Elektronik test ve ölçüm cihazları söz konusu olduğunda çeşitlilikte kesinlikle bir eksiklik yoktur. Multimetreler ve osiloskoplar gibi genel amaçlı cihazlardan belirli endüstriler için son derece özel ekipmanlara kadar her ihtiyaç için doğru bir araç vardır.
Ancak, bu kalabalık alanda güçleri ve çok yönlülükleriyle öne çıkan bir grup test cihazı vardır. Bunlar veri toplama sistemleridir.
Bu makalede, onları bu kadar özel yapan şeyin ne olduğunu, hangi sektörlerde kullanıldıklarını ve nasıl çalıştıklarını öğrenin. Temel bilgilerle başlayalım.
Veri toplama nedir?
Veri toplama (DAQ), elektriksel özelliklerin veya fiziksel ölçümlerin şu nihai hedeflerden biriyle sistematik olarak ölçülmesi ve kaydedilmesidir:
- tasarım doğrulama
- elektriksel veya termal karakterizasyon
- elektronik, üretim veya fiziksel bir sürecin izlenmesi
- bir ürünün test edilmesi üzerinde kontrol
-
Veri toplama sistemleri nedir?
Bir veri toplama sistemi, tasarımını doğrulamak, operasyonlarını iyileştirmek ve güvenilirliğini artırmak için test edilen bir cihazdan (DUT) veri elde etmek üzere donatılan amaca yönelik donanım ve yazılımdan oluşur.
Bir veri toplama sistemi, mühendislerin farklı senaryolarda bir DUT'nin elektriksel özellikleri (voltajlar ve akımlar gibi) gibi verilerin yanı sıra çevresindeki veya harici fiziksel olayların (sıcaklık, basınç veya ses seviyeleri gibi) ölçümlerini ölçmesine ve toplamasına olanak tanır.
Görünüşte, elektriksel özellikleri veya fiziksel olayları ölçmek kulağa etkileyici gelmiyor. Sonuçta, dijital multimetreler, LCR metreler veya optik güç ölçerler gibi diğer cihazlar da bunu yapar. Ancak bir DAQ sistemi bunlara hiç benzemez.
Bir DAQ sistemini diğer test ve ölçüm cihazlarından ayıran özelliklere bakalım.
Veri toplama sistemlerini özel kılan nedir?
Tipik bir veri toplama sistemi, onu birçok sektör için cazip ve çok yönlü bir test çözümü haline getiren aşağıdaki özelliklere sahiptir.
1- Ölçeklenebilirlik
Şekil 1. Her biri üç yuvaya sahip iki Keysight DAQ sistemi. Her yuva, sağda gösterilen 20/40 kanallı modüllerden birini alabilir ve aynı anda 120 sinyale kadar ölçüm yapılmasını sağlar.
Bir DAQ sisteminin en benzersiz yönü ölçeklenebilirliğidir. Tipik bir DAQ sistemi onlarca hatta yüzlerce ölçüm kanalıyla donatılmıştır. Çok sayıda DUT'tan (veya birkaç DUT üzerindeki çok sayıda test noktasından) gelen çok sayıda sinyali aynı anda ölçebilir. Test planına göre farklı giriş veya cihaz setleri arasında seçim yapmak için anahtarlama ve çoğullamayı destekler.
Aşağıdaki resimde, her biri düzinelerce giriş kanalını destekleyen çoklu giriş modülleri kullanılarak DAQ ölçeklenebilirliği gösterilmektedir.
Şekil 2. Veri toplama sistemi kullanılarak ölçeklenebilir test
2. Çeşitli sinyalleri ölçebilme yeteneği
Bir veri toplama sistemi aşağıdaki gibi çeşitli sinyalleri ölçebilir:
- doğrudan akımlar (DC) ve gerilimler
- alternatif akımlar (AC), gerilimler, frekanslar ve periyotlar
- dirençler, ya iki telli ya da daha doğru olan dört telli
- Kapasitanslar
- sıcaklık ölçümleri
- ivmeölçer gibi sensörler aracılığıyla titreşim kuvvetleri
Bir DAQ sistemi tipik olarak dahili bir yüksek hassasiyetli dijital multimetre devresinin yanı sıra bu sinyaller için diğer özel ölçüm devrelerine sahiptir.
3. Otomasyon için tasarlandı
Bir veri toplama sistemi, üretim hatlarında toplu otomatik test ve kalite kontrolü için özel olarak üretilmiştir. Otomatik test dizileri desteklenir.
4. Yapılandırılabilirlik
Aktif kanal sayısı, kanal başına örnekleme hızı ve her kanaldaki sinyal türü gibi özelliklerin tümü DAQ yazılımı aracılığıyla yapılandırılabilir.
Ölçümler genellikle belirli olaylar ve tetikleme koşulları ile doğru zamanlanmalıdır. DAQ yazılımı bu tür bir senkronizasyonu mümkün kılar.
5. Gerçek zamanlı veri analizi ve görselleştirme
Veri toplama sistemleri, verilerin gerçek zamanlı olarak işlenmesini ve analiz edilmesini sağlayarak anında teşhis ve analize olanak tanır. Ayrıca DAQ yazılımında formüller belirtilerek elde edilen türetilmiş metrikleri hesaplar ve kaydederler. Örneğin, her bir DUT'un voltaj ve akım kanallarından gelen okumalara dayalı olarak bir güç metriği kaydedilebilir.
6. Kayıt ve depolama
Bir DAQ sistemi, verilerin yerel bir depolama cihazına anında kaydedilmesinin yanı sıra verilerin uzak depolama için bir bilgisayara ağ üzerinden aktarılmasını da destekler. İkincisi, büyük kapasiteler, yüksek hızlar ve yedeklemeler gibi bilgisayar tabanlı depolamanın tüm avantajlarından yararlanır.
7. Sinyal koşullandırma
Giriş analog sinyalleri doğrudan kayıt için uygun olmayabileceğinden, iyi bir DAQ sistemi her giriş kanalı için amplifikasyon, filtreleme ve doğrusallaştırma gibi sinyal koşullandırma devreleri sağlar. Bazı veri toplama sistemleri, sinyal koşullandırma boru hatlarının her bir bileşeninin yapılandırılmasını ve devre dışı bırakılmasını bile destekler.
8. Yüksek hız ve yüksek verim
DAQ sistemleri, cihazların yüksek hızlı, yüksek verimli, otomatik toplu test edilmesini sağlar. Dijital multimetreler ve osiloskoplar gibi diğer cihazları kullanarak manuel kalite kontrolünü tamamlarlar.
Veri toplamanın gerçek dünyadaki bazı uygulamaları nelerdir?
İşte farklı sektörlerdeki veri toplama uygulamalarından bazıları;
Havacılık ve savunma
Bir aviyonik veya silah alt sistemini test ederken, bir veri toplama sistemi düzinelerce kurucu elektrik devresinin tüm test noktalarına bağlanır. Ayrıca mekanik veya hidrolik alt sistemlerdeki birden fazla fiziksel sensöre de bağlanabilirler. Alt sistem daha sonra rüzgar koşulları veya parazit gibi test koşullarına tabi tutulur ve DAQ sistemi çeşitli elektriksel ve fiziksel özellikleri kaydetmek için kullanılır.
Otomobiller
Otomobiller kontrolör alan ağı (CAN) veri yolu, gösterge paneli anahtarları, akü şarj sistemi, motor kontrolleri, motor sensörleri, harici sensörler ve daha fazlası gibi çeşitli bileşenler içerir. Bir veri toplama sistemi, ürettikleri çok çeşitli sinyalleri (elektrik, elektromanyetik, mekanik, akustik, termal ve daha fazlası) toplamak için tüm bu alt sistemlere bağlanır.
Yol testleri veya çarpışma testleri gibi testler yapıldığında, DAQ sistemi tüm bu verileri kaydeder. Mühendisler daha sonra verileri güvenilirlik veya güvenlik sorunlarının yanı sıra optimizasyon fırsatları açısından analiz eder.
Tüketici aletleri ve cihazları
Tüketici cihazlarının ve akıllı telefonların davranışları veri toplama sistemleri kullanılarak karakterize edilir. Güç kaynaklarının, pil şarj devrelerinin, ana kartlarının ve sıcaklık sensörlerinin test noktaları bir DAQ sistemine bağlanır. Cihaz farklı çevresel koşullar altında çalıştırılırken DAQ sistemi kullanılarak voltajlar, empedanslar, radyo paraziti veya pil tüketimi gibi özellikler ölçülür.
DAQ sistemleri ile yaygın olarak hangi sensörler kullanılır?
DAQ sistemleri sensörleri kullanarak veri toplar. Yaygın sensörler şunları içerir:
- Sıcaklıkları ölçmek için termokupllar, direnç sıcaklık dedektörleri (RTD'ler) veya termistörler
- Titreşim verileri için ivmeölçerler ve akustik veriler için mikrofonlar gibi fiziksel kuvvetleri elektrik sinyallerine dönüştüren dönüştürücüler
- Fiziksel yapılardaki gerilmeleri ölçmek için gerinim ölçerler
- Optik sinyallerdeki değişiklikleri ölçmek için fotodiyotlar
Belirli bir uygulama için veri toplama sistemi seçerken hangi faktörleri göz önünde bulundurmalısınız?
Uygulamanız ve sektörünüz için bir DAQ sistemi seçerken sormanız gereken asgari sorular aşağıda verilmiştir:
- Ne kadar ölçeklenebilir olmalıdır? Kaç tane DUT ve sinyal kaydetmelidir, yani kaç kanala sahip olmalıdır?
- Her test senaryosu için minimum örnekleme hızı ne olmalıdır?
- DUT'leriniz hangi sensörlere ihtiyaç duyuyor ve DAQ sistemi bunların hepsiyle uyumlu mu?
- DAQ sistemi, projenizin gelecekteki ihtiyaçları için modüler ve genişletilebilir mi?
- Bilgi işlem ve veri depolama sistemlerinizle arayüz oluşturabiliyor mu?
- DAQ donanımının bir kalibrasyon sertifikası ve düzenli olarak planlanan bir kalibrasyon yolu var mı, özellikle de yüksek ölçüm doğruluğu ve izlenebilirlik kritik öneme sahipse?
Veri toplamada örnekleme hızı ve çözünürlüğün önemi nedir?
Örnekleme hızı, bir sinyalin ne sıklıkla ölçüleceğini belirler ve bu da hızlı değişen sinyalleri yakalamak için çok önemlidir. Yüksek bir örnekleme hızı, gerçek dünya sinyallerindeki hızlı dalgalanmaların kaybolmamasını, ancak depolanan verilerde doğru bir şekilde temsil edilmesini sağlar. Örnekleme sıklığı, gerçek dünya fenomeninin dinamiklerini yakalamak için yeterli olmalıdır.
Ayrıca, yüksek bir kanal sayısına sahipseniz, veri toplama sisteminin hızdan veya doğruluktan ödün vermeden yüksek örnekleme hızı nedeniyle artan bilgi akışını kaldırabileceğinden emin olun.
Çözünürlük, ölçümlerin ayrıntı düzeyini ve hassasiyetini etkiler. Daha yüksek bir çözünürlük, daha sonraki analizler için kritik olabilecek daha fazla ayrıntı sağlar.
Tipik bir veri toplama cihazının temel bileşenleri nelerdir?
Şekil 3. Bir veri toplama sisteminin bileşenleri
Bir DAQ cihazının temel bileşenleri şunlardır:
Güç kaynağı: Bu, ana karta ve modüllere güvenilir güç sağlar.
Giriş modülleri: Giriş modülleri, DUT ve sensörlerinden sinyal alan kanalları içerir. Bazı modüller, ortak bir sensör setinden gelen sinyalleri farklı test cihazlarına yönlendirmek için anahtarlama ve çoğullama özelliklerine sahiptir.
Merkezi işlemci: Bu, DAQ'nun kontrol sistemidir, verileri yapılandırmaya göre işler ve tüm işlemlerin doğru sırada doğru şekilde yapılmasını sağlar.
Sinyal koşullandırma devresi: Analog sinyaller genellikle gürültüye karşı hassastır. Örneğin, ivmeölçer gibi sensörler çok gürültülü veriler üretebilir. Güvenilir veri analizi için bu tür verilerin temizlenmesi ve bozulmalardan arındırılması gerekir. Bu alt sistem, tüm analog giriş sinyallerinin DAQ cihazının aşağı akış işleme bileşenleriyle uyumlu olmasını sağlar. Gürültüyü bastırmak için amplifikatör devreleri, alçak geçiren filtreler ve yüksek geçiren filtreler gibi bileşenlerden oluşur. Doğrusallaştırma devreleri, doğrusal olmayan yanıt eğrilerinin düzeltilmesine yardımcı olur ve gerinim ölçerler gibi belirli sensörlerin doğruluğunu artırır.
Analogdan dijitale dönüştürücü (ADC): Bu, sinyal koşullandırma devrelerinden gelen temiz analog sinyalleri örnekler ve sinyal seviyelerini boyutsuz tamsayılara dijitalleştirir. Merkezi işlemci daha sonra dijital sinyalleri, ilgili kanalın yapılandırılmış sinyal tipi ve ölçüm aralığına göre doğru birimlerle gerçek sayılara dönüştürür.
Veri kaydedici: Veri kayıt alt sistemi dijital verileri geçici belleğe ve yerel depolama aygıtlarına kaydeder ve bunları bağlı bilgisayara iletir.
Harici arayüz alt sistemi: Bu alt sistem, çevresel bileşen ara bağlantısı (PCI), evrensel seri veri yolu (USB), ethernet (LAN) veya genel amaçlı arayüz veri yolu (GPIB) gibi protokoller aracılığıyla bağlı bilgisayarla konuşur.
Yazılım veri toplamada nasıl bir rol oynar ve veri toplama yazılımında hangi özellikler gereklidir?
Yazılım, veri toplama sistemlerinde kritik bir rol oynar. Veri toplama sistemlerinin daha önce açıkladığımız tüm özellikleri yalnızca yazılım sayesinde mümkündür.
Oyunda iki parça yazılım vardır:
- DAQ cihazı üzerinde çalışan gömülü yazılım (veya bellenim)
- bağlı bilgisayarda çalışan uygulama yazılımı
Her ikisi de bir DAQ sisteminin her bir özelliği için çok önemlidir. Temel olarak kabul edilmesi gereken bazı özellikler şunlardır:
Mükemmel kullanıcı deneyimleri: Cihaz ve bilgisayardaki yapılandırma-ölçme-düzeltme-görselleştirme sıralaması kullanıcılar için sorunsuz, hızlı ve sezgisel deneyimler olmalıdır.
Yüksek düzeyde yapılandırma otomasyonu: Hem gömülü hem de uygulama yazılımı kanallar, sinyal türleri, aralıklar, tetikleme koşulları ve diğer ölçüm yönleri için yüksek düzeyde yapılandırma otomasyonu sağlamalıdır.
Gelişmiş veri analizi ve görselleştirme: Yazılım, özellikle de bilgisayardaki uygulama, kullanıcıların büyük miktarlarda kaydedilmiş veriyi kolayca organize etmelerini ve görselleştirmelerini sağlamalıdır, böylece verilerde gizli olan içgörüleri çıkarabilirler.
Farklı sektörler için önceden tanımlanmış test planları: İyi bir yazılım, farklı sektörler için önceden tanımlanmış test planlarıyla birlikte gelmelidir (ve isteğe bağlı kurulum için indirmeler sağlamalıdır). Bu, çok zaman kazanılmasına ve hataların önlenmesine yardımcı olur.
Veri toplama uygulamalarını gerçekleştirmek için birçok veri toplama yazılımı ortamı vardır:
- Keysight PathWave Test Otomasyonu
- MATLAB/Simulink
- Keysight 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.
Veri toplama sistemleri ile ölçeklenebilir güvenilir testler
Bu blog yazısında, veri toplama sistemlerine ve onları diğer test ve ölçüm cihazları arasında özel kılan şeylere genel bir bakış elde ettik.
