментов. Прикладное ПО добавляет возможности для анализа и визуализации к программному драйверу.


4 критических замечания о системе сбора данных

1. Измерения и типы ввода/вывода

Подходящие преобразователи конвертируют физические явления в измеримые сигналы; однако, различные сигналы нуждаются в измерении разными способами. Все сигналы подразделяются на две категории: аналоговые и цифровые. Аналоговый сигнал может принимать  любое значение с течением времени. Некоторые примеры аналоговых сигналов включают напряжение, температуру, давление, звук или силу тяжести. При выборе оборудования для сбора данных для измерения аналоговых сигналов, нужно принять во внимание число аналоговых каналов, максимальную частоту выборки, разрешение, и диапазоны сигналов ввода. Напротив, цифровой сигнал не может принимать любое значение с течением времени. Вместо этого, он имеет два возможных уровня: высокий и низкий уровень сигнала. При выборе оборудования для сбора данных для цифрового сигнала, нужно принять во внимание число цифровых каналов, сопоставимость системы логических элементов, и цифровые логические уровни.


2. Форм-фактор


Платформы для оборудования по сбору данных выбираются на основании требований приложения или даже на основании личных предпочтений. Так как настольные ПК всегда есть в шаговой доступности, многие инженеры и ученые выбирают PCI или PCI Express платы сбора данных, которые  подключаются напрямую к компьютеру. Некоторые, однако, предпочитают более портативные решения,  оборудование по сбору данных на базе USB, которые можно подключить и в настольный ПК, и в ноутбук. Для высокопроизводительных приложений,  модули сбора данных (DAQ) доступны для PXI/CompactPCI и PXI Express, более мощные модульные компьютерные платформы, специально созданные для приложений по измерению и автоматизации. Приборы сбора данных последнего поколения предлагают соединения через беспроводной и кабельный Ethernet.


3. Программное обеспечение и язык программирования
 
Существует множество вариантов ПО, которые можно подобрать под конкретное оборудование по сбору данных. Утилиты, основанные на конфигурации, такие как NI LabVIEW SignalExpress, не требуют программирования, что делает проведение базовых измерений, регистрацию данных и анализ данных простыми в использовании. При создании своего собственного приложения, можно выбирать из нескольких APIs для языков программирования, таких как LabVIEW, ANSI C/C++, C#, и Visual Basic .NET.


4. Факторы показателей и результатов работы

В то время как существует большое разнообразие форм оборудования по сбору данных,  отдельно взятые виды шин предполагают более высокие показатели работы, чем другие. При оценке показателей работы шины, нужно принять во внимание такие факторы, как  диапазон частот,  период ожидания ответа от устройства, синхронизацию, и портативность. Диапазон частот – показатель того, с какой скоростью данные передаются по шине, обычно измеряется в мегабайтах в секунду (Mб/с), период ожидания – показатель задержки в передаче данных. Внутренние инсталлируемые шины, такие как  PCI Express и PXI Express обеспечивают самый широкий диапазон частот и самое маленькое время задержки передачи данных среди всех видов шин. Новые технологии, такие как запатентованные NI Signal Streaming дают возможность поддерживать высокоскоростной и разнонаправленный поток данных через USB и Ethernet для достижения максимальной производительности внешних приборов сбора данных. Другой показатель качества работы – точность измерений. Хотя каждый DAQ модуль National Instruments калиброван после его производства, точность измерений до сих пор находится в зависимости от показателей времени и температуры. Технологии, такие как NI-MCal улучшают точность прибора за счет использования самокалибровки ПО для распознавания природы ошибки и ее исправления.


Возврат к списку



 

© 2017 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика