Bir mühendisten tek bir cihazı ölçmesi istendiğinde, bu yeterince kolaydır. Ancak tüm bir cihaz montaj hattını ölçmeleri istendiğinde ne yaparlar?
Yüksek doğruluk ve yüksek ölçeklenebilirlik, zamanın kritik olduğu ve boşa harcanamayacağı üretim veya güç kaynağı gibi ortamlarda test ve ölçüm sürecini kolaylaştırmak için gereklidir.
Veri toplama (DAQ) sistemleri bu tür bir verimliliği mümkün kılar. Bu makalede, şunları yapacaksınız
- DAQ'ya genel bir bakış
- kaputun altında nasıl çalıştığını öğrenin
- nasıl etkili bir şekilde uygulanacağını öğrenin
Veri toplama nedir?
Veri toplama, gerçek dünyadaki fiziksel bir olgunun bazı yönlerini önce analog bir elektrik sinyali olarak algılayarak, daha sonra ayrı zaman aralıklarında düzenli olarak örnekleyerek ve son olarak veri analizi için bir bilgisayarda saklanabilecek sonlu hassasiyete sahip dijital sayısal değerler elde etmek için niceleyerek ölçme sürecini ifade eder.
DAQ neden kullanılır?
Örnek olarak akıllı telefonunuzu ele alalım: Radyo dalgalarını alır ve iletir. Bir dalganın genliği, frekansı, gücü ve fazı, sonsuz ondalık basamak hassasiyetiyle minimum ve maksimum değerler arasında sorunsuzca değişebilen analog olgulardır.
Örneğin, telefonunuza ulaşan dalganın gücü -50 ila -110 desibel-milliwatt (dBm) arasında sonsuz hassasiyette herhangi bir ondalık değer alabilir. Buna ek olarak, zamanı da sonsuz sayıda andan oluşuyormuş gibi düşünebilirsiniz. Dolayısıyla, dalganın zaman içindeki gücünü çok hassas bir şekilde ölçmek istiyorsanız, bunu ne kadar hassas ve ne sıklıkta yapabileceğinizin teorik olarak bir sınırı yoktur.
Şekil 1. Analog sinyallere karşı dijital örnekleme.
Ancak bilgisayarlarımız ve işlemcilerimiz temelde dijitaldir ve sonsuz hassasiyet veya frekansla başa çıkamazlar. Bu nedenle kolaylık ve pratiklik açısından, bu tür olayları düzenli zaman aralıklarında örneklemek (ölçmek) ve bunları dijital bilgisayarlarımızın depolayıp analiz edebileceği sabit hassasiyetli sayısal değerlere dönüştürmek için bir DAQ sistemi kullanıyoruz.
Ayrıca DAQ'lar testleri kolaylaştırır ve ölçeklenebilir hale getirir. İlginç bir şekilde, DAQ oldukça geneldir. Bir olguyu uygun bir sensörle analog sinyale dönüştürdüğünüzde, ölçtüğünüz olgu ne olursa olsun DAQ'nın geri kalanı oldukça benzerdir. Yani DAQ sadece soyut bir iş akışı değil, endüstriler ve kullanım durumları arasında ürünleştirilebilen ve yeniden kullanılabilen bir şeydir.
DAQ'nun bazı bilimsel ve endüstriyel uygulamaları nelerdir?
DAQ sistemleri testlerin ölçeklendirilmesini sağlar. Şimdi DAQ'ların bazı ilginç kullanımlarına bakalım.
Akustik analiz: DAQ'lar, akustik özelliklerini ölçerek makine ve motorlardaki olası arızaları tespit etmek için kullanılır.
Sağlık hizmetleri: DAQ'ların sağlık alanındaki bazı kullanımları arasında manyetik rezonans görüntüleme, nükleer manyetik rezonans spektroskopisi ve filogenomik gibi biyoteknoloji kullanım örnekleri yer almaktadır.
Jeofizik: DAQ'lar, bir bölgenin jeomorfolojisini ölçmek ve sismik veri toplamak gibi jeofizik uygulamalar için kullanılır.
Otomobiller: DAQ'lar, batarya sıcaklıklarının toplu testi ve araç elektronik kontrol ünitelerinin otomatik üretim hattı testi gibi otomotiv performans ölçümleri için yaygın olarak kullanılmaktadır.
DAQ ekipmanı türleri nelerdir?
Üç tip DAQ ekipmanı vardır.
- Veri kaydediciler: Bunlar tipik olarak taşınabilir ve saha kullanımına uygun bir tür bağımsız ekipmandır. Veri işleme ve analiz için yerleşik işlemciler, minimum yeteneklere sahip önceden yüklenmiş yazılımlar ve ilkel ekranlarla birlikte gelirler. Örneğin, voltaj ölçümleri veya güç ölçümleri için veri kaydı, sektörler ve kullanım durumları arasında kullanılabilir.
- DAQ cihazları: Veri toplama cihazları, çoklayıcılar, sayaçlar, toplayıcılar, analog/RF giriş anahtarları, dijital giriş/çıkış ve dijital-analog çıkışlar gibi genel amaçlı DAQ donanımına sahip olan ancak işlemci veya yazılım içermeyen modüllerdir. Bu modüler cihazlar farklı bilgisayarlara takılmak ve farklı DAQ yazılımlarıyla çalışmak üzere tasarlanmıştır.
- DAQ sistemleri: Veri toplama sistemleri, karmaşık kullanım durumları için yüksek kanal sayısına sahip yapılandırılabilir yüksek hızlı sistemlerdir.
Bir DAQ sisteminin ana bileşenleri nelerdir ve nasıl çalışırlar?
Tüm DAQ istemleri bu resimde gösterilen altı alt sistemden oluşur:
Şekil 2. DAQ alt Sistemleri.
Her bir alt sistemi aşağıda açıklayacağız.
1. Sensörler
Sensör alt sistemi, farklı olayları algılayan ve bunları voltaj veya akım gibi analog elektrik sinyallerine dönüştüren cihazlardan veya devrelerden oluşur. Sensörler genellikle dönüştürücülerdir çünkü bir tür enerji (kinetik veya termal gibi) içeren olayları elektrik enerjisine dönüştürürler.
İlk olarak bu alt sistemin bazı önemli yönlerine bakacağız.
Sensör alt sistemindeki bazı önemli hususlar nelerdir?
Gürültü ve parazit gibi olgular bir sensörün analog çıkışının doğruluğunu olumsuz etkiler. Bu genellikle algılamanın nasıl yapıldığının bir sonucudur. Aşağıdaki iki yaygın yoldan biri olabilir.
- Tek uçlu analog sinyaller: Tek uçlu ölçümlerde sinyaller ortak bir toprak seviyesine karşı ölçülür. Ancak, toprak seviyesinin kendisi parazitlere (örneğin, cihazın güç kaynağından) karşı savunmasız olduğundan, bu teknik çok fazla gürültüye neden olabilir ve sinyal ile gürültünün aynı büyüklükte olduğu kullanım durumları için uygun değildir.
- Diferansiyel analog sinyaller: Bu yaklaşımda, fenomen iki sinyal aracılığıyla ölçülür - birincil sinyal ve başka bir tel aracılığıyla kendi ters çevrilmiş sinyali. Aradaki fark analog sinyal değeri olarak ele alınır. Bunun avantajı, gürültü ve parazitin her iki kabloyu da benzer şekilde etkilemesi muhtemel olduğundan, aralarındaki farkın otomatik olarak düşük gürültü sağlamasıdır.
DAQ ile kullanılan sensör türleri nelerdir?
Yaygın sensörler şunları içerir:
- Sıcaklık ölçüm sensörleri: Sıcaklığı ölçen sensörler arasında termokupllar, termistörler ve direnç sıcaklık dedektörleri (RTD'ler) bulunur.
- Basınç sensörleri: Gerinim ölçerler gibi basınç sensörleri, basıncı direnç veya kapasitanstaki bir değişikliğe dönüştürür.
- Kuvvet ölçüm sensörleri: Yük hücreleri gibi cihazları içerirler.
- Hareket ve konum sensörleri: İvmeölçerler ve jirometreler gibi sensörler doğrusal ve açısal hareketi ölçer.
- Işık sensörleri: Optik sensörler fotodiyotların yanı sıra şarj bağlantılı cihazlar ve tamamlayıcı metal-oksit-yarı iletkenler (CMOS) sensörleri gibi görüntü sensörlerini içerir.
- Ses sensörleri: Mikrofonlar ve desibel ölçerler ses enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür.
2. Sinyal koşullandırma
Bir sensörün ham analog çıkışı genellikle aşağı akış aşamaları için uygun değildir. Kalitesini artırmak için uygun devreler kullanılarak sinyal koşullandırma uygulanır. Yaygın koşullandırma teknikleri şunları içerir:
- sinyal gücünü artırmak için amplifikasyon
- sinyal seviyelerini düşürmek için zayıflatma
- dalga biçimlerindeki istenmeyen frekansları gidermek için filtreleme
- yüksek gerilim veya akımlardan korumak için izolasyon
- sensörlerin doğrusal olmayan tepkilerini düzeltmek için doğrusallaştırma
- sensörlere elektrik enerjisi sağlamak ve ölçülebilir elektrik sinyalleri üretmelerini sağlamak için akım veya voltaj uyarımı
Sinyal koşullandırmanın ön koşulu, ölçümlerin doğruluğunu ve güvenilirliğini sağlamak için uygun cihaz kalibrasyonudur.
Analog çıkış artık bir sonraki alt sistemde dijital forma dönüştürülmeye hazırdır.
3. Analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC'ler)
ADC'ler, analog sinyalleri düzenli aralıklarla örnekleyen ve sayısal, genellikle integral değerler çıkaran entegre devrelerdir. Örnekleme hızı, sensörün sınırlamalarına ve kullanım durumuna bağlıdır.
ADC'ler hassasiyet basamakları ile karakterize edilir. 12 bitlik bir ADC, 0 ila 4095 arasında değişen 4096 (212) değer çıkarabilir. Bunlar, 10 bitlik bir ADC'ye kıyasla ölçülen bir aralığı temsil etmek için daha fazla değer ve dolayısıyla daha yüksek hassasiyettir.
4. Bilgisayar arayüzü için DAQ donanımı
Koşullandırılmış sinyal, harici bir bilgisayara veya dahili bir işlemciye aşağıdaki gibi birçok iletişim yolu aracılığıyla iletilir:
- ethernet
- kontrolör alan ağı
- enstrümantasyon için çevresel bileşen ara bağlantısı (PCI) uzantıları
- endüstriyel USB DAQ
- enstrümantasyon için yerel alan ağı (LAN) uzantıları
- genel amaçlı arayüz veri yolu
Bunların her biri farklı gecikme ve güvenilirlik özelliklerine sahiptir.
5. Bilgisayar
Bilgisayar dijital verileri yukarıdaki veri yolları üzerinden alır ve bunları depolamak ve yönetmek için özel bir yazılım kullanır.
6. DAQ yazılımı
Bilgisayarda çalışan DAQ yazılımı ölçüm sürecinde önemli bir rol oynar. Bu yazılımlar, farklı DAQ veri işleme türlerini gerçekleştirebilen algoritmalar ve uygulamalarla birlikte gelir.
Veri toplama uygulamalarını hayata geçirmek için kendi alanlarına özgü programlama dillerine sahip çeşitli veri toplama yazılım ortamları popülerdir:
- LabVIEW
- Maksimum Entegre Veri Toplama Sistemi (MIDAS)
- MATLAB
- Simulink
- PathWave BenchVue
DAQ'ya özgü kütüphanelere sahip Python, C ve C++ gibi genel amaçlı programlama dilleri de gerçek zamanlı veri toplama, veri analizi ve ölçüm uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Belirli bir uygulama için DAQ sistemi seçerken temel özellikler nelerdir?
Bir uygulama için DAQ seçmeden önce dikkate alınması gereken bazı önemli hususlar şunlardır:
- Sensörler ve ölçüm bantları: Sensör özelliklerinin DAQ kullanım durumunuz için uygun olduğunu doğrulayın.
- Kanal sayısı: Kaç tane eş zamanlı giriş ve çıkış kanalına ihtiyacınız olduğunu analiz edin.
- Örnekleme hızı: Nyquist sınırını göz önünde bulundurarak, örnekleme hızının ihtiyacınız olan ayrıntıları yakalamak için yeterince yüksek olduğundan emin olun.
- Giriş ve çıkış oranları: Sensörlerin ve ADC'lerin giriş ve çıkış hızı beklentilerinizi karşılayıp karşılamadığını kontrol edin.
- Güç gereksinimleri: DAQ sisteminin güç ihtiyaçlarını analiz edin.
- Yazılım uyumluluğu: DAQ, ekibinizin veya departmanınızın yetkin olduğu yazılımla çalışıyor mu?
Ancak, teknik özellikler resmin sadece bir parçasıdır. İşle ilgili yönlere de bakmalısınız.
Bir DAQ ile test süreçlerinizi nasıl kolaylaştırır ve maliyetlerden nasıl tasarruf edersiniz?
DAQ'nun yatırım getirisini (ROI) çeşitli stratejilerle artırabilirsiniz.
- Anahtarları kullanın: Anahtarlama donanımı, birden fazla sensörün aynı ölçüm cihazına bağlanmasını veya sinyallerin birden fazla cihaza yönlendirilmesini sağlar. Anahtarlar, ölçüm donanımının verimli ve ekonomik bir şekilde kullanılmasını sağlar. Ayrıca gücü yönlendirerek ve ölçümleri etkinleştirerek kapalı döngü otomatik test sistemlerine olanak sağlarlar.
- Doğru anahtar türlerini seçin: Röle, armatür ve katı hal gibi farklı anahtar türleri, taşıdıkları yüke bağlı olarak farklı aşınma ve yıpranmaya izin verir. Ani akımları sınırlamak için bastırma devreleri ekleyin. Geçici gerilimleri ve kıskaç gerilimlerini azaltmak için direnç-kapasitör ağları ekleyin.
- Ölçüm türlerine göre gruplayın: Benzer ölçüm fonksiyonlarını birlikte gruplayın. Örneğin, tüm termokupl ölçümlerini birlikte ve tüm voltaj girişlerini birlikte gruplayın. Bu, DAQ sistemi tarama yaparken işlev değişikliklerini ve yapılandırma hatalarını azaltır.
- Giriş seviyelerine göre gruplayın: Aynı giriş seviyelerindeki ölçümleri gruplayarak DAQ'yu kolaylaştırın. Bu, aralık değişikliklerinde kaybedilen zamanı azaltır.
- Girişlerinizi izole edin: İzole edilmiş girişler gürültüyü azaltır, toprak döngülerini kırar ve daha yüksek doğruluk sağlar. Ayrıca, analog ve dijital topraklarınızı ayırın.
- Dağıtılmış bir DAQ sistemi kullanın: Dağıtılmış bir sistem, merkezi bir sisteme göre daha kısa sensör kablolaması, arıza ve hatalara karşı yedeklilik ve daha az sayıda sensör için yerelleştirilmiş sinyal koşullandırma gibi çeşitli avantajlara sahiptir.
Keysight DAQ sistemleri ile testlerinizi kolaylaştırın
Bu makalede, DAQ sistemlerinin nasıl çalıştığını ve ölçümleriniz için neden bunları kullanmanız gerektiğini keşfettiniz. Keysight, son derece güvenilir, endüstriyel güçte DAQ sistemleri oluşturma konusunda onlarca yıllık deneyime sahiptir. DAQ sistemlerinden oluşan kapsamlı portföyümüz, çeşitli form faktörlerini, yetenekleri ve arayüzleri kapsar.
Son teknoloji DAQ sistemleri hakkında bilgi almak için bizimle iletişime geçin!
