עמוק עמוק לתוך שונה שיטות רכישה של נתונים בודדים

מבוא ל-Data Acquisition Signal Architectures

מערכות רכישת נתונים (DAQ) הן עמוד השדרה של מדידה מודרנית ושליטה, המרת אותות אנלוגיים בעולם האמיתי לערכים דיגיטליים לעיבוד, ניתוח, אחסון. בלב כל מערכת DAQ היא החלטה בסיסית: אשר תצורה קלטה לשימוש - שינוי או שונה לחלוטין, בחירת האדריכלות הנכונה משפיעה ישירות על דיוק, חסינות, אות, ומערכת עלות בעוד שהבחנה הבסיסית היא ידועה - שני אמצעים מסופיים, כולל פעולות שונות, בעוד שקודמות, הן תכונות מעשיות יותר, הן תכונות מעשיות, בעוד שקודמות, הן יכולות שונות.

מידע אחרון: Single-Ended Data Acquisition

בתצורה חד הורית, אות קלט אנלוגי נמדד יחסית לנקודת התייחסות משותפת - באופן רטיבית את בסיס המערכת.מכשיר המדידה יש מסוף קלט אחד לתקשור, והצד השני של מקור האות מחובר לקרקע.זוהי שיטת DAQ הפשוטה והחסכונית ביותר, המשמשת לעתים קרובות בסביבות בעלות נמוכה עם ריצות כבל קצרות.

כיצד פעולות חד-פעמיות

ערוץ קלט חד קצה מורכב ממנצח יחיד הנושא את מתח האות, בעוד נתיב החזרה מסופק על ידי מטוס הקרקע או התייחסות משותפת.המגירה האנלוגי-ל-דיגיטלית של מכשיר DAQ (ADC) מדגימה את ההבדל המתח בין המוליכים האות לבין הפניה הקרקעית רק אחד לערוץ נדרש (עם רצפה משותפת), מספר הערוצים הזמינים מחיבור או מספר אותות אחידים יותר, לעתים קרובות יותר מ- 16 ליטרים שונים.

דמויות מפתח של מערכות חד-סוף

(ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ 1 (הופנה מהדף ויקרא: ויקרא: ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) (ב):0) ל-Low Cost:FLT:1, דרושים רכיבים קטנים יותר לתקשור (למשל, לא מגבר בעל אופי שונה או מעגלי קלט מאוזנים), הפחתת עלויות החומרה.
(ב) ⁇ ערוץ גבוה: 1 (ב) אותו מחבר פיזי יכול להתמודד עם יותר אותות, אשר הוא יתרון כאשר שטח או עלות הוא מוגבל.
(ב) כי האות מתייחס לקרקע, רעש המושרה על חוט הקרקע או חוט האות מופיע ישירות במדידה.
(FLT:0) מחויב לסיגנלים: FLT ( 1:1 מקור האות חייב להיות קשר עם מוגבלות לקרקע DAQ. פלוג מקורות (למשל, thermocouples, חיישנים מבודדים) יכול ליצור שגיאות התחלה או לדרוש מתנגדים מוטה נוספים.

יישומים אופייניים ל- DAQ

קלטות חד-קצה משמשות באופן נרחב ביישומים שבהם מקור האות קרוב למכשיר DAQ, הסביבה היא שקטה יחסית, ודיוק מוחלט אינו קריטי.

מעקב טמפרטורה עם המתרמינים המוטבעים או RTDs במעבדה
קריאה פשוטה של רב-עוצמה דיגיטלית או פלטי מתח ממיקרו-בקר
איסוף נתונים מחיישנים בעלי קידוד נמוך במחסנים נקיים ומגנים
אותות אודיו ללכוד בעת שימוש בכבלים קצרים ומאוזנים עם קרקע משותפת
אלקטרוניקה צרכנית בעלות נמוכה שבה ספירת הרכיב חייבת להיות מופחתת

הבנה של רכישת נתונים שונים

רכישת נתונים שונים מודדת את ההבדל בין שני מסופי קלט - באופן רטי שכותרתו HI ו LO (או + ו- ), טרמינל אינו קשור לקרקע בתוך מכשיר DAQ, המאפשר מדידה לדחות רעש המופיע באותה מידה בשני השורות (רעש כפול). תצורה זו מספקת חסינות רעש מעולה והוא חיוני למדידות מדויקות בסביבות רועשות מבחינה חשמלית או כאשר המקור הוא רחוק ממערכת מדידה.

כמה מדדים שונים עובדים

קלט שונה משתמש בשני מוליכים לכל אות: אחד נושא את האות החיובי (לא-inverting) והשני נושא את האות שלילי (invertHz) מכשיר DAQ מגביר את ההבדל בין שני מתחים אלה. amplial אידיאלי בעל יחס חד-פעמי נמוך (CMRR), כלומר מדגימה את ההבדל בעוד שהוא מעצימה את המתח בכל מתח משותף ל-MRB הוא בדרך כלל נמוך יותר מ-i).

קלטות שונות דורשות לעתים קרובות מקור האות "להצטמק" (לא מתייחסים לקרקע) או שמערכת המדידה מספקת נתיב הטיה כדי למנוע את הקלטים לצף מחוץ לטווח המשותף של המגבר.

מאפיינים מרכזיים של מערכות שונות

(FLT:0) Excellent Noise Rejection: ההרחבה 1 (בקיצור רעש מו במשותף, מדידות שונות מושפעות הרבה פחות מהתערבות אלקטרומגנטית (EMI), התערבות רדיו- ⁇ (RFI), לולאות קרקעיות ונזקים קו חשמל.
(FLT:0) אצולה למדידת אותות פלוגות: ⁇ 1 (thermocouples), מדדי זנים, וחיישנים רבים מסוג הגשר מייצרים מתחים קטנים מאוד שאינם מתייחסים לאדמה.
(FLT:0) ,העברת שגיאות של לולאת הקרקע: 1) במערכות גדולות שבהן מכשירים מרובים יש פוטנציאל קרקע שונה, חיבור חד-פעמי ייצור לולאה קרקעית שמשחיתה את המדידה.
(FLT:0) רפורמות גדולות יותר בסביבה האפר: ⁇ FLT 1:1 הגדרות תעשייתיות עם מנועים, מופנים, והחלפת ציוד כוח לייצר רעש משמעותי אשר יתרם מדידות חד פעמיות.
(ב) כי כל ערוץ אחר משתמש בשני סיכות קלט, המספר המקסימלי של ערוצים עבור מחבר נתון מוזנח בהשוואה לתצורה חד-צדדית.

יישומים משותפים ל DAQ

קלטות שונות הן סטנדרטיות במכשור מקצועי, תעשייתי ומדעי.

מניתוח אותות ברמה נמוכה מתרמוקופסים, מדצי זנים, ו לטעון תאים
הקלטה של אותות ביו-רפואיים כמו אלקטרוקרדיוגרם (ECG) או אלקטרומיולוגרמות (EMG) שבו התערבות משותפת של חשמל מוהדה היא חזקה
איסוף נתונים מחיישנים מרוחקים ממוקם עשרות או מאות מטרים מהמכשיר DAQ
מדידות מתח גבוה דיוק ב calibrations ו מטרולוגיה
ציוד בדיקה אוטומטי (ATE) עבור מעבד למחצה או בדיקות לוח עגול
כל יישום שבו מקור האות אינו מתייחס לקרקע DAQ

השוואה מפורטת: Single-Ended vs. Differential

ההחלטה בין רכישת נתונים חד-צדדיים וניתוק כוללת עצירות בין ממדים מרובים.ההשוואה הבאה מתייחסת לגורמי המפתח הקריטיים ביותר שמהנדסים צריכים להעריך.

Noise Rejection Performance

חסינות רעש היא ככל הנראה המבדל החשוב ביותר. קלטות חד-צדדיות אין דחייה של רעש משותף-מודד - כל רעש המופיע על הקרקע או קו האות מוסיף ישירות למדידה. לעומת זאת, קלטות שונות לא יכולות להשיג CMRRs מ 60 dB (בס) ל-120 dB (עם מגברי מגן יחיד) לדוגמה, אם 1 V משותף-Mo-Mod יכול להשיג CM אחד בלבד הוא 1 CM ו-R הוא אחד הוא אחד רק שגיאה אחת.

המונחים: Ground Loop

מערכות חד-צדדיות דורשות חיבור קרקעי נמוך-מקודש בין מקור האות לבין מכשיר DAQ. כאשר מכשירים מופרדים על ידי מרחקים ארוכים או מונעים מכלי עיקריים שונים, הבדלים בפוטנציאל הקרקע יכולים לגרום זרמים גדולים לזרום דרך חוט הקרקע - תופעה המכונה לולאה קרקעית.זה יוצר טיפות מתח המופיעות כשגיאות מדידה.

טווח אותות וטווח דינמי

קלטות חד-פעמיות בדרך כלל מקבלות חד-קוטבית (0V-V ref) או אותות דו קוטביים (V ref) אבל המתח המקסימלי מוגבל על ידי טווח קלט של ADC. מכיוון שהאות הוא מתייחס לקרקע, כל התחלה או סחף בסימן ספציפי ל- V10 ליטרים ספציפיים יכול להתמודד עם מתחים משותפים גדולים יותר תוך פתרון מתחים קטנים שונים.

ספירת ערוצים ו- Multiplexing

במערכות DAQ מרובותxed, סריקה של ערוצים מרובים במהירות היא נפוצה. קלטות חד end מאפשרות יותר ערוצים לחבר, אשר יכול להפחית את שטח הלוח ועלות. עם זאת, אותות מרובים מקודמים יחיד מציג פוטנציאל צולב ובעיות זמן התיישבות כי הפניה הקרקעית משותפת של ערוצים שונים דורש יותר מתגים לערוץ אבל משמרת את היושרה, במיוחד כאשר מעבר אותות עם מתחים שונים במהירות גבוהה או גבוהה.

עלויות ומורכבות

מערכות חד-צדדיות הן יקרות במידה בלתי נמנעת במונחים של ספירת רכיב ופשטות פריסת PCB. שתי שכבות עם מעגלים אנלוגיים מינימליים יכולים לתמוך ערוצים חד-צדדיים רבים.מערכות שונות דורשות רשתות התנגדות דיוק, מגברות שונות, ולעתים מבודדות מחסומים, עלייה בעלויות.עם זאת, צמצמיחות בעלות שונה כאשר שוקלות את העלות הכוללת של השגת דיוק נתון בסביבה רועשת.

מתי לבחור רכישה של נתונים בודדים

למרות מגבלותיו, רכישה חד פעמית היא הבחירה הנכונה בתרחישים רבים:

(FLT:0)Low-Noise Environments:FIRLT:1 בתנאים מעבדה עם מינימום EMI /RFI ואורך כבל קצר, קלטות חד פעמיות מציעות דיוק מספיק במחיר נמוך יותר.
(ב) ,0) ציוד מונע או מכשיר נייד: ⁇ 1 (איור 1) מגבלות כוח ומגבלות חלל לעתים קרובות לטובת הפשטות של קלטות חד-פעמיות.
(FLT:0) ספירות ערוץ Large על תקציב: ⁇ FLT:1 כאשר אתה צריך לפקח על עשרות אותות הנעה איטית (למשל, טמפרטורה, לחות, לחץ בסביבה נקייה), היתרון של צפיפות ערוצים של חיפוש חד-פעמי הוא משכנע.
(FLT:0) חיישנים מודרניים רבים (למשל, חיישנים פלט דיגיטלי, שלושה חודשים של רגולטורים מתח לטווח ארוך, או 0-10 Vters) נועדו לעבוד עם קרקע משותפת והם חד-משמעיים.
(ב) ⁇ :0) , ⁇ ⁇ : "למידת מושגי DAQ בסיסיים, תיקון יחיד הוא פשוט יותר להבנה ולדהור.

מתי לבחור רכישת נתונים שונים

רכישת איכות שונה היא האדריכלות המועדפת כאשר:

(FLT:0) נדרשת דיוק: FIRLT:1) מדידות עדיפות - למשל, אותות ברמה מיקרו-וולט ממדני זנים או תרמוסקופים מדויקים - כמעט תמיד דורשים קלטות שונות.
(FLT:0) ניצול בסביבה האפרית: ⁇ 1 (Primerph 1), תחנות כוח, מערכות תחבורה וחדרי הדמיה רפואיים מלאים רעש.
(FLT:0 Long Cable Runscio:FLT:1 כאשר חיישנים הם מטרים או קילומטרים הרחק ממערכת DAQ, אות שונה (לעתים קרובות עם כבלים מעוותים) הוא הפתרון הסטנדרטי של התעשייה כמו RS-485, CAN ו 4–20A לולאות נוכחיות מסתמכות על שידורים שונים.
(FLT:0) מקורות מחוסנים או מסולקים: חיישנים רבים - חיישנים רבים - חיישנים רבים - מעגלים גשר, איסוף אינדוקטיבי - אין התייחסות קרקעית.שימוש בקלט חד משמעי ידרוש הוספת נתיב החזרה להטיה, אשר יכול להציג שגיאות.
(FLT:0) גבוה-Resolution ADCs (>16 ביטים): 1FLT:1 ממירים ברזולוציה גבוהה יש מתחים קטנים מאוד (LSB) מה שהופך אותם רגישים מאוד לרעש.

שיקולים מעשיים

מעבר להשוואה התיאורטית, עיצוב מערכת DAQ מוצלח דורש תשומת לב לפרטים חומרה ותוכנה.

בחירת ה-ADC או DAQ

מכשירים מסחריים רבים DAQ מציעים מצבי קלט שניתן לתוכנה - ניתן לעבור בין מודולים בודדים ו שונים לערוץ או קבוצה. לדוגמה, National InstrumentsFLT:0NI-9205uaFLT:1 לתמוך בשני מודים.כאשר משתמשים במכשירים כאלה, להבטיח כי התצורה שנבחרה תואמת את המתח של קוד המוטציות ומתח משותף-de.

שימוש ב-Instrumentation Amplifiers

עבור עיצובים מותאמים אישית, מכשיר (INA) הוא רכיב מפתח עבור מדידות שונות.משפחות פופולריות כמו ה-FLT:0Analog מכשירים AD62003FLT 1 או FLT:2Texas Instruments INA12803FLT 3 מציעים CMRR גבוה, נמוך מלמטה, ולהשיג על ידי התנגדות חיצונית אחת כאשר מעצבים עם INA, לשים לב, אשר כולל את הפלט זה כולל את הפלט זה כולל את הפלט, אשר כולל את הפלט משותף, אשר כולל את הפלט, אשר מציע CMRR, CMRR, CMRR, CMRR, CMRR, נמוך, ירידה נמוכה, ירידה נמוכה, ירידה נמוכה, ולהשיג את המצופה, ולהשיג על ידי התנגדות חיצונית אחד קדימה, ולהשיג על ידי התנגדות חיצונית אחד.

צילום ו- Cable Selection

גם עם קלטות שונות, שיטות קנונית טובות לשפר את הביצועים. השתמש כבלים מעוותים-pair עבור כל אות שונה כדי למזער הפיכה מגנטית. עבור סביבות רועשות מאוד, להוסיף מגן כללי מחובר לקרקע בקצה אחד בלבד (כדי להימנע לולאות קרקעיות) מערכות חד-פעמיות דורשות כבלים קואקסיאליים, אבל המגן הופך לחלק מדרך החזרה אות; כל מגן נוכחי יוצר כשגיאות מופיעות.

קידוד תוכנה וסינון

רוב תוכנת DAQ (למשל, Labview, MATLAB Data Acquisition Toolbox, או Python עם ’daqmx’) מאפשרת הגדרת מצב קלט, טווח, וקצב דגימה. עבור מדידות שונות, תמיד להגדיר את טווח המתח המשותף-מודד אם המכשיר תומך בו. פילטר דיגיטלי - זמן לנוע ממוצע או מסנן נמוך - מוריד רעש חיווריבי אך מוסיף חוסר איזון אמיתי.

מסקנה

חד-קצה וטכניקות רכישת נתונים שונות כל אחד מהם עוסק במקום חשוב בנוף המדידה. Single-ended מציעה פשטות שאין כמותה, צפיפות ערוצים גבוהה ועלות נמוכה, מה שהופך אותו אידיאלי לסביבות שפירות ויישומים שבהם הדיוק המוחלט אינו קריטי. רכישת שונה מספקת לסטודנטים דחייה רעשים גבוהים, מבטלת לולאות קרקעיות, ומאפשרת מדידה מדויקת של אותות צפים או נמוכים ברמת דיוק, כלומר, כלומר, מודלים מדעיים ודיוקים מדויקים, בין המצלמות אבטחה, על ידי בחירה מדויקת של אבטחה, על ידי הגדרות מסחר מאובטחות, על ידי אבטחה, על ידי הגדרות מסחר, על ידי חשיבה מפורטות, על ידי חשיבה מפורטות, על ידי קווידקות, על ידי חשיבה מפורטת, על ידי קווידקית, על ידי חשיבה מפורטת, על ידי חשיבה מפורטת, על ידי אבטחה, על ידי קווידקית, על ידי אבטחה.

לקריאה נוספת, התייחס למדריך של כלי הרכב הלאומיים על שדה wiring and noise designFLT:1 ו-FLT:2Analog מכשירים טכניים של מאמר על חד-צדדי לעומת קלטות שונות FLT 3:2Analog מכשירים.