Bij elk project of experiment dat u onderneemt, zullen de gegevens die het oplevert, uiteindelijk de vruchten van uw arbeid bepalen. Zonder gegevens zouden we niet kunnen begrijpen hoe een systeem feitelijk presteert.
Bij voorbeeld, als u een verwarmingsspiraal wilt opzetten die het object kan helpen een bepaalde temperatuur te bereiken, kunt u de mate van succes niet begrijpen zonder de temperatuur te meten. Een eenvoudige taak als het meten en registreren van de temperatuur is als Gegevensverwerving. Een ander voorbeeld is het meten en registreren van het stroomverschil over een weerstand.
In essentie is data-acquisitie een proces waarbij informatie wordt verzameld om het elektrische of fysische verschijnsel te begrijpen met behulp van sensoren, meetapparatuur en een computer. Samen vormen deze componenten een gegevensverzamelingssysteem of DAQ-systeem.
In deze gids leert u het volgende:
- Wat is een DAQ-systeem?
- Basiscomponenten van een DAQ-systeem
- Hoe meet u met een DAQ-apparaat?
- Factoren die de meetnauwkeurigheid beïnvloeden
- Voordelen van het gebruik van DAQ-apparaten
- Belangrijke toepassingen van het DAQ-systeem
Zo, laten we aan de slag gaan.
Wat is een DAQ-systeem?
Zoals reeds besproken, bestaat DAQ of Data Acquisition uit een meetsysteem en een computer die elektrische of fysische eigenschappen kan meten en deze kan registreren voor verdere analyse.
Het concept van DAQ werd geïntroduceerd in 1963, waar het voornamelijk draaide om het bewaken of besturen van een fysische entiteit met software. IBM was de eerste die een computer aankondigde die uitsluitend was gemaakt voor data-acquisitie taken, genaamd het IBM 7700 Data Acquisition system.
De IBM 7700 werd in 1964 vervangen door een krachtiger IBM 1800 Data Acquisition and Control System. Met de vooruitgang in de technologie zijn de computermogelijkheden vandaag de dag drastisch veranderd, waardoor we snel gegevens kunnen verwerken en opslaan op tal van manieren.
DAQ-systemen zijn hier een uitstekend voorbeeld van. Deze apparaten zijn in staat om gegevens van een actueel systeem vast te leggen en die gegevens op te slaan in een gemakkelijk opvraagbaar formaat voor verdere engineering of wetenschappelijke beoordeling.
Gezien de intuïtiviteit van de DAQ-systemen, zijn deze computergestuurde meetsystemen van cruciaal belang in een verscheidenheid van verticals die precisie nodig hebben, zoals de bouw, elektronica, productie, en fabricage om er een paar te noemen.
DAQ-systemen zijn ofwel handheld of kunnen op afstand worden bediend. Handheld DAQ-systemen zijn nuttig wanneer u metingen moet verrichten aan een specimen waarmee u fysiek in interactie kunt treden. DAQ-metingen op afstand worden uitgevoerd op plaatsen waar menselijke aanwezigheid niet mogelijk is.
Basiscomponenten van een DAQ-systeemDe IBM-machines van 1960 waren gigantische computers van een meter hoog. Gelukkig zijn de moderne DAQ-systemen compact, maar toch vele malen krachtiger dan hun voorgangers.
Jaren van technologische vooruitgang in de elektronica hebben het mogelijk gemaakt om zulke slanke machines te hebben die geen concessies doen aan de meetnauwkeurigheid.
Een basis DAQ-systeem bestaat uit vier onderdelen:
Sensoren
Sensoren of transducers staan in directe of indirecte wisselwerking met het te meten object (contact of contactloos). Zij zetten de fysieke waarden om in elektrische signalen. Het type sensoren dat in een DAQ-systeem wordt gebruikt, varieert op basis van de aard van de toepassing.
Voor het meten van de temperatuur is bijvoorbeeld een temperatuursensor nodig, terwijl een fotovoltaïsche sensor nuttig is voor het meten van licht. Hun gemeenschappelijke functie is het omzetten van analoge signalen zoals licht, temperatuur, snelheid, enz. in digitale signalen voor de computer. DAQ-systemen maken gebruik van sensoren van hoge kwaliteit die nauwkeurige meetwaarden geven met minimale of geen ruis.
Transmissie/Signaalconditionering
De elektrische signalen die van de sensoren komen, kunnen niet rechtstreeks worden gebruikt, omdat ze moeten worden aangepast. Deze wijziging is nodig omdat de signalen vaak ruis bevatten of zo zwak kunnen zijn dat het DAQ-systeem ze niet kan meten.
Hierom wordt een extra schakeling gebruikt om de signalen te optimaliseren, een zogenaamde signaalconditioner. Het proces van het optimaliseren van de signalen staat bekend als signaalconditionering.
De signaalconditionering gebruikt filtercircuits om de ruis van het echte signaal te scheiden en gebruikt een versterkingscircuit om zwakke signalen te versterken. Dit zijn twee van de gemeenschappelijke functies die zij verrichten.
Er zijn nog meer processen zoals kalibratie, linearisatie en excitatie die met een geschikte signaalconditioneringsschakeling kunnen worden bereikt. De keuze van de signaalconditioneringsschakeling hangt grotendeels af van de kenmerken van de sensor.
DAQ-hardware
DAQ-hardware is de hardware-eenheid die is aangesloten tussen de computer en de sensoren. DAQ-hardware wordt via de USB-poorten of via de PCI-Express-sleuven op het moederbord op de computer aangesloten.
De DAQ-hardware neemt de analoge signalen van de sensoren op en zet deze om in digitale signalen die door de computers kunnen worden gelezen. Maar dit is slechts een van de functies van DAQ-hardware.
Enkele veel voorkomende functies in een DAQ-systeem zijn:
ADC: zet analoge signalen om in digitale signalen
Digitaal naar analoog-omzetter: ondersteuning voor de invoer en uitvoer van binaire signalen
RS232, RS485: interfacebussen die worden gebruikt om te communiceren met andere apparaten
Single-ended invoer: Ondersteuning voor de invoer van single-ended draden
Er is zelfs een standalone DAQ-hardware die zelfstandig kan werken zonder verbinding met een computer. Dit is mogelijk dankzij een processor en een rekeneenheid die in de DAQ-hardware is ingebouwd. Standalone DAQ-hardware is in staat gebruikers te helpen met real-time gegevensrepresentatie.
Standalone oscilloscopen en dataloggers zijn uitstekende voorbeelden van DAQ-systemen die zonder computer kunnen werken.
Computer
Het eindstuk van de DAQ-keten is een computer die alle gegevens verzamelt die door de DAQ-hardware komen voor verdere analyse. Het aansluiten van de DAQ-hardware op een computer is echter niet voldoende om zinvol met de gegevens om te gaan.
Er is een DAQ-software nodig die de gegevens van de DAQ-hardware gebruikt om leesbare en zinvolle resultaten te verkrijgen. Met andere woorden, de DAQ-software fungeert als de laag tussen de gebruiker en de DAQ-hardware. Computers zijn essentieel voor het uitvoeren van berekeningen van hogere orde met de gegevens die zijn verzameld met de DAQ.
- Hoe te meten met een DAQ-systeem
- Voordelen van een DAQ-systeem