眾所周知，數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)能夠采集有用的測(cè)量數(shù)據(jù)用于表征、監(jiān)測(cè)或控制目的。這些系統(tǒng)可用于測(cè)量各種不同的物理參數(shù)，包括溫度、壓力、振動(dòng)、聲音、電壓、電流、加速度、應(yīng)變、光強(qiáng)度、轉(zhuǎn)速（RPM）和流速等等。此外，DAQ也可以根據(jù)系統(tǒng)收到的數(shù)據(jù)信息決定采取某些行動(dòng)，例如可發(fā)出警報(bào)、停止生產(chǎn)線或只是簡(jiǎn)單地打開(kāi)燈。

DAQ硬件的一些最重要應(yīng)用包括維護(hù)生產(chǎn)設(shè)施的輸出質(zhì)量，監(jiān)控機(jī)器運(yùn)行狀況以確定何時(shí)需要進(jìn)行設(shè)備維護(hù)（從而避免可能造成嚴(yán)重影響成本的潛在停機(jī)時(shí)間）。這些應(yīng)用的具體參數(shù)將決定對(duì)DAQ系統(tǒng)的分辨率、精度、通道數(shù)、以及速度等要求。

隨著制造和工業(yè)加工行業(yè)不斷提高效率水平，降低成本，并要求能夠持續(xù)地生產(chǎn)出更高質(zhì)量的產(chǎn)品，需要使用多種不同傳感器來(lái)監(jiān)控各種參數(shù)，這種需求推動(dòng)了更先進(jìn)的DAQ硬件和相關(guān)軟件的開(kāi)發(fā)。同樣，管理燃油/供水的泵站或變電站公司不僅需要監(jiān)控其設(shè)備的性能和狀態(tài)，還需要監(jiān)控其站點(diǎn)設(shè)施內(nèi)部的環(huán)境，以確保設(shè)備能夠保持在最佳運(yùn)行條件。

根據(jù)所設(shè)想具體應(yīng)用的特定要求，市場(chǎng)上現(xiàn)有各種各樣的解決方案可供考慮，從相對(duì)簡(jiǎn)單的即插即用型數(shù)據(jù)記錄器到高度集成的多功能DAQ系統(tǒng)。在本文中，我們將依次討論這些不同類型的解決方案。

用于特定應(yīng)用的緊湊型便攜式數(shù)據(jù)記錄儀

Advantech公司的USB-4700系列包括不打開(kāi)機(jī)箱即可安裝的DAQ模塊，用戶只需將其插入即可訪問(wèn)采集的數(shù)據(jù)。這些模塊牢固可靠，完全能夠滿足工業(yè)應(yīng)用要求，同時(shí)對(duì)于家用系統(tǒng)而言也價(jià)格合理，能夠簡(jiǎn)化在具有USB功能的計(jì)算機(jī)上添加控制和測(cè)量功能的過(guò)程。該公司的USB-4716可提供16個(gè)單端/ 8個(gè)差分模擬輸入，具有16位分辨率，高達(dá)200kSPS吞吐量，16個(gè)數(shù)字I/O，一個(gè)用戶計(jì)數(shù)器和兩個(gè)16位模擬輸出。此外，由于它通過(guò)USB端口從計(jì)算機(jī)獲取電力，因此無(wú)需外部電源連接。

MonoDAQ的DAQ設(shè)備可與任何傳感器連接，能夠用于應(yīng)變和結(jié)構(gòu)載荷或加速度等機(jī)械測(cè)量，通過(guò)EtherCAT可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上運(yùn)行的功能強(qiáng)大且易于使用的DEWESoft DAQ軟件。MonoDAQ-E-STG隔離應(yīng)變計(jì)放大器（isolated strain gauge amplifier）可以采用任何電橋配置、可編程激勵(lì)，并以極低噪聲從應(yīng)變計(jì)和稱重傳感器（load cells）獲取數(shù)據(jù)。它具有100mV～50V的工作范圍和20mA的電流輸入（內(nèi)部分流器）。與此相輔相成的是MonoDAQ-E-gMeter，這是一款一體化傳感器和DAQ設(shè)備，包含有極低噪聲的3軸MEMS加速度計(jì)，可用于橋梁或天線結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和地震測(cè)量。電源和信號(hào)可經(jīng)由同一電纜傳輸，因而可應(yīng)用在需要加速度監(jiān)控的任何結(jié)構(gòu)中。相比之下，MonoDAQ-E-ACC加速度傳感器放大器旨在實(shí)現(xiàn)更高精度振動(dòng)測(cè)量，并可為集成的電子壓電（IEPE）傳感器提供完美信號(hào)調(diào)節(jié)，典型應(yīng)用包括機(jī)器振動(dòng)監(jiān)測(cè)、軸承故障檢測(cè)和模態(tài)結(jié)構(gòu)分析等等。

圖1：MonoDAQ的e-gMeter。

Extech Instruments操作簡(jiǎn)單的RHT35 USB濕度、溫度和氣壓數(shù)據(jù)記錄器能夠收集帶有日期/時(shí)間戳的信息，并可將最多48,000個(gè)讀數(shù)傳輸?shù)絇C（以PDF或電子表格格式）。它還包括一個(gè)8位置記錄器書(shū)簽、6種語(yǔ)言選項(xiàng)、可編程采樣間隔、可調(diào)節(jié)警報(bào)和密碼保護(hù)安全登錄等功能。同時(shí)，該公司的VB300是一個(gè)加速度力（G-force）記錄裝置，能夠測(cè)量和收集±18g測(cè)量范圍內(nèi)的3軸沖擊和振動(dòng)（加速度）讀數(shù)。它還可以記錄3軸加速度力和相關(guān)峰值，為運(yùn)輸過(guò)程中監(jiān)控貨運(yùn)集裝箱等應(yīng)用提供沖擊和振動(dòng)的歷史記錄。該裝置具有USB接口，便于設(shè)置和數(shù)據(jù)下載，另外還配有磁化/螺栓固定安裝底座，一個(gè)3.6V鋰電池和兼容Windows的分析軟件。

Midé的Slam Stick產(chǎn)品是一款高速超便攜式可充電數(shù)據(jù)記錄儀，除壓力和溫度外，它還能夠測(cè)量所有三軸方向的加速度。這些設(shè)備采用USB或micro-USB端口進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置、充電和下載數(shù)據(jù)。配置選項(xiàng)包括每次測(cè)量前的可調(diào)延遲時(shí)間、不同的測(cè)量持續(xù)時(shí)間和基于預(yù)先設(shè)定加速度值的觸發(fā)。該記錄儀具有非常輕的重量，足以使用雙面膠帶安裝固定，可用于能量收集系統(tǒng)的振動(dòng)表征、模態(tài)測(cè)量和設(shè)備監(jiān)測(cè)等。

集成的多功能DAQ系統(tǒng)

ADLINK的USB DAQ模塊具有易于連接的即插即用硬件/軟件，并具有非常高的性價(jià)比和便利性，但不會(huì)影響系統(tǒng)精度。該模塊包括USB-2405動(dòng)態(tài)信號(hào)采集（DSA）USB模塊、USB-7230/7250隔離USB I/O模塊、USB-1210 DAQ模塊4-CH、USB-2401通用輸入U(xiǎn)SB DAQ模塊和USB-1901/1902/1903 8/16通道 16位250kSPS多功能USB DAQ模塊。ADLINK公司還提供廣泛的工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)和PXI平臺(tái)，使客戶能夠針對(duì)音頻和振動(dòng)應(yīng)用選擇最適合的產(chǎn)品。該DSA模塊支持各種總線標(biāo)準(zhǔn)，專為機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的音頻、噪聲和振動(dòng)測(cè)量應(yīng)用而設(shè)計(jì)，具有高達(dá)432kSPS的采樣率，24位分辨率和IEPE信號(hào)調(diào)節(jié)功能，可為元件測(cè)試中的麥克風(fēng)或加速度計(jì)提供高精度數(shù)據(jù)采集和無(wú)故障連接。每個(gè)單元都配有四個(gè)模擬輸入通道，每通道具有高達(dá)128kSPS的同步采樣速率。還具有軟件可選的交流或直流耦合輸入配置和內(nèi)置高精度2mA激勵(lì)，以及非常低的溫度漂移。

圖2：ADLINK 的USB-2401。

板載24位Σ-Δ型ADC可實(shí)現(xiàn)抗鋸齒（anti-aliasing）濾波，從而抑制調(diào)制器和帶外信號(hào)噪聲，并能夠提供奈奎斯特速率的可用信號(hào)帶寬，這些特性使得模塊適用于振動(dòng)和聲學(xué)應(yīng)用中的高動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)測(cè)量。它們支持?jǐn)?shù)字和模擬觸發(fā)源以及靈活的觸發(fā)模式（包括后置、延遲、中間、門(mén)控和預(yù)觸發(fā)），無(wú)需后期處理即可實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)采集。

USB-2401是一款24位，4通道同步采樣通用輸入U(xiǎn)SB DAQ模塊，帶有集成的信號(hào)調(diào)節(jié)電路，可利用常見(jiàn)傳感器進(jìn)行直接測(cè)量，如電流輸出傳感器、熱電偶、RTD、稱重傳感器（load cells）和應(yīng)變計(jì)等。該模塊可以對(duì)各個(gè)通道進(jìn)行編程以測(cè)量不同的信號(hào)類型，還配有可拆卸的旋入式端子，便于設(shè)備連接。其多功能支架可支持桌面、軌道或墻壁安裝。該DAQ適用于要求高分辨率和高精度的基本測(cè)量應(yīng)用，既可用于實(shí)驗(yàn)室研究和材料測(cè)試，也可用于工業(yè)環(huán)境的溫度測(cè)量。該DAQ模塊還包括一個(gè)免費(fèi)的即用型軟件包U-test，無(wú)需任何編程即可測(cè)試所有關(guān)鍵功能。

Keysight的DAQ970A的目標(biāo)定位是下一代DAQ系統(tǒng)，可提供更高的性能和更大的靈活性，同時(shí)保持與該公司廣受歡迎的34970A和34972A型號(hào)的兼容性。該系統(tǒng)能夠測(cè)量和轉(zhuǎn)換12種不同的輸入信號(hào)，例如用熱電偶、RTD和熱敏電阻測(cè)得的溫度，直流和交流電壓，2線和4線電阻，頻率和周期，電容和應(yīng)變等等。其3插槽主架構(gòu)具有內(nèi)置6.5位數(shù)字DMM和信號(hào)調(diào)節(jié)功能，可加快測(cè)試開(kāi)發(fā)時(shí)間。與其前代產(chǎn)品相比，DAQ970A具有2倍的掃描速度，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)450通道/秒，速度提高了十倍。它可以測(cè)量非常低的電流范圍（1μAAC～100μAAC）和極高電阻（高達(dá)1,000MΩ），電壓、電流和電阻測(cè)量精度高達(dá)90％以上。DAQ970A還具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能，可補(bǔ)償內(nèi)部DMM。

圖3：Keysight 的DAQ970A。

DAQ的未來(lái)前景

隨著工業(yè)自動(dòng)化要求不斷提高，以及對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和可再生能源發(fā)電廠越來(lái)越多的投資，這些都有助于推動(dòng)DAQ市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。Global Industry Analysts預(yù)測(cè)，由于對(duì)實(shí)施工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和工業(yè)4.0的關(guān)注，以及制造業(yè)中對(duì)于更短產(chǎn)品上市時(shí)間（特別是汽車(chē)行業(yè)）的要求，到2022年，全球DAQ市場(chǎng)總量將達(dá)到17億美元。同樣，Market Insights預(yù)計(jì)，從現(xiàn)在到2026年期間DAQ的復(fù)合年增長(zhǎng)率為6.04％，屆時(shí)DAQ市場(chǎng)總價(jià)值將達(dá)到36.1億美元。顯然，由于需要從更廣泛的不同來(lái)源獲取更大量的數(shù)據(jù)，因此采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)行此類工作將是至關(guān)重要的。這將會(huì)進(jìn)一步鼓勵(lì)在DAQ領(lǐng)域推出更多新產(chǎn)品，并促進(jìn)不斷的工程創(chuàng)新，以便將性能基準(zhǔn)推向更高極限，并努力確保產(chǎn)品價(jià)格具有盡可能大的吸引力。