數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)旨在收集有用的測量數(shù)據(jù)來進行表征、監(jiān)測或控制。

對產(chǎn)品進行表征時，您可能需要：

• 測量多個輸入，如十個溫度點 

• 測量多種輸入（如電壓、電流、溫度） 

• 優(yōu)化測試精度和測量速度 

在監(jiān)控產(chǎn)品或流程時，您可能需要： 

• 定期記錄讀數(shù)，如每分鐘一次，記錄 36 小時 

• 在將數(shù)據(jù)記錄到文件進行后處理分析的同時對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理或計算

• 觸發(fā)外部警報燈、警報器或控制系統(tǒng)以采取糾正措施 

如需對測試過程加以控制時，您需要：

• 提供控制執(zhí)行器、電機的模擬輸出信號 

• 提供控制器件的數(shù)字輸出信號 

• 使用切換卡路由信號，以便為測試信號供電或?qū)⑵溥B接到器件 在從物理到電氣部分會更對變送器進行更深入的探討。

測量硬件是 DAQ 系統(tǒng)的輸入部分。它由模擬輸入、數(shù)字輸入和計數(shù)器輸入組成。

模擬輸入

模擬輸入通常是從變送器獲取的直流電壓。測得的電壓可能與特定的溫度、壓力、流量或速度對應(yīng)。模擬直流電壓由 DAQ 系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)。ADC 轉(zhuǎn)換技術(shù)有很多種，通常分為兩類：積分和非積分。積分技術(shù)測量指定時間間隔內(nèi)的平均輸入值，從而抑制許多噪聲源。非積分技術(shù)在非常短的時間間隔內(nèi)對輸入（加上噪聲）的瞬時值進行采樣。

數(shù)字輸入 

某些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含數(shù)字輸入卡，該卡通過檢測數(shù)字位模式判定外部器件是否開啟。數(shù)字輸入卡通常包含 8 個、16 個或 32 個通道，可用于監(jiān)控多個外部器件。例如，數(shù)字輸入卡可以連接操作面板，以確定面板上各種開關(guān)的位置。

計數(shù)器輸入

某些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含一個計數(shù)器卡，可用于對來自外部器件的事件進行計數(shù)。例如，計數(shù)器卡可用于數(shù)字脈沖的計數(shù)（總計），或是計算數(shù)字脈沖的持續(xù)時間（脈沖寬度）或數(shù)字脈沖的速率（頻率）。

控制硬件是 DAQ 系統(tǒng)的輸出部分。它主要由模擬輸出、數(shù)字輸出和控制開關(guān)輸出組成。

模擬輸出 

某些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），它的功能與模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）相反。DAC 解析來自控制硬件的命令并輸出相應(yīng)的數(shù)字電壓或電流。輸出保持在此水平，直到控制硬件指示 DAC 輸出新值。來自 DAC 的電壓或電流可用于控制風扇的速度、閥門位置或泵流速。DAC 通常用于需要精確控制外部器件的應(yīng)用。

數(shù)字輸出

某些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含數(shù)字輸出卡，該卡解析來自控制硬件的命令并輸出相應(yīng)的數(shù)字位模式。數(shù)字輸出卡通常用于控制燈光，或?qū)?shù)字控制信號發(fā)送到外部器件。

控制切換輸出 

對于控制應(yīng)用，可以使用切換卡形成完整電路，從而為外部風扇、泵或閥門供電。切換卡（通常稱為執(zhí)行器）的操作非常類似于向外部器件供電的燈開關(guān)。在需要切換高壓和高功率的應(yīng)用中，通常用切換卡來代替數(shù)字輸出卡。

切換硬件 

簧片和電樞繼電器這樣的機電開關(guān)在低速應(yīng)用中很常見。一個關(guān)鍵的優(yōu)點是它們能夠切換高電壓和電流電平，但它們的切換速率僅限于每秒幾百個通道。而且，由于它們是機械裝置，因此最終會磨損。場效應(yīng)晶體管（FET）和固態(tài)繼電器這樣的電子開關(guān)通常用于高速應(yīng)用。除了具有快速切換功能之外，它們不包含任何活動部件，因此不會磨損。電子開關(guān)的缺點是它們通常不能處理高電壓或高電流，并且必須具有高阻抗才能保護自身免受輸入尖峰和瞬變的影響。

信號調(diào)理硬件

在將信號發(fā)送到測量硬件之前，信號調(diào)理可對信號進行放大、衰減、線性化處理或隔離來自變送器的信號。信號調(diào)理將信號轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)更好測量的形式，在某些情況下，能使信號可以被測量。 信號調(diào)理的示例（圖 3）包括：

• 放大小信號 

• 衰減大信號 

• 用于溫度測量的熱電偶補償 

• 濾波以消除系統(tǒng)噪聲

可能的應(yīng)用

DAQ 用在哪些地方？ 

• 化學反應(yīng)器的溫度曲線 

• 下雨時衛(wèi)星通信信號的衰減 

• 食品儲存的濕度測量 

• 智能建筑中的 HVAC 應(yīng)用 

• 電動汽車性能監(jiān)測 

• 冰箱的冷卻效率 

• 熱電實驗室熱傳導 

• 潮汐現(xiàn)象 

• 太陽能研究 

• 風向和風速 

• 電池和燃料電池測試

這些應(yīng)用有什么共同之處？

不同時間的數(shù)據(jù)記錄 ，溫度曲線 ，耐久性和可靠性測試 

DAQ 分為幾種不同類型。它們各自的基礎(chǔ)架構(gòu)大體相同，如最后幾頁所述，但外形有不同之處。

1. 基于 PXIe 的 DAQ 具有：

• 高速測量、多個并行同步測量功能，可選擇多路復(fù)用多達四倍的通道 

• 高分辨率 

• 大輸入范圍 

• 常用于：航空航天與國防、汽車行業(yè)

2. 高性能多功能切換/測量單元具有：

• 高掃描速率，最高 1000 通道/秒 

• 在一個主機中提供多達 560 個雙線通道或 4096 個矩陣交點 

• 常用于：不同行業(yè)的大規(guī)模測試系統(tǒng)

3. 通用 DAQ 和開關(guān)單元具有：

• 高達 450 通道/秒的掃描速率，滿足許多一般應(yīng)用的要求 

• 最多 120 個 2 線通道

• 常用于：不同行業(yè)的中小型測試系統(tǒng)

4. USB DAQ 具有：

• 性能較低的低成本解決方案

• 常用于：教育，小規(guī)模項目測試系統(tǒng)

將物理參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號

變送器（或傳感器）是將物理參數(shù)（如溫度、流量、壓力、應(yīng)力等）轉(zhuǎn)換為電參數(shù)（如電壓、電流、電阻等）的器件，參見圖 5。電氣參數(shù)由測量硬件測得，結(jié)果轉(zhuǎn)換為工程單位。例如，在測量熱電偶時，測量硬件實際讀取直流電壓，然后使用數(shù)學算法將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的溫度。圖 6 所示為幾種類型的變送器及其對應(yīng)的輸出。

傳感器是將物理參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號的一種變送器。在前文中我們討論了許多類型的傳感器，如熱電偶、熱敏電阻、旋轉(zhuǎn)編碼器等。

傳感器可進一步分類為無源傳感器或有源傳感器。

當相應(yīng)的物理參數(shù)發(fā)生變化時，無源傳感器的電阻、電容或電感特性也會發(fā)生變化。它們需要外部電源來產(chǎn)生電輸出。舉例來說，熱敏電阻不產(chǎn)生電信號，而是會對應(yīng)溫度變化改變電阻值。如果在其電阻上引入電流，就可以測量輸出電壓來檢測溫度變化。

當外部物理環(huán)境發(fā)生變化時，有源傳感器會產(chǎn)生電流。這種傳感器包括熱電偶、壓電傳感器和光電二極管。

執(zhí)行器與傳感器正好相反。它將電信號轉(zhuǎn)換成物理參數(shù)，即物理運動或聲音。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可配備模擬或數(shù)字輸出信號，以控制執(zhí)行器來控制溫度、控制流體流量、施加壓力或是用電機驅(qū)動運動。

傳感器和執(zhí)行器通常一起工作。汽車就是一個很好的例子。

在汽車上，傳感器測量油的流量、水溫等。這些數(shù)據(jù)傳送到汽車的計算機，計算機對數(shù)據(jù)進行分析并激活某些執(zhí)行器。對于配備了防撞系統(tǒng)的汽車，速度傳感器和雷達將數(shù)據(jù)反饋至汽車的計算機。如果計算機檢測到即將發(fā)生碰撞，它會激活執(zhí)行器（在這種情況下是制動器）來使汽車減速。

溫度傳感器有幾種類型可供選擇。

熱電偶、電阻溫度檢測器（RTD）和熱敏電阻是目前使用的三種最常見的傳感器。

常用的溫度傳感器是熱電偶，因為它具有多功能性。熱電偶由兩根不同的金屬絲制成，它們焊接在一起形成小珠。熱電偶成本低廉、堅固耐用，可長距離運行，能自行供電，有多種類型覆蓋各種溫度范圍。

RTD 在技術(shù)層面包括熱敏電阻器件，然而，“RTD”這一術(shù)語已經(jīng)用于表示專門的純金屬探測器而不是更為普通的半導體電阻元件。RTD 可在很長一段時間內(nèi)保持精度和穩(wěn)定性。

熱敏電阻是一種能隨溫度改變其電阻值的器件。它們與溫度成反比，即隨著溫度升高，元素的電阻降低。

總而言之，我們以熱電偶的溫度精度為例來說明為什么沿測量路徑進行觀察非常重要。

雖然熱電偶看起來像一個一端連接兩根導線用于測量的簡單傳感器。但是，為了準確測量熱電偶接點的電壓，有幾個方面需要考慮。

1. 我們需要確保熱電偶的結(jié)構(gòu)合理，并且具有正確的工作精度。

2. 我們需要一個冷接點參考來消除 DAQ 端子連接點的熱電偶效應(yīng)。

3. 我們需要將熱電偶的非線性電壓測量值轉(zhuǎn)換為溫度讀數(shù)。數(shù)學函數(shù)必須內(nèi)置到DAQ 中，以便將非線性電壓讀數(shù)轉(zhuǎn)換為溫度。

為了提高精度，我們需要考慮 DAQ 系統(tǒng)的每個元器件，包括傳感器、電纜、信號 調(diào)理和 ADC。這些階段的任何誤差或錯誤都會導致結(jié)果不準確。

• 內(nèi)置 6.5 位數(shù)字萬用表讓您能測量非常低的電流范圍（1 µA 直流和 100 µA 直流）和較高的電阻范圍（1000 MΩ）。 

• 快速了解多種信號類型和傳感器的信息。數(shù)據(jù)采集易于配置和運行，無需編程。 

• 一種新型固態(tài)多路復(fù)用器，具有更快的切換速度（在 7 個現(xiàn)有模塊之上）。

• BenchVue DAQ 應(yīng)用軟件。無需編程即可輕松配置測量和測試自動化。 

• 內(nèi)置內(nèi)部模塊校準可降低熱電壓偏置誤差。 

• 更高的性能和靈活性，同時保持與 34970A/72A 的兼容性。