工程師經(jīng)常需要在長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)監(jiān)視一些信號(hào)，然后繪制圖表和分析所得到的數(shù)據(jù)。許多應(yīng)用都需要監(jiān)視、記錄和分析數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段，環(huán)境試驗(yàn)箱監(jiān)視，元件檢驗(yàn)，工作臺(tái)測(cè)試和工藝流程的錯(cuò)誤查找。這篇應(yīng)用指南介紹用于采集、記錄、分析數(shù)據(jù)的各種方法和裝置，從簡(jiǎn)單的筆和紙到使用今天復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。文中討論了每種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并提供一張問(wèn)題表，以指導(dǎo)您選擇您需要的方法。 數(shù)據(jù)采集的可選方法數(shù)據(jù)采集技術(shù)在過(guò)去的30 年到40 年中取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。例如在40 年前的普通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，跟蹤溫度的裝置放在鈉鎢青銅的坩鍋中，裝置包括熱偶、電橋、檢查表、紙和筆。今天的大學(xué)生則是采用自動(dòng)化的測(cè)量?jī)x器，在PC 上分析數(shù)據(jù)。今天有許多種采集數(shù)據(jù)的可選方法。*選擇決定于一些因素，包括任務(wù)的復(fù)雜程度，要求的速度和精度，以及所需要的文檔。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜有很寬的性能和功能范圍。 紙和筆古老的紙和筆方法在某些條件下仍可使用，它便宜，隨處可得，也很容易掌握。所要做的全部工作是連上一臺(tái)數(shù)字多用表（DMM），并用手記錄數(shù)據(jù)。但這種方法容易出錯(cuò)，速度慢，并需要繁雜的人工分析。此外，這種方法只適用于單通道的數(shù)據(jù)；當(dāng)然您可以使用多臺(tái)DMM，但系統(tǒng)很快變得龐雜和笨拙。精度取決于記錄者的嚴(yán)謹(jǐn)性，而且您還需要人工標(biāo)度輸出的數(shù)據(jù)。例如若DMM不能得到溫度傳感器的直接讀數(shù)時(shí)，就需要進(jìn)行人工標(biāo)度。紙帶記錄器您能用現(xiàn)代紙帶記錄器捕獲來(lái)自幾個(gè)輸入的數(shù)據(jù)。它們提供數(shù)據(jù)的*性紙記錄，并且由于這些數(shù)據(jù)采用圖形格式，因此能容易地了解趨勢(shì)。大多數(shù)記錄器在設(shè)置后都有足夠的內(nèi)部智能，可以作無(wú)人值守的運(yùn)行 ── 不需要操作者或計(jì)算機(jī)的幫助。缺點(diǎn)包括缺乏靈活性和相對(duì)低的精度，一般只有百分之幾。通常您只能感覺(jué)到筆繪圖的小變化。雖然記錄器能很好監(jiān)視長(zhǎng)時(shí)間周期上的幾個(gè)通道，但其值可能會(huì)受到限制。例如不能接通或斷開(kāi)另一裝置。其它的問(wèn)題包括筆和紙的維護(hù)，饋紙和數(shù)據(jù)保存，這意味著需要大量用紙，甚至?xí)斐衫速M(fèi)。 掃描數(shù)字多用表某些臺(tái)式DMM提供可選的掃描能力。這種儀器的后面板有一個(gè)插槽，可插入一塊掃描卡，一般可多路轉(zhuǎn)換8 至10 個(gè)通道的輸入信號(hào)。這種方法可保持儀器前面板的固有DMM精度和功能。但其靈活性受到限制，因?yàn)椴豢赡艹^(guò)擴(kuò)展槽所允許的通道數(shù)。通常用一臺(tái)外部PC 管理數(shù)據(jù)采集和分析。 PC 插卡 PC插卡是利用PC中ISA或PCI 總線擴(kuò)展槽的單板測(cè)量系統(tǒng)。一般有高達(dá)100,000 讀數(shù)/ 秒的讀數(shù)率。常見(jiàn)的插卡為8 至16 個(gè)通道，所采集的數(shù)據(jù)直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)保存，然后就地進(jìn)行分析。由于插卡實(shí)質(zhì)是計(jì)算機(jī)的一部份，因此很容易設(shè)置測(cè)試。PC 插卡一般比較便宜，因?yàn)樗恐鳈C(jī)提供電源，機(jī)箱和用戶界面。在缺點(diǎn)方面，PC 插卡一般只有12bit 分辨率，因此不能感知輸入信號(hào)小的變化。此外，PC 內(nèi)存在高噪聲的電環(huán)境，到處是高速時(shí)鐘和總線的噪聲幅射。這類(lèi)電氣干擾會(huì)把PC插卡的精度限制到手持式DMM的水平。這些插卡也只能測(cè)量有限范圍的直流電壓。為測(cè)量其它輸入信號(hào)，如交流電壓，溫度或電阻，就需要各種外部的信號(hào)調(diào)理。其它需關(guān)注的問(wèn)題包括有疑問(wèn)的校準(zhǔn)和總系統(tǒng)成本，特別是需要購(gòu)買(mǎi)附加的信號(hào)調(diào)理附件或適應(yīng)插卡的PC 時(shí)。 數(shù)據(jù)記錄儀數(shù)據(jù)記錄儀通常是一臺(tái)獨(dú)立儀器，在經(jīng)過(guò)設(shè)置后，它能測(cè)量、記錄和顯示數(shù)據(jù)，而無(wú)需操作員或計(jì)算機(jī)的干預(yù)。它們能處理各種輸入信號(hào)，有些儀器有多達(dá)120個(gè)輸入通道，并可達(dá)到臺(tái)式DMM的精度，即22bit，0.004%的年精度量級(jí)。有些數(shù)據(jù)記錄儀還能標(biāo)度測(cè)量，按用戶定義的極限檢查結(jié)果，同時(shí)還有輸出用于控制的信號(hào)。使用數(shù)據(jù)記錄儀的一個(gè)好處是它們有內(nèi)置的信號(hào)調(diào)理。大多數(shù)數(shù)據(jù)記錄儀能直接測(cè)量各類(lèi)輸入，而不需要附加的信號(hào)調(diào)理附件。可用一個(gè)通道監(jiān)視熱偶，另一通道監(jiān)視鉑電阻（RTD），而其它通道則仍可觀察電壓。用于溫度測(cè)量的熱偶溫度參考結(jié)通常也都內(nèi)置于多路轉(zhuǎn)換器查卡中。數(shù)據(jù)記錄儀的內(nèi)置智能可幫助您設(shè)置測(cè)試過(guò)程和規(guī)定各通道的參數(shù)。在完成設(shè)置后， 數(shù)據(jù)記錄儀即作為獨(dú)立儀器運(yùn)行，就像一臺(tái)記錄儀。它在內(nèi)部存儲(chǔ)器中保存數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器能容納50,000 甚至更多的讀數(shù)。PC 的連通能力使其能容易地把數(shù)據(jù)傳送到您的計(jì)算機(jī)，以進(jìn)行深入的分析。大多數(shù)數(shù)據(jù)記錄儀有很高的靈活性，配置和操作簡(jiǎn)單，并且有可選的后備電池或其它方法，使您能在遠(yuǎn)地現(xiàn)場(chǎng)使用該儀器。由于采用A/D轉(zhuǎn)換器技術(shù)，一些數(shù)據(jù)記錄儀的讀數(shù)相對(duì)慢，特別是與許多PC 插卡相比。但250 讀數(shù)/ 秒的速度并不罕見(jiàn)。實(shí)際上, 被監(jiān)視的許多現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是物理現(xiàn)象 ── 例如溫度、壓力和流量，其變化一般是較慢的。此外，數(shù)據(jù)記錄儀有高測(cè)量精度，多路讀出，因此不需要PC 插卡解決方案中常用的平均。 數(shù)據(jù)采集前端數(shù)據(jù)采集前端通常是模塊式的，一般連接到PC 或控制器。在自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用中收集數(shù)據(jù)，以及控制測(cè)試裝置其它部分的信號(hào)和提供信號(hào)路由。前端可能有非常高的性能，其速度和精度可與的獨(dú)立儀器相匹敵。數(shù)據(jù)采集前端有多種實(shí)現(xiàn)方法，包括VXI，如Agilent E1419A多功能測(cè)量和控制VXI模塊，以及的插卡箱。雖然前端的價(jià)格已經(jīng)下降，但這些系統(tǒng)仍可能非常昂貴，除非您確實(shí)需要它們所提供的高性能，否則其價(jià)格是不能接受的。此外，前端還具有優(yōu)異的靈活性和測(cè)量能力。數(shù)據(jù)記錄儀應(yīng)用對(duì)于許多應(yīng)用工程師的日常任務(wù)來(lái)說(shuō)，一臺(tái)具有中等通道數(shù)（20-60 通道）和較慢掃描率的好的低價(jià)數(shù)據(jù)記錄儀能充分滿足需要。一些主要應(yīng)用包括：　·產(chǎn)品驗(yàn)證　·電子產(chǎn)品的熱分布　·環(huán)境測(cè)試；環(huán)境監(jiān)視　·元器件驗(yàn)證　·電池測(cè)試　·家電測(cè)試　·建筑物和計(jì)算機(jī)房監(jiān)視　·生產(chǎn)流程監(jiān)視，評(píng)估和故障查找數(shù)據(jù)記錄儀應(yīng)用：評(píng)估原型IC 的自動(dòng)測(cè)試站　·快速安裝測(cè)試電路板上的插座　·用安裝在加熱器/ 冷卻器上的電路板測(cè)試溫度變化條件下的IC ·使用Visual Basic 的全自動(dòng)GPIB儀器結(jié)果：　·把評(píng)估時(shí)間減少一半　·、一致性的結(jié)果　·易于建立文檔數(shù)據(jù)記錄儀應(yīng)用：驗(yàn)證新電源設(shè)計(jì)　·檢查輸出電壓和噪聲級(jí)　·地模擬負(fù)載（使用大功率電阻）和檢查溫升　·測(cè)量關(guān)鍵元器件的溫度結(jié)果：　·縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間　·通過(guò)限制內(nèi)部溫度提高可靠性　·驗(yàn)證電源的輸入特性哪類(lèi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正適合您的需要？沒(méi)有一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能適應(yīng)所有應(yīng)用。回答下面這些問(wèn)題可幫助您確定哪一種系統(tǒng)您的需要。 1. 系統(tǒng)符合我的應(yīng)用要求嗎？對(duì)測(cè)量分辨率、精度和噪聲性能有何要求？掃描有多快？支持哪些傳感器和測(cè)量功能？可通過(guò)升級(jí)或擴(kuò)展?jié)M足未來(lái)需要嗎？便于攜帶嗎？可作為獨(dú)立儀器工作嗎？2. 售價(jià)高嗎？軟件是包括在其中，還是要另外購(gòu)買(mǎi)？需要外加的信號(hào)調(diào)理嗎？保修期多長(zhǎng)？校準(zhǔn)方便和便宜嗎？3. 易于使用嗎？指標(biāo)易于理解嗎？有什么樣的用戶界面？重配置新的應(yīng)用困難嗎？數(shù)據(jù)能容易地傳送到新的應(yīng)用程序嗎？支持哪些應(yīng)用軟件包？結(jié)論　數(shù)據(jù)采集的范圍從筆和紙，測(cè)量裝置，直為復(fù)雜，包括硬件儀器和軟件分析工具的系統(tǒng)。在用戶考慮購(gòu)買(mǎi)數(shù)據(jù)采集裝置和系統(tǒng)時(shí)，*步是確定手頭的任務(wù)和需要的輸出，然后選擇符合要求的儀器類(lèi)型和范圍。所有復(fù)雜設(shè)備和分析工具都要幫助用戶了解所監(jiān)視的現(xiàn)象。這些工具均只是達(dá)到這一目的的手段。 術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)采集 — 收集來(lái)自傳感器、電信號(hào)和儀器的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集通常是自動(dòng)化的，可在工廠、實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。數(shù)據(jù)記錄儀 — 于采集和歸檔物理測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它通常是具有中等通道數(shù)（20-60 通道），用于采集不同時(shí)間數(shù)據(jù)的獨(dú)立系統(tǒng)。數(shù)字多用表 — 一種測(cè)量交流和直流電壓、直流電流和電阻的數(shù)字儀器。 DMM — 數(shù)字多用表多路轉(zhuǎn)換器 — 一種把多通道切換至單一通道的方案 PC 插卡 — PC 插卡是插入PC 中ISA 或PCI 總線擴(kuò)展槽的測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)調(diào)理 — 使信號(hào)適合于模數(shù)（A-D）轉(zhuǎn)換器的輸入。信號(hào)可經(jīng)過(guò)濾去除噪聲，或經(jīng)衰減或放大適應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。