Free Press

Missä tahansa projektissa tai kokeessa, johon ryhdyt, sen tuottamat tiedot määräävät lopulta työsi hedelmät. Ilman dataa emme pystyisi ymmärtämään, miten järjestelmä todellisuudessa toimii.
Jos esimerkiksi haluat asettaa lämmityskierukan, joka voi auttaa esinettä saavuttamaan tietyn lämpötilan, et voi ymmärtää sen onnistumisen tasoa ilman lämpötilan mittaamista. Lämpötilan mittaamisen ja tallentamisen kaltainen yksinkertainen tehtävä on tiedonkeruu. Toinen esimerkki on vastuksen yli kulkevan virtaeron mittaaminen ja tallentaminen.
Datanhankinta on pohjimmiltaan prosessi, jossa kerätään tietoa sähköisen tai fysikaalisen ilmiön ymmärtämiseksi antureiden, mittauslaitteen ja tietokoneen avulla. Yhdessä nämä komponentit muodostavat tiedonkeruujärjestelmän eli DAQ-järjestelmän.
Tässä oppaassa opit seuraavaa:

• Mikä on DAQ-järjestelmä?
• DaQ-järjestelmän peruskomponentit
• Miten DAQ-laitteella mitataan?
• Mittaustarkkuuteen vaikuttavat tekijät
• DAQ-laitteiden käytön edut
• DAQ-järjestelmän tärkeät sovellukset

Aloitetaan siis.

Mikä on DAQ-järjestelmä?

Kuten jo käsiteltiin, DAQ eli tiedonkeruu käsittää mittausjärjestelmän ja tietokoneen, joilla voidaan mitata sähköisiä tai fysikaalisia ominaisuuksia ja tallentaa ne myöhempää analyysia varten.
Käsite DAQ otettiin käyttöön vuonna 1963, jolloin kyse oli lähinnä fyysisen kokonaisuuden seurannasta tai ohjaamisesta ohjelmistolla. IBM julkisti ensimmäisenä tietokoneen, joka oli tehty yksinomaan tiedonkeruutehtäviin, nimeltään IBM 7700 Data Acquisition system.
IBM 7700 korvattiin tehokkaammalla IBM 1800 -tiedonkeruu- ja ohjausjärjestelmällä vuonna 1964. Tekniikan kehittymisen myötä tietojenkäsittelyominaisuudet ovat nykyään muuttuneet rajusti, mikä mahdollistaa tietojen nopean käsittelyn ja tallentamisen lukuisilla eri tavoilla.
DAQ-järjestelmät ovat tästä erinomainen esimerkki. Nämä laitteet pystyvät kaappaamaan tietoja todellisesta järjestelmästä ja tallentamaan nämä tiedot helposti haettavaan muotoon teknistä tai tieteellistä jatkotarkastelua varten.
Kun otetaan huomioon DAQ-järjestelmien intuitiivisuus, nämä tietokonepohjaiset mittausjärjestelmät ovat ratkaisevan tärkeitä monilla vertikaalisilla aloilla, joilla tarvitaan tarkkuutta, kuten rakentamisessa, elektroniikassa, tuotannossa ja valmistuksessa muutamia esimerkkejä mainitakseni.
DAQ-järjestelmät ovat joko kädessä pidettäviä tai niitä voidaan käyttää etänä. Kädessä pidettävät DAQ-järjestelmät ovat käyttökelpoisia silloin, kun sinun on otettava lukemia näytteestä, jonka kanssa voit olla fyysisesti vuorovaikutuksessa. Etäohjatut DAQ-mittaukset tehdään siellä, missä ihmisen läsnäolo ei ole yhteensopivaa.
DAQ-järjestelmän peruskomponentitVuoden 1960 IBM-koneet olivat jättimäisiä 1,5 metriä korkeita tietokoneita. Onneksi nykyaikaiset DAQ-järjestelmät ovat kompakteja, mutta moninkertaisesti tehokkaampia kuin edeltäjänsä.
Vuosien teknologinen kehitys elektroniikassa on mahdollistanut näin tyylikkäät koneet, jotka eivät tingi mittaustarkkuudesta.
Perus-DAQ-järjestelmä koostuu neljästä osasta:
Asensorit
Asensorit tai anturit ovat vuorovaikutuksessa mitattavan kohteen kanssa joko suoraan tai epäsuorasti (kosketuksellisesti tai kosketuksettomasti). Ne muuttavat fysikaaliset arvot sähköisiksi signaaleiksi. DAQ-järjestelmässä käytettävien antureiden tyyppi vaihtelee sovelluksen luonteen mukaan.
Lämpötilan mittaamiseen tarvitaan esimerkiksi lämpötila-anturi, kun taas valosähköinen anturi on hyödyllinen valon mittaamiseen. Niiden yhteinen tehtävä on muuntaa analogiset signaalit, kuten valo, lämpötila, nopeus jne. digitaalisiksi signaaleiksi tietokonetta varten. DAQ-järjestelmissä käytetään korkealaatuisia antureita, jotka antavat tarkkoja lukemia, joissa on vain vähän tai ei lainkaan kohinaa.
Signaalinsiirto/signaalinmuokkaus
Antenneista tulevia sähköisiä signaaleja ei voida hyödyntää suoraan, sillä niitä on muokattava. Tämä muokkaus on tarpeen, koska signaalit sisältävät usein kohinaa tai saattavat olla niin heikkoja, että DAQ-järjestelmä ei pysty mittaamaan niitä.
Signaalien optimoimiseksi käytetään siis lisäpiiriä, jota kutsutaan signaalinmuokkaajaksi. Signaalien optimointiprosessi tunnetaan nimellä signaalinkäsittely.
Signaalinkäsittelylaite käyttää suodatinpiirejä erottamaan kohinan todellisesta signaalista ja käyttää vahvistuspiiriä vahvistamaan heikkoja signaaleja. Nämä ovat kaksi yleistä toimintoa, joita ne suorittavat.
On vielä muitakin prosesseja, kuten kalibrointi, linearisointi ja heräte, jotka ovat saavutettavissa sopivalla signaalinmuokkauspiirillä. Signaalinmuokkauspiirin valinta riippuu pitkälti anturin ominaisuuksista.
DAQ-laitteisto
DAQ-laitteisto on tietokoneen ja antureiden välille kytketty laitteistokokonaisuus. DAQ-laitteisto liitetään tietokoneeseen joko USB-porttien avulla tai emolevyn PCI-Express-paikkojen kautta.
DAQ-laitteisto ottaa vastaan antureiden analogiset signaalit ja muuntaa ne tietokoneiden luettaviksi digitaalisiksi signaaleiksi. Tämä on kuitenkin vain yksi DAQ-laitteiston toiminnoista.
Joitakin DAQ-järjestelmän yleisiä ominaisuuksia ovat:
ADC: Muuntaa analogiset signaalit digitaalisiksi signaaleiksi
Digitaali-analogiamuunnin: Tukee binäärisignaalien syöttämistä ja lähettämistä
RS232, RS485: Rajapintaväylät, joita käytetään kommunikaatioon toisten laitteiden kanssa
Yksikomponenttinen tulo: Tuki tulon vastaanottamiseen yksipäätteisistä johdoista
On olemassa jopa itsenäinen DAQ-laitteisto, joka voi toimia itsenäisesti ilman yhteyttä tietokoneeseen. Tämä on mahdollista DAQ-laitteistoon upotetun prosessorin ja laskentayksikön avulla. Itsenäinen DAQ-laitteisto pystyy auttamaan käyttäjiä reaaliaikaisen datan esittämisessä.
Standalone-oskilloskoopit ja dataloggerit ovat malliesimerkkejä DAQ-järjestelmistä, jotka voivat toimia ilman tietokonetta.
Tietokone
DAQ-ketjun loppupäässä on tietokone, joka kerää kaiken DAQ-laitteiston kautta tulevan datan jatkoanalyysiä varten. DAQ-laitteiston liittäminen tietokoneeseen ei kuitenkaan riitä tietojen hyödyntämiseen.
Tarvitaan DAQ-ohjelmisto, joka käyttää DAQ-laitteistosta saatuja tietoja luodakseen luettavia ja merkityksellisiä tuloksia. Toisin sanoen DAQ-ohjelmisto toimii kerroksena käyttäjän ja DAQ-laitteiston välillä. Tietokoneet ovat ratkaisevassa asemassa suoritettaessa korkeamman asteen laskutoimituksia DAQ-järjestelmästä kerätyillä tiedoilla.