Getting Started with Data Acquisition Systems

頁數 1如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 白皮書資料擷取系統入門資料擷取系統的目的是蒐集有用的量測資料，以利後續進行特性分析、監測或控制。您應用的特定參數，決定了資料擷取系統所需的解析度、準確度、通道數和速度要求。市面上有各式各樣的資料擷取器和解決方案，從低成本 USB 模組到連接大型通道系統的桌上型資料擷取器都有。在開始尋找您想要的資料擷取解決方案之前，請仔細分析您的應用需求，以充分了解需要購買的功能和性能。為幫助您選擇最合適的系統，本文概述典型資料擷取系統的構成元件，並檢視不同元件類型和配置的優缺點。某些資料擷取系統整合了信號調節元件，這些系統可量測任何輸入通道上的直流電壓、交流電壓、電阻、頻率、電流和溫度，無需外部信號調節元件。 頁數 2如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 資料擷取系統簡介資料擷取是一個涵蓋許多量測應用的術語，所有應用都需進行某種形式的特性分析、監測或控制。無論具體應用為何，所有資料擷取系統都要根據接收的資料，量測物理參數（溫度、壓力、流量等）或採取特定動作（發出警告、打開燈等）。典型資料擷取系統的簡化方塊圖如圖 1 所示。Keysight DAQ970A 資料擷取系統和 BenchVue DAQ 應用軟體使您能夠：• 量測各種類型的輸入信號，確保其準確性• 使用通用輸入和整合式信號調節元件，將任意信號導至任意通道• 使用前面板輕鬆配置量測並建立測試自動化，您無需編寫程式圖 1：資料擷取系統功能方塊圖量測硬體控制硬體切換信號調節傳感器 頁數 3如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 量測硬體類比對數位（A/D）轉換器類比數位轉換器是任何資料擷取系統中的關鍵元件，用於將從傳感器擷取到的直流電壓轉換為數位資料。量測到的電壓可對應到特定的溫度、壓力、流量或速度。儘管類比數位轉換技術有許多類型，它們大致上可分為兩類：整合式與非整合式。整合技術量測特定時間間隔內的輸入平均值，進而排除許多雜訊信號源。非整合技術在非常短的時間間隔內對輸入（含雜訊）的瞬時值進行取樣。數位輸入某些資料擷取系統包含數位輸入卡，可以藉由感測數位位元碼型，判斷外部裝置是處於開啟或關閉狀態。數位輸入卡通常包含 8、16 或 32 個通道，可用於監視多個外部裝置。例如，數位輸入卡可以連接到操作面板，以確定面板上各種開關的位置。計頻器可以使用計數卡對數位脈衝數（總和）、數位脈衝的持續時間（脈衝寬度）或數位脈衝的速率（頻率）進行計數。某些資料擷取系統包含一個計數卡，可用於計算來自外部設備的事件。控制硬體類比輸出有些資料擷取系統則包含數位類比（D/A）轉換器，以執行與類比數位（A/D）轉換器相反的功能。數位類比轉換器解讀來自控制硬體的指令，並輸出相對應的直流電壓或電流。輸出位準會保持穩定，直到控制硬體指示數位類比轉換器輸出新的數值。來自數位類比轉換器的電壓或電流可用於控制風扇的速度、閥門的位置，或泵的流速。數位類比轉換器通常用於需要精確控制外部設備的應用。 頁數 4如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 數位輸出有些資料擷取系統還包含數位輸出卡，可解讀來自控制硬體的指令，並輸出對應的數位位元碼型。數位輸出卡通常用於控制指示燈或向外部設備發送數位控制信號。控制切換針對控制應用，可使用切換卡接通電路為外部風扇、泵或閥門供電。切換卡（通常稱為致動器）的操作非常類似於燈光開關，用以向外部裝置供電。在需要高電壓、大功率切換的應用中，通常會使用切換卡，而不是數位輸出卡。控制應用常使用三種類型的切換器，如圖 2 所示。HCOMHCOMNCCOMNONO = 正常開啟NC = 正常關閉Form A(NO)Form B(NC)Form C圖 2：簡單的控制切換器配置 頁數 5如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 切換機電式開關，例如磁簧繼電器及電樞繼電器，常見於低速應用中。這類開關的優點是能夠切換高電壓及大電流位準，但缺點是切換速率每秒只有幾百個通道。而且因為它們是機械裝置，總有一天會損壞。電子式開關，如場效應電晶體（FET）和固態繼電器，通常用在高速應用中。這類開關切換速度快，而且不包含移動部件，所以不會損壞。電子式開關的缺點是，它們通常無法承受高電壓或大電流，而且必須有高阻抗保護，以免受輸入突波和暫態影響。多工器配置多工器配置最常用來將信號切換到單一量測儀器中。在多工器配置中，通常一次僅將一個信號連接到量測設備，並進行先斷後連（在連接新輸入之前斷開輸入）的切換。多工器有單線、雙線、三線和四線配置，如圖 3 所示。圖 3：多工器配置H單端式（1 線式）差動式（2 線式）HL防護式（3 線式）HLG4 線式HLS+S- 頁數 6如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 單線（或單端）多工器用於公共接地普遍的應用。雙線（或差分）多工器用於含差分 （高和低）輸入的應用。三線（或防護）多工器設計用於受保護的萬用電錶，為類比量測提供最佳準確度。四線多工器用於傳感器的四線量測，例如需要電流源的電阻溫度檢測器（RTD）。矩陣配置矩陣配置將多路輸入連接到多路輸出，因此比多工器提供更高的切換靈活性。矩陣配置通常用於切換低頻信號（小於 10 MHz）。矩陣為成行和成列排列，如圖 4 所示。透過矩陣配置，任何一個信號源都可以連接到任何一個測試輸入。請注意，矩陣可以同時連接多個信號源。因此，請務必確定所建立的連接不會造成危險，或形成不需要的連線條件。圖 4：矩陣配置° ° °HLLHHLHLHLHLHLHLHL 頁數 7如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 信號調節在將信號發送到量測硬體前，信號調節元件可放大、衰減、整形或隔離來自傳感器的信號。信號調節也能將信號轉換成某種可被系統量測的型式，甚至在某些情況下，讓信號能被完整地量測。信號調節的實例包括：• 小信號的放大• 大信號的衰減• 溫度量測的熱偶補償• 2 線式和 4 線式電阻量測的電流源• 消除系統雜訊的濾波• 用於電流量測的分流電阻器某些資料擷取系統整合了信號調節元件。這些系統可量測任何輸入通道上的直流電壓、交流電壓、電阻、頻率、電流和溫度，無需外部信號調節元件。傳感器傳感器是一種能將物理參數（如溫度、壓力、流量、應力等）轉換成電氣參數（如電壓、電流、電阻等）的裝置。量測硬體量測到電氣的參數，並將其轉換成工程單位。例如，當量測熱耦時，量測硬體其實是讀取直流電壓，然後使用數學演算法，將其轉換為對應的溫度。表 1 列出幾種類型的傳感器及其相對應的輸出。量測典型的傳感器類型典型的傳感器輸出溫度 熱電耦0 mV 至 80 mVRTD2 線式或 4 線式電阻（5 Ω 至 500 Ω）熱敏電阻2 線式電阻（10 Ω 到 1 MΩ）壓力固態±10 Vdc流量旋轉式熱耦類型4 mA 至 20 mA應力電阻元素4 線式電阻（10 Ω 到 10 kΩ）活動 極限切換0 V 或 5 V 脈衝序列光學計數器旋轉編碼器數位系統狀態TTL 位準表 1：傳感器類型 頁數 8如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 分析和控制監控少量通道時，可直接從前面板配置桌上型資料記錄器。在掃描期間，您可以監控指定通道上的量測資料。您可以選擇以數字、長條圖、趨勢圖和直方圖查看監視器量測值。圖 5 展示以各種格式顯示監視結果的範例。圖 5：從上到下為 Keysight DAQ970A 輸出的趨勢圖、直方圖和條形圖 頁數 9如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 可以儲存量測值；可以配置警告；並可以從前面板監控各個通道。警告設置允許您設置 TTL 警告輸出，用來觸發外部警告燈、氣笛或命令控制系統採取糾正措施。較大的系統需要透過 PC 進行控制。用於資料擷取的應用軟體讓通道配置、資料圖表繪製、文件記錄和結果分享變得更容易。使用軟體將提供一致的配置和可重複的結果。圖 6：Keysight DAQ970A 上的警告觸發顯示範例圖 7：Keysight BenchVue DAQ 應用軟體的範例，該軟體可在 PC 執行配置、將資料繪成圖表，並可輸出結果 頁數 10本文件資訊如有修改，恕不另行通知。© Keysight Technologies, 2019, Published in USA, January 31, 2019, 5992-3193ZHA如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 詳細資訊，請上網查詢：www.keysight.com有關是德科技電子量測產品、應用及服務的詳細資訊，可查詢我們的網站或來電洽詢 是德科技聯絡窗口：www.keysight.com/find/contactus結語藉由了解資料擷取系統各個元件的功能，您可更充分地評估可用的選項，並選擇可滿足您的需求的最佳系統。如需更多關於是德科技通用型 DAQ/資料記錄器的資訊，請至：www.keysight.com/find/DAQ 如需更多關於是德科技 BenchVue 軟體平台的資訊，請至：www.keysight.com/find/BenchVue