数据撷取系统的正确选择依据

数据撷取方式的选择

　　数据撷取技术在过去 30 到 40 年间有了长足的进步。举例来说，40 年前，在一般大学的实验室中，用来追踪一缸钠-钨-青铜的温度上升情形的配备通常包括：一个热电耦、一个桥接装置、一张查阅表、以及一迭纸和铅笔等，但今日的大学生却很可能直接使用自动化的程序来进行，并且在 PC 个人计算机上分析数据。目前，可用来撷取资料的方法有很多种，至于哪一种才是最合适的选择要视几个因素而定，包括：任务的复杂度、所需的速度和准 确度、以及想要的文件化功能等。数据撷取系统的种类很多样，有简单的，也有复杂的，各自具有不同的效能和功能。

　　1.纸与笔

　　旧式的纸与笔记录方法在某些状况下仍然是有用的，具有便宜、随手可得、快速又容易开始进行等优点，您只需要接上一台数字万用电表(DMM)，就可以开始用手写的方式把数据记录下来。不幸的是，这种方法很容易出错，而且速度比较慢，又需要进行大量的手动分析。此外，这种方法只对单一频道的数据有用;虽然您也可以使用多台 DMM，但是整个系统很快就会变得笨重又难搞。准确度会取决于记录员的细心程度，而且可能需要手动地调整输入的大小，例如：如果 DMM 不是设定来处理温度传感器的话，就会需要手动地调整单位。在充分考虑这些限制之后，如果您需要进行快速的实验时，这往往也是一种可以接受的方法。

　　2.长条图记录器 (strip chart record er)

　　珍贵的长条图记录器的现代版可让您从多种输入来源撷取数据，这种方法能在纸上提供数据的永久记录，且因数据是以图形的方式呈现的，因此可以让您立即看出趋势走向。一旦设定好之后，大部分的记录器都具有足够的智慧可以自行运作，不需要人工的介入，也不必透过计算机来辅助。

　　其缺点包括：缺乏应用上的弹性以及准确度相当低，往往只局限于几个百分点的准确度，顶多只能察觉到绘图笔所描绘出来的小改变而已。当您需要在一长段时间内监测几个频道的时候，记录器虽然很合适，但其价值可能还是很有限，例如：无法用来打开或关闭另一个装置。其它的考虑还包括绘图笔和记录纸的维护、记录纸的供应、以及数据的储存等，这些到最后其实都会造成纸张的过度使用和浪费。尽管如此，这种记录器仍然相当容易设定和操作，可提供数据的永久记录，以进行快速又简单的分析。

　　3.扫描式数字万用电表

　　有些桌上型的 DMM 具有扫描功能的选项，仪器后面会有一个可以插入扫描卡的插槽，可用来多任务切换多个输入信号，一般具有 8 到 10 个频道的多任务切换能力是相当常见的。在 DMM 仪器面板上所固有的准确度及功能会维持不变，但弹性则有限，因为无法扩充到超过扩充槽所能容纳的频道数，一般会用一部外接的PC 来处理数据撷取和分析的工作。

　　4.PC 插入卡

　　PC 插入卡是一种单一电路板的量测系统，可使用 PC内的 ISA 或 PCI 总线的扩充槽，读取速率通常能达到每秒 100,000 次左右。常见的频道数为 8 到 16 个，所撷取到的数据会直接储存到计算机中，然后在计算机上进行分析。由于这种插入卡基本上是计算机的一部份，因此很容易进行测试的设定。PC 插入卡的价格也相当便宜，部分原因是它可以靠主机计算机来提供电源、外壳、以及使用者操作接口。

　　PC 插入卡的缺点是分辨率通常只有 12 位而已，因此无法察觉出输入信号的微小变动。此外，PC 内的电子环境有很多噪声，有高速的频率和总线噪声会到处辐射，往往这种电子干扰就是 PC 插入卡的准确度比掌上型 DMM 来得低的缘故。这些插入卡也只能量测相当有限的直流电压范围，若要量测其它的输入信号，如交流电压、温度或电阻等，则需要外接某种的信号调节配件才行。其它的考虑还包括校准问题多以及整体的系统成本过高等，特别是如果您需要购买额外的信号调节配件，或是一部 PC来安装这种插入卡的话。在充分考虑这些因素之后，如果您的需求与这种插入卡的功能和限制范围相符的话，PC 插入卡也不失为一种吸引人的资料搜集方法。

　　5.数据记录器

　　数据记录器通常是一种单机的仪器，一旦设定好之后，可以无须操作人员或是计算机的介入，自动地量测、记录和显示数据。这种数据记录器可以处理多种的输入信号，有时可以拥有多达 120 个频道。其准确度足以媲美单机式的桌上型 DMM，具有 22 位的分辨率和 0.004%的准确度效能。有些数据记录器还具有调整量测结果、依据使用者自订的限制值来检查量测结果、以及输出控制信号等能力。

　　使用数据记录器的优点之一是它已内建信号调节能力，大部分都可以直接量测多种不同的输入信号，无须另外使用信号调节配件。您可以使用其中一个频道来监测热电耦，另一个频道来监测电阻式温度组件(RTD)，而仍然可以使用第三个频道来监测电压。一般，其多任务器模块卡中都会内建热电耦参考补偿功能，可进行准确的温度量测。

　　数据记录器内建的智能功能可以协助您设定测试例程，并指定每个频道的参数。一旦您完成这些设定之后，数据记录器就可以独立地开始运作，就像一部记录器一样。数据可以直接储存在其内部的内存中，大约可以容纳 50,000 个或更多的读值。透过与 PC 的连接，很容易将数据传送到您的计算机上，进行深入的分析。大部分数据记录器的设计都是以弹性和简单设定及操作为目标，而且很多都可以提供利用电池或其它方法进行远地操作的选项。

　　视所使用的 A/D 转换器技术而定，有些数据记录器读取数据的速率相对而言比较慢 (特别是与许多PC 插入卡的速度相较之下)，不过，每秒 250 个读值的读取速度还是相当常见的。要记住：许多所监测的现象本质上都是物理性的，如温度、压力和气流等，其变化的速度相当慢。此外，由于数据记录器具有优异的量测准确度，因此不需要进行多次的读取和平均运算，但这些在 PC 插入卡的解决方案中通常都是必要的。

　　6.资料撷取前端 (front end)

　　数据撷取前端通常是模块式的，且一般会连接到 PC或控制器上，常在自动化的测试应用中使用，以撷取数据和控制及绕接信号到测试设置中的其它组件上。这种数据撷取前端可以达到非常高的效能，不论在速度或准确度上都足以与最佳的单机式仪器相比拟。数据撷取前端有多种的实做方式，包括 VXI 版本，如Agilent E1419A 多功能量测与控制 VXI 模块，以及一些专用的特殊卡槽箱 (card cage) 等。虽然前端的价位已持续降低当中，但这种系统还是相当昂贵，因此除非您需要这种系统所具备的高性能，否则其价格可能会让您打退堂鼓。就优点来说，这种系统可以提供相当大的弹性和极佳的量测能力。

　　数据记录器的应用

　　一部好的低价位数据记录器，也就是具有适中的频道数 (20 – 60 个频道) 以及相对低的扫描速率，对工程师常会碰到的许多应用来说已经很够用了，一些主要的应用包括：

　　· 产品的特性量测

　　· 电子产品的热效应特性分析

　　· 环境测试、环境监测

　　· 零组件特性量测