Thu thập dữ liệu (Data Acquisition) là gì? DEWESoft Việt Nam

Thu thập dữ liệu (thường được viết tắt là DAQ hoặc DAS ) là quá trình lấy mẫu tín hiệu đo lường các hiện tượng vật lý trong thế giới thực và chuyển chúng thành dạng kỹ thuật số có thể được thao tác bằng máy tính và phần mềm.

Thu thập dữ liệu độc lạ với những hình thức ghi dữ liệu vào dụng cụ ghi hoặc biểu đồ giấy ( data logger ). Các tín hiệu được quy đổi từ miền tương tự như sang miền kỹ thuật số và sau đó được ghi vào phương tiện kỹ thuật số như ROM, phương tiện đi lại flash hoặc ổ đĩa cứng .

Thành phần của một hệ thống thu thập dữ liệu (DAQ)

Bạn đang đọc: Thu thập dữ liệu (Data Acquisition) là gì? DEWESoft Việt Nam

Các cảm biến

Điều hòa tín hiệu

Bộ chuyển đổi Analog sang Digital

Máy tính được cài đặt phần mềm để phục vụ việc ghi và phân tích dữ liệu

Hệ thống thu thập dữ liệu đo lường những gì?

Các mạng lưới hệ thống thu thập dữ liệu đa phần Giao hàng việc làm giám sát những hiện tượng kỳ lạ vật lý như :

Nhiệt độ

Vôn kế (điện áp)

Dòng điện

Ứng suất và áp suất

Sốc và rung

Khoảng cách và độ dịch chuyển

RPM, Góc và Sự kiện rời rạc

Trọng lượng

Lưu ý rằng có 1 số ít đại lượng đo khác, gồm có ánh sáng và hình ảnh, âm thanh, khối lượng, vị trí, vận tốc, v.v. hoàn toàn có thể được đo bằng mạng lưới hệ thống thu thập dữ liệu .

Hệ thống DAQ dễ sử dụng của DEWESoft

Mục đích của việc thu thập dữ liệu

Mục đích chính của mạng lưới hệ thống thu thập dữ liệu là thu thập và tàng trữ dữ liệu. Nhưng chúng cũng nhằm mục đích phân phối năng lực hiển thị và nghiên cứu và phân tích dữ liệu theo thời hạn thực và tàng trữ. Hơn nữa, hầu hết những mạng lưới hệ thống thu thập dữ liệu đều có 1 số ít năng lực tạo báo cáo giải trình và nghiên cứu và phân tích được tích hợp sẵn .
Một nâng cấp cải tiến gần đây là sự tích hợp giữa thu thập và trấn áp dữ liệu, trong đó mạng lưới hệ thống DAQ chất lượng cao được liên kết ngặt nghèo và đồng điệu với mạng lưới hệ thống tinh chỉnh và điều khiển theo thời hạn thực .
Một số mục tiêu nổi bật :

Ghi dữ liệu

Lưu trữ dữ liệu

Trực quan hóa dữ liệu thời gian thực

Đánh giá dữ liệu sau ghi

Phân tích dữ liệu bằng cách sử dụng các phép tính toán và thống kê khác nhau

Tạo báo cáo

Thiết bị thu thập dữ liệu cũng được sử dụng nhiều trong những ứng dụng giám sát. Ví dụ là :

Theo dõi tình trạng của máy móc phức tạp như máy phát điện, động cơ, quạt, v.v.

Giám sát các đặc tính cấu trúc của các tòa nhà như cầu, sân vận động, v.v.

Giám sát mức tiêu thụ năng lượng và hiệu quả sử dụng năng lượng trong quá trình sản xuất.

Và nhiều kịch bản giám sát khác…

Tầm quan trọng của hệ thống thu thập dữ liệu

Hệ thống thu thập dữ liệu hoặc thiết bị DAQ rất thiết yếu trong quy trình thử nghiệm những loại sản phẩm, từ xe hơi đến thiết bị y tế – đến bất kể thiết bị cơ điện nào mà mọi người sử dụng .
Trước khi thu thập dữ liệu, những mẫu sản phẩm đã được kiểm tra theo cách không có cấu trúc, mang tính chủ quan cao. Ví dụ, khi thử nghiệm mạng lưới hệ thống treo mới trên xe hơi, những kỹ sư thường dựa vào quan điểm của những người lái thử về cảm xúc của mạng lưới hệ thống treo so với họ .
Với sự ý tưởng và tăng trưởng của mạng lưới hệ thống thu thập dữ liệu, hoàn toàn có thể thu thập dữ liệu từ nhiều loại cảm ứng, những loại quan điểm chủ quan này đã được thay thế sửa chữa bằng những phép đo khách quan. Những điều này hoàn toàn có thể thuận tiện được tái diễn, so sánh, nghiên cứu và phân tích toán học và tưởng tượng theo nhiều cách .

Ví dụ về tình huống thử nghiệm tải trọng cực lớn trên xe tải với DEWESoft

Ngày nay, không ai muốn sản xuất bất kể loại phương tiện đi lại nào, dù lớn hay nhỏ, máy bay, thiết bị y tế, máy móc quy mô lớn, v.v. mà không sử dụng thu thập dữ liệu để thống kê giám sát một cách khách quan về những yếu tố hiệu suất, độ bảo đảm an toàn và độ an toàn và đáng tin cậy của chúng .

Quy trình đo lường

Thu thập dữ liệu là quy trình quy đổi những tín hiệu trong quốc tế thực sang miền kỹ thuật số để hiển thị, tàng trữ và nghiên cứu và phân tích. Bởi vì những hiện tượng kỳ lạ vật lý sống sót trong miền tựa như, tức là quốc tế vật chất mà tất cả chúng ta đang sống, chúng phải được đo thứ nhất ở đó và sau đó quy đổi sang miền kỹ thuật số .
Quá trình này được triển khai bằng cách sử dụng nhiều loại cảm ứng và mạch điều hòa tín hiệu. Các hiệu quả đầu ra được lấy mẫu bằng bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số ( ADC ) và sau đó được ghi theo luồng dựa trên thời hạn vào phương tiện đi lại bộ nhớ kỹ thuật số, như đã đề cập ở trên. Chúng tôi thường gọi những mạng lưới hệ thống như vậy là mạng lưới hệ thống thống kê giám sát .

Thành phần Cảm biến, đầu dò trong một hệ thống đo lường

Phép đo hiện tượng vật lý, chẳng hạn như nhiệt độ, mức độ của nguồn âm thanh hoặc rung động xảy ra do chuyển động liên tục, bắt đầu bằng cảm biến. Cảm biến còn được gọi là bộ chuyển đổi. Một cảm biến chuyển đổi một hiện tượng vật lý thành một tín hiệu điện có thể đo được.
Một số loại cảm biến được phát minh để đo hiện tượng vật lý điển hình:

Cảm biến lực : để đo trọng lượng và tải trọng

Cảm biến LVDT: LVDT được sử dụng để đo dịch chuyển

Gia tốc kế: đo độ rung và độ sốc

Micrô: để đo âm thanh,

Đồng hồ đo độ căng : để đo sức căng trên một vật thể, ví dụ như đo lực, áp suất, lực căng, trọng lượng, v.v.,

Đầu dò dòng điện: để đo dòng điện AC hoặc DC.

Và một số loại cảm biến khác

Tùy thuộc vào loại cảm ứng, đầu ra điện của nó hoàn toàn có thể là điện áp, dòng điện, điện trở hoặc một thuộc tính điện khác đổi khác theo thời hạn. Đầu ra của những cảm ứng tương tự như này thường được liên kết với nguồn vào của bộ điều hòa tín hiệu .

Điều hòa tín hiệu

Các bộ điều hòa tín hiệu đang hoạt động giải trí trong việc lấy đầu ra từ những cảm ứng tựa như và chuẩn hóa chúng để đưa vào bộ số hóa ( A / D converter ) .

Ví dụ với môt hệ thống đo nhiệt độ. Mạch điều hòa tín hiệu cần tuyến tính hóa đầu ra từ cảm biến cũng như cách ly và khuếch đại để đưa điện áp rất nhỏ lên mức danh định để số hóa.

Xem thêm: Có 3 giai đoạn phát triển trí não đỉnh cao của trẻ

Mỗi mạch điều hòa tín hiệu được đơn vị sản xuất phong cách thiết kế để triển khai chuẩn hóa thành phần của đầu ra cảm ứng để bảo vệ độ tuyến tính và độ trung thực của nó với những hiện tượng kỳ lạ, và chuẩn bị sẵn sàng cho số hóa. Và vì mỗi loại cảm ứng khác nhau, nên những bộ điều hòa tín hiệu nhu yếu phải tương thích với những cảm ứng đó .

Cách ly điện (Galvanic Isolation)

Cách ly điện là sự tách mạch khỏi những nguồn điện thế khác. Điều này đặc biệt quan trọng quan trọng với những mạng lưới hệ thống đo lường và thống kê vì hầu hết những tín hiệu sống sót ở mức tương đối thấp, và những điện thế bên ngoài hoàn toàn có thể ảnh hưởng tác động lớn đến chất lượng tín hiệu, dẫn đến việc đọc sai. Điện thế gây nhiễu hoàn toàn có thể là cả AC và DC .
Ví dụ, khi một cảm ứng được đặt trực tiếp trên vật phẩm đang được thử nghiệm, ( ví dụ : nguồn điện ) có điện thế trên mặt đất ( tức là không ở 0V ), điều này hoàn toàn có thể tác động ảnh hưởng tới độ lệch DC trên tín hiệu hàng trăm vôn. Nhiễu hoặc nhiễu điện cũng hoàn toàn có thể ở dạng tín hiệu xoay chiều được tạo ra bởi những thành phần điện khác trong đường dẫn tín hiệu hoặc trong thiên nhiên và môi trường thử nghiệm xung quanh. Ví dụ, đèn huỳnh quang trong phòng gây ra bức xạ 400H z hoàn toàn có thể được thu nhận bởi những cảm ứng rất nhạy .
Đây là nguyên do tại sao những mạng lưới hệ thống thu thập dữ liệu tốt nhất có những nguồn vào được cách ly ( isolated ) – để duy trì tính toàn vẹn của chuỗi tín hiệu và bảo vệ rằng tín hiệu đầu ra của cảm ứng là đúng mực. Ngày nay có 1 số ít loại kỹ thuật cách ly được sử dụng .

Lọc

Hầu như mọi tín hiệu mà tất cả chúng ta muốn đo đều hoàn toàn có thể bị ảnh hưởng tác động bởi nhiễu điện hoặc nhiễu khác. Điều này có nhiều nguyên do, gồm có những trường điện từ xung quanh hoàn toàn có thể được tạo thành những đường tín hiệu có độ lợi cao hoặc những điện thế đơn thuần sống sót giữa cảm ứng hoặc mạng lưới hệ thống thống kê giám sát và đối tượng người dùng được thử nghiệm. Do đó, mạng lưới hệ thống điều hòa tín hiệu tốt nhất cung ứng bộ lọc hoàn toàn có thể lựa chọn mà kỹ sư hoàn toàn có thể sử dụng để vô hiệu những nhiễu này và triển khai những phép đo tốt hơn .

Một số loại lọc tín hiệu cơ bản

Bộ chuyển đổi Analog-Digital (ADC)

Đầu ra của hầu hết những bộ điều hòa tín hiệu đo vật lý là tín hiệu tương tự như. Cần phải quy đổi tín hiệu này thành một loạt những giá trị kỹ thuật số vận tốc cao để nó hoàn toàn có thể được hiển thị và tàng trữ bởi mạng lưới hệ thống thu thập dữ liệu. Do đó, ADC được sử dụng để quy đổi tín hiệu này .

Có nhiều loại ADC, gồm có cả bộ chuyển đổi ghép kênh và bộ chuyển đổi đơn lẻ trên mỗi kênh. Trong mạng lưới hệ thống ADC ghép kênh, một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự như sang kỹ thuật số duy nhất được sử dụng để quy đổi nhiều tín hiệu từ miền tương tự như sang kỹ thuật số. Điều này được triển khai bằng cách ghép từng tín hiệu tương tự như vào ADC .
Đây là cách tiếp cận ngân sách thấp hơn so với việc có chip ADC trên mỗi kênh. Nhưng mặt khác, không hề chỉnh sửa đúng chuẩn những tín hiệu trên trục thời hạn, vì chỉ hoàn toàn có thể quy đổi một tín hiệu tại một thời gian. Do đó, luôn có độ lệch thời hạn giữa những kênh .
Trong những thời đầu thì mạng lưới hệ thống thập dữ liệu với bộ ADC 8 – bit rất thông dụng. Nhưng thời nay ADC 24 bit là tiêu chuẩn trong số hầu hết những mạng lưới hệ thống thu thập dữ liệu được phong cách thiết kế để thực thi những phép đo động và ADC 16 bit thường được coi là độ phân giải tối thiểu cho tín hiệu nói chung .
Tốc độ quy đổi tín hiệu được gọi là vận tốc lấy mẫu. Một số ứng dụng nhất định, ví dụ điển hình như hầu hết những phép đo nhiệt độ, không nhu yếu vận tốc cao vì những đại lượng đo không đổi khác quá nhanh. Tuy nhiên, điện áp và dòng điện xoay chiều, sốc và rung, và nhiều đại lượng đo khác nhu yếu vận tốc lấy mẫu trong hàng chục hoặc hàng trăm nghìn mẫu mỗi giây hoặc hơn .
Một bộ ADC có độ phân giải 16 bit về kim chỉ nan hoàn toàn có thể số hóa tín hiệu với độ phân giải 65,535 ( 2 ^ 16 = 65,536 ) và với ADC 24 bit số hóa tín hiệu với độ phân giải 2 ^ 24 = 16,777,216 như vậy nghĩa là cứ 1 V tín hiệu đến thì trên trục Y sẽ được chia làm 16 triệu bước
Kết luận rằng ADC cung ứng vận tốc lấy mẫu cao và độ phân giải trục biên độ cao là tối ưu cho nghiên cứu và phân tích tín hiệu động như sốc và rung. Tốc độ lấy mẫu thấp và độ phân giải trục biên độ cao thì tối ưu cho cặp nhiệt điện và những đại lượng đo khác có khoanh vùng phạm vi rộng nhưng trạng thái đổi khác chậm .
Các bộ ADC cung ứng bộ lọc khử răng cưa ( AAF ) rất được mong ước trong tổng thể những ứng dụng tương quan đến phép đo động vì chúng ngăn ngừa lỗi đo do lấy mẫu tín hiệu ở vận tốc quá thấp

Trực quan hóa và Hiển thị Dữ liệu

Một trong những tính năng quan trọng nhất của bất kể mạng lưới hệ thống DAQ nào là năng lực trực quan hóa dữ liệu theo thời hạn thực trong quy trình tàng trữ dữ liệu .
Dữ liệu dạng sóng phần nhiều luôn hoàn toàn có thể được hiển thị dưới dạng sóng Y / T dựa trên biểu đồ hoặc lưới và ở dạng số. Tuy nhiên, những quy ước đồ họa khác hoàn toàn có thể được thêm vào, ví dụ điển hình như dạng biểu đồ thanh, đồ thị tần số / cường độ FFT ( Fast Fourier Transform ), v.v.
Các mạng lưới hệ thống DAQ linh động nhất lúc bấy giờ được cho phép người dùng thông số kỹ thuật một hoặc nhiều màn hình hiển thị một cách tự do bằng cách sử dụng những widget đồ họa tích hợp một cách thuận tiện. Phần mềm DewesoftX phân phối một số ít công cụ hình ảnh tích hợp sẵn chất lượng cao :

Recorder: ngang, dọc và XY

Máy hiện sóng: phạm vi, phạm vi 3D, vectorscope

FFT: FFT, 3D FFT, Harmonic FFT và Octave

Đồng hồ đo: đồng hồ kỹ thuật số, tương tự,

Đồ thị: đồ thị 2D, 3D, đồ thị Octave, quỹ đạo, biểu đồ Campbell

Video: hiển thị video tiêu chuẩn và hiển thị video nhiệt với các chỉ báo nhiệt độ

GPS: hiển thị định vị trên giao diện bản đồ

Điều khiển: nút, công tắc, núm, thanh trượt, đầu vào của người dùng

Phân tích quá trình đốt cháy: Đồ thị PV và phạm vi đốt cháy

Cân bằng rôto: để cân bằng động

Ô tô: 3D polygon

Hàng không vũ trụ: chỉ báo độ cao hoặc địa lý nhân tạo

DSA / NVH: Vòng tròn Modal

Khác: bảng 2D / 3D, hình ảnh, văn bản, dòng, chỉ báo quá tải, đèn báo, ghi chú

Phân tích dữ liệu

Hệ thống thu thập dữ liệu cung cấp một tham chiếu trực quan, quan trọng về trạng thái của bài kiểm tra trong thời gian thực. Nhưng sau khi được lưu trữ trong hệ thống DAQ, dữ liệu cũng có thể được phân tích bằng các công cụ được tích hợp sẵn trong hệ thống DAQ hoặc phần mềm phân tích dữ liệu của bên thứ ba.

Xem thêm: TOP 5 game tư duy trí tuệ cực hấp dẫn để luyện não

Như đã đề cập trước đó, gần như mọi mạng lưới hệ thống DAQ trên thị trường lúc bấy giờ đều có 1 số ít bộ lọc xuất dữ liệu tích hợp để quy đổi định dạng dữ liệu độc quyền của mạng lưới hệ thống sang định dạng dữ liệu của bên thứ ba để nghiên cứu và phân tích ngoại tuyến .