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选择正确的数据采集系统

选择正确的数据采集系统 2011年12月10日 来源： 引言工程师经常需要在长的时间周期内监视一些信号，然后绘制图表和分析所得到的数据。许多应用都需要监视、记录和分析数据，如产品开发的设计验证阶段，环境试验箱监视，元件检验，工作台测试和工艺流程的错误查找。这篇应用指南介绍用于采集、记录、分析数据的各种方法和装置，从简单的笔和纸到使用今天复杂的数据采集系统。文中讨论了每种方法的优点和缺点，并提供一张问题表，以指导您选择最适合您需要的方法。数据采集的可选方法数据采集技术在过去的30 年到40 年中取得了长足的进步。例如在40 年前的普通大学实验室中，跟踪温度的装置放在钠钨青铜的坩锅中，装置包括热偶、电桥、检查表、纸和笔。今天的大学生则是采用自动化的测量仪器，在PC 上分析数据。今天有许多种采集数据的可选方法。最佳选择决定于一些因素，包括任务的复杂程度，要求的速度和精度，以及所需要的文档。数据采集系统从简单到复杂有很宽的性能和功能范围。纸和笔古老的纸和笔方法在某些条件下仍可使用，它便宜，随处可得，也很容易掌握。所要做的全部工作是连上一台数字多用表（DMM），并用手记录数据。但这种方法容易出错，速度慢，并需要繁杂的人工分析。此外，这种方法只适用于单通道的数据；当然您可以使用多台DMM，但系统很快变得庞杂和笨拙。精度取决于记录者的严谨性，而且您还需要人工标度输出的数据。例如若DMM不能得到温度传感器的直接读数时，就需要进行人工标度。纸带记录器您能用现代纸带记录器捕获来自几个输入的数据。它们提供数据的永久性纸记录，并且由于这些数据采用图形格式，因此能容易地了解趋势。大多数记录器在设置后都有足够的内部智能，可以作无人值守的运行 ── 不需要操作者或计算机的帮助。缺点包括缺乏灵活性和相对低的精度，一般只有百分之几。通常您只能感觉到笔绘图的小变化。虽然记录器能很好监视长时间周期上的几个通道，但其值可能会受到限制。例如不能接通或断开另一装置。其它的问题包括笔和纸的维护，馈纸和数据保存，这意味着需要大量用纸，甚至会造成浪费。扫描数字多用表某些台式DMM提供可选的扫描能力。这种仪器的后面板有一个插槽，可插入一块扫描卡，一般可多路转换8 至10 个通道的输入信号。这种方法可保持仪器前面板的固有DMM精度和功能。但其灵活性受到限制，因为不可能超过扩展槽所允许的通道数。通常用一台外部PC 管理数据采集和分析。PC 插卡PC插卡是利用PC中ISA或PCI 总线扩展槽的单板测量系统。一般有高达100,000 读数/ 秒的读数率。常见的插卡为8 至16 个通道，所采集的数据直接进入计算机保存，然后就地进行分析。由于插卡实质是计算机的一部份，因此很容易设置测试。PC 插卡一般比较便宜，因为它靠主机提供电源，机箱和用户界面。在缺点方面，PC 插卡一般只有12bit 分辨率，因此不能感知输入信号小的变化。此外，PC 内存在高噪声的电环境，到处是高速时钟和总线的噪声幅射。这类电气干扰会把PC插卡的精度限制到手持式DMM的水平。这些插卡也只能测量有限范围的直流电压。为测量其它输入信号，如交流电压，温度或电阻，就需要各种外部的信号调理。其它需关注的问题包括有疑问的校准和总系统成本，特别是需要购买附加的信号调理附件或适应插卡的PC 时。数据记录仪数据记录仪通常是一台独立仪器，在经过设置后，它能测量、记录和显示数据，而无需操作员或计算机的干预。它们能处理各种输入信号，有些仪器有多达120个输入通道，并可达到台式DMM的精度，即22bit，0.004%的年精度量级。有些数据记录仪还能标度测量，按用户定义的极限检查结果，同时还有输出用于控制的信号。使用数据记录仪的一个好处是它们有内置的信号调理。大多数数据记录仪能直接测量各类输入，而不需要附加的信号调理附件。可用一个通道监视热偶，另一通道监视铂电阻（RTD），而其它通道则仍可观察电压。用于精确温度测量的热偶温度参考结通常也都内置于多路转换器查卡中。数据记录仪的内置智能可帮助您设置测试过程和规定各通道的参数。在完成设置后， 数据记录仪即作为独立仪器运行，就像一台记录仪。它在内部存储器中保存数据，存储器能容纳50,000 甚至更多的读数。PC 的连通能力使其能容易地把数据传送到您的计算机，以进行深入的分析。大多数数据记录仪有很高的灵活性，配置和操作简单，并且有可选的后备电池或其它方法，使您能在远地现场使用该仪器。由于采用A/D转换器技术，一些数据记录仪的读数相对慢，特别是与许多PC 插卡相比。但250 读数/ 秒的速度并不罕见。实际上, 被监视的许多现象实质上是物理现象 ── 例如温度、压力和流量，其变化一般是较慢的。此外，数据记录仪有高测量精度，多路读出，因此不需要PC 插卡解决方案中常用的平均。数据采集前端数据采集前端通常是模块式的，一般连接到PC 或控制器。在自动测试应用中收集数据，以及控制测试装置其它部分

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