Bei jedem Projekt oder Experiment, das Sie durchführen, bestimmen die dabei gewonnenen Daten letztendlich den Erfolg Ihrer Arbeit. Ohne Daten könnten wir nicht verstehen, wie ein System tatsächlich funktioniert.
Wenn Sie beispielsweise eine Heizspirale einrichten möchten, mit deren Hilfe ein Objekt eine bestimmte Temperatur erreichen kann, können Sie den Erfolg dieser Maßnahme nur durch Messen der Temperatur beurteilen. Eine einfache Aufgabe wie das Messen und Aufzeichnen der Temperatur wird als Datenerfassung bezeichnet. Ein weiteres Beispiel ist die Messung und Aufzeichnung der Stromdifferenz über einem Widerstand.
Im Wesentlichen ist die Datenerfassung ein Prozess, bei dem Informationen gesammelt werden, um das elektrische oder physikalische Phänomen mithilfe von Sensoren, Messgeräten und einem Computer zu verstehen. Zusammen bilden diese Komponenten ein Datenerfassungssystem oder DAQ-System.
In diesem Leitfaden erfahren Sie mehr über:
- Was ist ein DAQ-System?
- Grundlegende Komponenten eines DAQ-Systems
- Wie misst man mit einem DAQ-Gerät?
- Faktoren, die die Genauigkeit beeinflussen
- Vorteile der Verwendung von DAQ-Geräten
- Wichtige Anwendungen des DAQ-Systems
Was ist ein DAQ-System?
Wie bereits erwähnt, umfasst DAQ oder Datenerfassung ein Messsystem und einen Computer, der elektrische oder physikalische Eigenschaften messen und zur weiteren Analyse aufzeichnen kann.
Das Konzept von DAQ wurde 1963 eingeführt und drehte sich hauptsächlich um die Überwachung oder Steuerung einer physikalischen Einheit mit Software. IBM war das erste Unternehmen, das einen Computer ankündigte, der ausschließlich für Datenerfassungsaufgaben entwickelt wurde: das IBM 7700 Data Acquisition System.
Das IBM 7700 wurde 1964 durch das leistungsstärkere IBM 1800 Data Acquisition and Control System ersetzt. Mit dem technologischen Fortschritt haben sich die Rechenkapazitäten heute drastisch verändert, sodass wir Daten auf vielfältige Weise schnell verarbeiten und speichern können.
DAQ-Systeme sind ein hervorragendes Beispiel dafür. Diese Geräte sind in der Lage, Daten aus einem realen System zu erfassen und diese Daten in einem leicht abrufbaren Format für weitere technische oder wissenschaftliche Überprüfungen zu speichern.
Angesichts der Intuitivität der DAQ-Systeme sind diese computergestützten Messsysteme von entscheidender Bedeutung in einer Vielzahl von Branchen, die Präzision erfordern, wie beispielsweise im Bauwesen, in der Elektronik, in der Produktion und in der Fertigung, um nur einige zu nennen.
DAQ-Systeme sind entweder handgeführt oder können ferngesteuert betrieben werden. Handgeführte DAQ-Systeme sind nütlich, wenn Sie Messungen an einer Probe vornehmen müssen, mit der Sie physisch interagieren können. Ferngesteuerte DAQ-Messungen werden dort durchgeführt, wo die Anwesenheit von Menschen nicht möglich ist.
Grundlegende Komponenten eines DAQ-Systems Die IBM-Maschinen von 1960 waren gigantische, 1,80 Meter hohe Computer. Glücklicherweise sind moderne DAQ-Systeme kompakt und dennoch um ein Vielfaches leistungsfähiger als ihre Vorgänger.
Jahrelange technologische Fortschritte in der Elektronik haben es ermöglicht, solche schlanken Maschinen zu entwickeln, die keine Kompromisse bei der Genauigkeit der Messungen eingehen.
Ein grundlegendes DAQ-System besteht aus vier Teilen:
Sensoren
Sensoren oder Wandler interagieren direkt oder indirekt (mit oder ohne Kontakt) mit dem Messobjekt. Sie wandeln die physikalischen Werte in elektrische Signale um. Die Art der in einem DAQ-System verwendeten Sensoren hängt von der Art der Anwendungen ab.
Für die Temperaturmessung ist beispielsweise ein Temperatursensor erforderlich, während ein Photovoltaik-Sensor für die Lichtmessung nützlich ist. Ihre gemeinsame Funktion besteht darin, analoge Signale wie Licht, Temperaturen, Geschwindigkeit usw. in digitale Signale für den Computer umzuwandeln. DAQ-Systeme verwenden hochwertige Sensoren, die genaue Messwerte mit minimalem oder keinem Rauschen liefern.
Übertragung/Signalkonditionierung
Die von den Sensoren ausgehenden elektrischen Signale können nicht direkt verwendet werden, da sie modifiziert werden müssen. Diese Modifikation ist notwendig, da die Signale oft Rauschen enthalten oder so schwach sind, dass das DAQ-System sie nicht messen kann.
Daher wird eine zusätzliche Schaltung zur Optimierung der Signale verwendet, die als Signalaufbereiter bezeichnet wird. Der Prozess der Optimierung der Signale wird als Signalaufbereitung bezeichnet.
Der Signalaufbereiter verwendet Filter, um das Rauschen vom eigentlichen Signal zu trennen, und eine Verstärkungsschaltung, um schwache Signale zu verstärken. Dies sind zwei der gängigen Funktionen, die sie übernehmen.
Mit einer geeigneten Signalkonditionierungsschaltung sind noch weitere Prozesse wie Kalibrierung, Linearität und Erregung möglich. Die Auswahl der Signalkonditionierungsschaltung hängt weitgehend von den Eigenschaften des Sensors ab.
DAQ-Hardware
DAQ-Hardware ist die Hardware-Einheit, die zwischen dem Computer und den Sensoren angeschlossen ist. Die DAQ-Hardware wird entweder über die USB-Anschlüsse oder über die PCI-Express-Steckplätze auf der Hauptplatine mit dem Computer verbunden.
Die DAQ-Hardware nimmt die analogen Signale von den Sensoren auf und wandelt sie in digitale Signale um, die vom Computer gelesen werden können. Dies ist jedoch nur eine der Funktionen der DAQ-Hardware.
Einige der gängigen Funktionen eines DAQ-Systems sind:
ADC: Wandelt analoge Signale in digitale Signale um
Digital-Analog-Wandler: Unterstützung für die Ein- und Ausgabe von Binärsignalen
RS232, RS485: Schnittstellenbusse für die Kommunikation mit anderen Geräten
Single-Ended-Eingang: Unterstützung für die Eingabe von Single-Ended-Kabeln
Es gibt sogar eigenständige DAQ-Hardware, die ohne Anschluss an einen Computer betrieben werden kann. Dies ist durch einen in die DAQ-Hardware integrierten Prozessor und eine Recheneinheit möglich. Eigenständige DAQ-Hardware kann Benutzern bei der Echtzeit-Datenrepräsentation helfen.
Eigenständige Oszilloskope und Datenlogger sind Paradebeispiele für DAQ-Systeme, die ohne Computer funktionieren können.
Computer
Das letzte Glied in der DAQ-Kette ist ein Computer, der alle über die DAQ-Hardware eingehenden Daten für die weitere Analyse sammelt. Die Verbindung der DAQ-Hardware mit einem Computer reicht jedoch nicht aus, um die Daten auszuwerten.
Es ist eine DAQ-Software erforderlich, die die Daten aus der DAQ-Hardware verwendet, um lesbare und aussagekräftige Ergebnisse zu erstellen. Mit anderen Worten: Die DAQ-Software fungiert als Schnittstelle zwischen dem Benutzer und der DAQ-Hardware. Computer sind für die Durchführung höherer Berechnungen mit den aus dem DAQ gesammelten Daten von entscheidender Bedeutung.
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