Free Press

Při každém projektu nebo experimentu, do kterého se pustíte, rozhodují o výsledcích vaší práce data, která při něm získáte. Bez dat bychom nebyli schopni pochopit, jak systém vlastně funguje.
Pokud například chcete nastavit topnou spirálu, která pomůže objektu dosáhnout určité teploty, nemůžete pochopit míru její úspěšnosti bez měření teploty. Jednoduchá úloha, jakou je měření a zaznamenávání teploty, se označuje jako Sběr dat. Jiným příkladem je měření a zaznamenávání rozdílu proudu napříč rezistorem.
Sběr dat je v podstatě proces, který zahrnuje shromažďování informací pro pochopení elektrického nebo fyzikálního jevu pomocí senzorů, měřicího zařízení a počítače. Tyto součásti dohromady tvoří systém sběru dat neboli systém DAQ.
V této příručce se dozvíte:

• Co je to systém DAQ?
• Základní součásti systému DAQ
• Jak měřit pomocí zařízení DAQ?
• Faktory ovlivňující přesnost měření
• Přínosy používání zařízení DAQ
• Důležité aplikace systému DAQ

Začněme tedy.

Co je to systém DAQ?

Jak již bylo řečeno, DAQ neboli sběr dat se skládá z měřicího systému a počítače, který může měřit elektrické nebo fyzikální vlastnosti a zaznamenávat je pro další analýzu.
Koncept DAQ byl zaveden v roce 1963, kde se točil především kolem monitorování nebo ovládání fyzikální entity pomocí softwaru. Společnost IBM jako první oznámila počítač, který byl vyroben výhradně pro úlohy sběru dat, nazvaný IBM 7700 Data Acquisition system.
V roce 1964 byl IBM 7700 nahrazen výkonnějším systémem IBM 1800 Data Acquisition and Control System. Díky technologickému pokroku se dnes možnosti výpočetní techniky drasticky změnily a umožňují nám rychle zpracovávat a ukládat data mnoha způsoby.
Vynikajícím příkladem jsou systémy DAQ. Tato zařízení jsou schopna zachytit data z aktuálního systému a uložit je ve snadno vyhledatelném formátu pro další inženýrské nebo vědecké přezkoumání.
Vzhledem k intuitivnosti systémů DAQ mají tyto počítačové měřicí systémy zásadní význam v různých vertikálních oblastech, které vyžadují přesnost, jako je například stavebnictví, elektronika, výroba a zpracovatelský průmysl.
Systémy DAQ jsou buď ruční, nebo je lze ovládat na dálku. Ruční DAQ systémy jsou užitečné v případech, kdy je třeba snímat hodnoty ze vzorku, se kterým můžete fyzicky přijít do styku. Vzdálená DAQ měření se provádějí tam, kde je lidská přítomnost neslučitelná.
Základní součásti DAQ systémuStroje IBM z roku 1960 byly obrovské, metr vysoké počítače. Moderní systémy DAQ jsou naštěstí kompaktní, a přitom mnohonásobně výkonnější než jejich předchůdci.
Letitý technologický pokrok v elektronice umožnil mít tak elegantní stroje, které neohrožují přesnost měření.
Základní systém DAQ se skládá ze čtyř částí:
Senzory
Senzory nebo snímače interagují s měřeným předmětem buď přímo, nebo nepřímo (kontaktně nebo bezkontaktně). Převádějí fyzikální hodnoty na elektrické signály. Typ snímačů použitých v systému DAQ se liší podle povahy jeho použití.
Například měření teploty vyžaduje teplotní snímač, zatímco fotovoltaický snímač je užitečný pro měření světla. Jejich společnou funkcí je převádět analogové signály, jako je světlo, teplota, rychlost atd. na digitální signály pro počítač. Systémy DAQ používají vysoce kvalitní snímače, které poskytují přesné údaje s minimálním nebo žádným šumem.
Přenos/kondicionování signálu
Elektrické signály přicházející ze snímačů nelze využít přímo, protože je třeba je upravit. Tato úprava je nutná, protože signály často obsahují šum nebo mohou být slabé do té míry, že je systém DAQ nedokáže změřit.
Pro optimalizaci signálů se proto používá další obvod, označovaný jako kondicionér signálu. Proces optimalizace signálů se nazývá kondicionování signálu.
Kondicionér signálu používá filtrační obvody k oddělení šumu od skutečného signálu a k posílení slabých signálů používá zesilovací obvod. To jsou dvě z běžných funkcí, které vykonávají.
Existují ještě další procesy, jako je kalibrace, linearizace a buzení, které jsou dosažitelné pomocí vhodného obvodu pro úpravu signálu. Výběr obvodu pro úpravu signálu do značné míry závisí na vlastnostech snímače.
Hardware DAQ
Hardware DAQ je hardwarová jednotka připojená mezi počítačem a snímači. Hardware DAQ je k počítači připojen buď pomocí portů USB, nebo prostřednictvím slotů PCI-Express na základní desce.
Hardware DAQ přijímá analogové signály ze snímačů a převádí je na digitální signály čitelné počítačem. To je však pouze jedna z funkcí hardwaru DAQ.
Některé z běžných funkcí systému DAQ jsou:
ADC: Převádí analogové signály na digitální signály
Digitálně analogový převodník: Podpora vstupu a výstupu binárních signálů
RS232, RS485: Rozhraní sběrnice používané pro komunikaci s jinými zařízeními
Jednosměrný vstup: Podpora přijímání vstupů z jednosměrných vodičů
Existuje i samostatný DAQ hardware, který může pracovat samostatně, aniž by vyžadoval připojení k počítači. To je možné díky procesoru a výpočetní jednotce zabudované v hardwaru DAQ. Samostatný DAQ hardware je schopen pomoci uživatelům s reprezentací dat v reálném čase.
Standartní osciloskopy a dataloggery jsou ukázkovým příkladem DAQ systémů, které mohou pracovat bez počítače.
Počítač
Konečným článkem řetězce DAQ je počítač, který shromažďuje všechna data procházející DAQ hardwarem pro další analýzu. Připojení hardwaru DAQ k počítači však nestačí k tomu, aby data dávala smysl.
Je zapotřebí software DAQ, který využívá data z hardwaru DAQ k vytvoření čitelných a smysluplných výsledků. Jinými slovy, software DAQ funguje jako vrstva mezi uživatelem a hardwarem DAQ. Počítače jsou rozhodující pro provádění výpočtů vyššího řádu s daty získanými z DAQ.

.