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Bei jedem Projekt oder Experiment, das Sie in Angriff nehmen, bestimmen die Daten, die es produziert, letztendlich die Früchte Ihrer Arbeit. Ohne Daten wären wir nicht in der Lage zu verstehen, wie ein System tatsächlich funktioniert.
Wenn Sie zum Beispiel eine Heizspirale einrichten wollen, die einem Objekt helfen kann, eine bestimmte Temperatur zu erreichen, können Sie den Erfolg nicht verstehen, ohne die Temperatur zu messen. Eine einfache Aufgabe wie das Messen und Aufzeichnen der Temperatur wird als Datenerfassung bezeichnet. Ein anderes Beispiel ist die Messung und Aufzeichnung der Stromdifferenz über einen Widerstand.
Im Wesentlichen ist die Datenerfassung ein Prozess, bei dem Informationen gesammelt werden, um ein elektrisches oder physikalisches Phänomen mithilfe von Sensoren, Messgeräten und einem Computer zu verstehen. Zusammen bilden diese Komponenten ein Datenerfassungssystem oder DAQ-System.
In diesem Handbuch erfahren Sie mehr über:

• Was ist ein DAQ-System?
• Grundlegende Komponenten eines DAQ-Systems
• Wie misst man mit einem DAQ-Gerät?
• Faktoren, die die Messgenauigkeit beeinflussen
• Vorteile der Verwendung von DAQ-Geräten
• Wichtige Anwendungen des DAQ-Systems

So, lasst uns anfangen.

Was ist ein DAQ-System?

Wie bereits erwähnt, besteht DAQ oder Datenerfassung aus einem Messsystem und einem Computer, der elektrische oder physikalische Eigenschaften messen und für weitere Analysen aufzeichnen kann.
Das Konzept von DAQ wurde 1963 eingeführt, wobei es hauptsächlich um die Überwachung oder Steuerung einer physikalischen Einheit mit Software ging. IBM war der erste, der einen Computer ankündigte, der ausschließlich für Datenerfassungsaufgaben gedacht war, das IBM 7700 Data Acquisition System.
Das IBM 7700 wurde 1964 durch ein leistungsfähigeres IBM 1800 Data Acquisition and Control System ersetzt. Mit dem Fortschritt in der Technologie haben sich die Rechenkapazitäten heute drastisch verändert, so dass wir Daten auf vielfältige Weise schnell verarbeiten und speichern können.
DAQ-Systeme sind ein hervorragendes Beispiel dafür. Diese Geräte sind in der Lage, Daten von einem tatsächlichen System zu erfassen und diese Daten in einem leicht abrufbaren Format für die weitere technische oder wissenschaftliche Überprüfung zu speichern.
In Anbetracht der Intuitivität der DAQ-Systeme sind diese computergestützten Messsysteme von entscheidender Bedeutung in einer Vielzahl von Branchen, die Präzision benötigen, wie z. B. im Bauwesen, in der Elektronik, in der Produktion und in der Fertigung, um nur einige zu nennen.
DAQ-Systeme werden entweder in der Hand gehalten oder können aus der Ferne bedient werden. Handgehaltene DAQ-Systeme sind nützlich, wenn Sie Messungen an einer Probe vornehmen müssen, mit der Sie physisch interagieren können. Ferngesteuerte DAQ-Messungen werden dort durchgeführt, wo die Anwesenheit von Menschen nicht möglich ist.
Grundlegende Komponenten eines DAQ-SystemsDie IBM-Maschinen von 1960 waren gigantische, drei Meter hohe Computer. Glücklicherweise sind die modernen DAQ-Systeme kompakt, aber um ein Vielfaches leistungsfähiger als ihre Vorgänger.
Jahrelange technologische Fortschritte in der Elektronik haben es möglich gemacht, solch schlanke Maschinen zu haben, die keine Kompromisse bei der Messgenauigkeit eingehen.
Ein grundlegendes DAQ-System besteht aus vier Teilen:
Sensoren
Sensoren oder Messwandler interagieren mit dem Messobjekt, entweder direkt oder indirekt (Kontakt oder berührungslos). Sie wandeln die physikalischen Größen in elektrische Signale um. Die Art der in einem DAQ-System verwendeten Sensoren hängt von der Art der Anwendung ab.
Zum Beispiel erfordert die Messung der Temperatur einen Temperatursensor, während ein Photovoltaiksensor für die Messung von Licht nützlich ist. Ihre gemeinsame Funktion besteht darin, analoge Signale wie Licht, Temperaturen, Geschwindigkeit usw. in digitale Signale für den Computer umzuwandeln. In DAQ-Systemen werden hochwertige Sensoren eingesetzt, die genaue Messwerte mit minimalem oder gar keinem Rauschen liefern.
Übertragung/Signalaufbereitung
Die von den Sensoren ausgehenden elektrischen Signale können nicht direkt verwendet werden, da sie modifiziert werden müssen. Diese Modifikation ist notwendig, weil die Signale oft Rauschen enthalten oder so schwach sind, dass das DAQ-System sie nicht messen kann.
Daher wird eine zusätzliche Schaltung zur Optimierung der Signale verwendet, die als Signalaufbereitung bezeichnet wird. Der Prozess der Signaloptimierung wird als Signalkonditionierung bezeichnet.
Der Signalkonditionierer verwendet Filterschaltungen, um das Rauschen vom eigentlichen Signal zu trennen, und verwendet eine Verstärkerschaltung, um schwache Signale zu verstärken. Dies sind zwei der üblichen Funktionen, die sie übernehmen.
Es gibt noch mehr Prozesse wie Kalibrierung, Linearisierung und Anregung, die mit einer geeigneten Signalaufbereitungsschaltung erreicht werden können. Die Auswahl der Signalaufbereitungsschaltung hängt weitgehend von den Eigenschaften des Sensors ab.
DAQ-Hardware
DAQ-Hardware ist die Hardwareeinheit, die zwischen dem Computer und den Sensoren angeschlossen ist. Die DAQ-Hardware wird entweder über die USB-Anschlüsse oder über die PCI-Express-Steckplätze auf der Hauptplatine mit dem Computer verbunden.
Die DAQ-Hardware nimmt die analogen Signale von den Sensoren auf und wandelt sie in digitale Signale um, die von den Computern gelesen werden können. Aber das ist nur eine der Funktionen der DAQ-Hardware.
Einige der üblichen Funktionen in einem DAQ-System sind:
ADC: Konvertiert analoge Signale in digitale Signale
Digital-Analog-Wandler: Unterstützung für die Eingabe und Ausgabe von binären Signalen
RS232, RS485: Schnittstellenbusse, die für die Kommunikation mit anderen Geräten verwendet werden
Single-ended input: Unterstützung für die Eingabe von Single-Ended-Leitungen
Es gibt sogar eine eigenständige DAQ-Hardware, die ohne eine Verbindung zu einem Computer arbeiten kann. Dies ist durch einen Prozessor und eine Recheneinheit möglich, die in die Messhardware integriert sind. Eigenständige DAQ-Hardware ist in der Lage, dem Benutzer bei der Echtzeit-Darstellung von Daten zu helfen.
Standalone-Oszilloskope und Datenlogger sind Paradebeispiele für DAQ-Systeme, die ohne einen Computer arbeiten können.
Computer
Das Endstück der DAQ-Kette ist ein Computer, der alle Daten, die durch die DAQ-Hardware kommen, zur weiteren Analyse sammelt. Es reicht jedoch nicht aus, die Messhardware an einen Computer anzuschließen, um aus den Daten einen Sinn zu machen.
Es wird eine Messsoftware benötigt, die die Daten der Messhardware verwendet, um lesbare und aussagekräftige Ergebnisse zu erstellen. Mit anderen Worten, die DAQ-Software fungiert als Schicht zwischen dem Benutzer und der DAQ-Hardware. Computer sind entscheidend für die Durchführung von Berechnungen höherer Ordnung mit den vom DAQ-System gesammelten Daten.