數據擷取系統的正確選擇

　數據擷取方式的選擇

　　數據擷取技術(shù)在過(guò)去 30 到 40 年間有了長(cháng)足的進(jìn)步。舉例來(lái)說(shuō)，40 年前，在一般大學(xué)的實(shí)驗室中，用來(lái)追蹤一缸鈉-鎢-青銅的溫度上升情形的配備通常包括：一個(gè)熱電耦、一個(gè)橋接裝置、一張查閱表、以及一迭紙和鉛筆等，但今日的大學(xué)生卻很可能直接使用自動(dòng)化的程序來(lái)進(jìn)行，并且在 PC 個(gè)人計算機上分析數據。目前，可用來(lái)擷取資料的方法有很多種，至于哪一種才是最合適的選擇要視幾個(gè)因素而定，包括：任務(wù)的復雜度、所需的速度和準 確度、以及想要的文件化功能等。數據擷取系統的種類(lèi)很多樣，有簡(jiǎn)單的，也有復雜的，各自具有不同的效能和功能。

　　1.紙與筆

　　舊式的紙與筆記錄方法在某些狀況下仍然是有用的，具有便宜、隨手可得、快速又容易開(kāi)始進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，您只需要接上一臺數字萬(wàn)用電表(DMM)，就可以開(kāi)始用手寫(xiě)的方式把數據記錄下來(lái)。不幸的是，這種方法很容易出錯，而且速度比較慢，又需要進(jìn)行大量的手動(dòng)分析。此外，這種方法只對單一頻道的數據有用;雖然您也可以使用多臺 DMM，但是整個(gè)系統很快就會(huì )變得笨重又難搞。準確度會(huì )取決于記錄員的細心程度，而且可能需要手動(dòng)地調整輸入的大小，例如：如果 DMM 不是設定來(lái)處理溫度傳感器的話(huà)，就會(huì )需要手動(dòng)地調整單位。在充分考慮這些限制之后，如果您需要進(jìn)行快速的實(shí)驗時(shí)，這往往也是一種可以接受的方法。

　　2.長(cháng)條圖記錄器 (strip chart record er)

　　珍貴的長(cháng)條圖記錄器的現代版可讓您從多種輸入來(lái)源擷取數據，這種方法能在紙上提供數據的永久記錄，且因數據是以圖形的方式呈現的，因此可以讓您立即看出趨勢走向。一旦設定好之后，大部分的記錄器都具有足夠的智慧可以自行運作，不需要人工的介入，也不必透過(guò)計算機來(lái)輔助。

　　其缺點(diǎn)包括：缺乏應用上的彈性以及準確度相當低，往往只局限于幾個(gè)百分點(diǎn)的準確度，頂多只能察覺(jué)到繪圖筆所描繪出來(lái)的小改變而已。當您需要在一長(cháng)段時(shí)間內監測幾個(gè)頻道的時(shí)候，記錄器雖然很合適，但其價(jià)值可能還是很有限，例如：無(wú)法用來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉另一個(gè)裝置。其它的考慮還包括繪圖筆和記錄紙的維護、記錄紙的供應、以及數據的儲存等，這些到最后其實(shí)都會(huì )造成紙張的過(guò)度使用和浪費。盡管如此，這種記錄器仍然相當容易設定和操作，可提供數據的永久記錄，以進(jìn)行快速又簡(jiǎn)單的分析。

　　3.掃描式數字萬(wàn)用電表

　　有些桌上型的 DMM 具有掃描功能的選項，儀器后面會(huì )有一個(gè)可以插入掃描卡的插槽，可用來(lái)多任務(wù)切換多個(gè)輸入信號，一般具有 8 到 10 個(gè)頻道的多任務(wù)切換能力是相當常見(jiàn)的。在 DMM 儀器面板上所固有的準確度及功能會(huì )維持不變，但彈性則有限，因為無(wú)法擴充到超過(guò)擴充槽所能容納的頻道數，一般會(huì )用一部外接的PC 來(lái)處理數據擷取和分析的工作。

　　4.PC 插入卡

　　PC 插入卡是一種單一電路板的量測系統，可使用 PC內的 ISA 或 PCI 總線(xiàn)的擴充槽，讀取速率通常能達到每秒 100,000 次左右。常見(jiàn)的頻道數為 8 到 16 個(gè)，所擷取到的數據會(huì )直接儲存到計算機中，然后在計算機上進(jìn)行分析。由于這種插入卡基本上是計算機的一部份，因此很容易進(jìn)行測試的設定。PC 插入卡的價(jià)格也相當便宜，部分原因是它可以靠主機計算機來(lái)提供電源、外殼、以及使用者操作接口。

　　PC 插入卡的缺點(diǎn)是分辨率通常只有 12 位而已，因此無(wú)法察覺(jué)出輸入信號的微小變動(dòng)。此外，PC 內的電子環(huán)境有很多噪聲，有高速的頻率和總線(xiàn)噪聲會(huì )到處輻射，往往這種電子干擾就是 PC 插入卡的準確度比掌上型 DMM 來(lái)得低的緣故。這些插入卡也只能量測相當有限的直流電壓范圍，若要量測其它的輸入信號，如交流電壓、溫度或電阻等，則需要外接某種的信號調節配件才行。其它的考慮還包括校準問(wèn)題多以及整體的系統成本過(guò)高等，特別是如果您需要購買(mǎi)額外的信號調節配件，或是一部 PC來(lái)安裝這種插入卡的話(huà)。在充分考慮這些因素之后，如果您的需求與這種插入卡的功能和限制范圍相符的話(huà)，PC 插入卡也不失為一種吸引人的資料搜集方法。

　　5.數據記錄器

　　數據記錄器通常是一種單機的儀器，一旦設定好之后，可以無(wú)須操作人員或是計算機的介入，自動(dòng)地量測、記錄和顯示數據。這種數據記錄器可以處理多種的輸入信號，有時(shí)可以擁有多達 120 個(gè)頻道。其準確度足以媲美單機式的桌上型 DMM，具有 22 位的分辨率和 0.004%的準確度效能。有些數據記錄器還具有調整量測結果、依據使用者自訂的限制值來(lái)檢查量測結果、以及輸出控制信號等能力。

　　使用數據記錄器的優(yōu)點(diǎn)之一是它已內建信號調節能力，大部分都可以直接量測多種不同的輸入信號，無(wú)須另外使用信號調節配件。您可以使用其中一個(gè)頻道來(lái)監測熱電耦，另一個(gè)頻道來(lái)監測電阻式溫度組件(RTD)，而仍然可以使用第三個(gè)頻道來(lái)監測電壓。一般，其多任務(wù)器模塊卡中都會(huì )內建熱電耦參考補償功能，可進(jìn)行準確的溫度量測。

　　數據記錄器內建的智能功能可以協(xié)助您設定測試例程，并指定每個(gè)頻道的參數。一旦您完成這些設定之后，數據記錄器就可以獨立地開(kāi)始運作，就像一部記錄器一樣。數據可以直接儲存在其內部的內存中，大約可以容納 50,000 個(gè)或更多的讀值。透過(guò)與 PC 的連接，很容易將數據傳送到您的計算機上，進(jìn)行深入的分析。大部分數據記錄器的設計都是以彈性和簡(jiǎn)單設定及操作為目標，而且很多都可以提供利用電池或其它方法進(jìn)行遠地操作的選項。

　　視所使用的 A/D 轉換器技術(shù)而定，有些數據記錄器讀取數據的速率相對而言比較慢 (特別是與許多PC 插入卡的速度相較之下)，不過(guò)，每秒 250 個(gè)讀值的讀取速度還是相當常見(jiàn)的。要記?。涸S多所監測的現象本質(zhì)上都是物理性的，如溫度、壓力和氣流等，其變化的速度相當慢。此外，由于數據記錄器具有優(yōu)異的量測準確度，因此不需要進(jìn)行多次的讀取和平均運算，但這些在 PC 插入卡的解決方案中通常都是必要的。

　　6.資料擷取前端 (front end)

　　數據擷取前端通常是模塊式的，且一般會(huì )連接到 PC或控制器上，常在自動(dòng)化的測試應用中使用，以擷取數據和控制及繞接信號到測試設置中的其它組件上。這種數據擷取前端可以達到非常高的效能，不論在速度或準確度上都足以與最佳的單機式儀器相比擬。數據擷取前端有多種的實(shí)做方式，包括 VXI 版本，如Agilent E1419A 多功能量測與控制 VXI 模塊，以及一些專(zhuān)用的特殊卡槽箱 (card cage) 等。雖然前端的價(jià)位已持續降低當中，但這種系統還是相當昂貴，因此除非您需要這種系統所具備的高性能，否則其價(jià)格可能會(huì )讓您打退堂鼓。就優(yōu)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這種系統可以提供相當大的彈性和極佳的量測能力。

　　數據記錄器的應用

　　一部好的低價(jià)位數據記錄器，也就是具有適中的頻道數 (20 – 60 個(gè)頻道) 以及相對低的掃描速率，對工程師常會(huì )碰到的許多應用來(lái)說(shuō)已經(jīng)很夠用了，一些主要的應用包括：

　　· 產(chǎn)品的特性量測

　　· 電子產(chǎn)品的熱效應特性分析

　　· 環(huán)境測試、環(huán)境監測

　　· 零組件特性量測