Notlar:
- Veri toplama sistemleri veya üniteleri, yüzlerce cihazı veya test noktasını aynı anda ölçmek için ihtiyacınız olan cihaz sayısını büyük ölçüde azaltır.
- Çoklayıcılar ve matris anahtarları gibi anahtarlama donanımı, veri toplama sistemlerinin verimli kullanımının anahtarıdır.
- Modülleri ve yazılımı birleştirerek toplam veri toplama (DAQ) kapasitenizi hem büyütebilir hem de küçültebilirsiniz.
Otomatik testler, gerçek dünya davranışlarını simüle etmek için çeşitli cihazların ve test dizilerinin dikkatli bir şekilde koordine edilmesini içerir. Veri toplama sistemleri olmadan, bu tür otomatik testlerin kurulumu çok daha pahalı ve zahmetli olacaktır.
Daha önce veri toplama sistemlerinin temellerinden ve uygulamalarından bahsetmiştik. Bu makalede, DAQ donanımının iç kısımlarına ve teknik yönlerine dalıyoruz.
Veri toplama sistemi nedir?
Elektronik testlerinde veri toplama sistemi (DAQ sistemi), bağlı dalga formu jeneratörleri, osiloskoplar, güç kaynakları, yükler ve diğer cihazların giriş ve çıkışları gerçek dünya senaryolarını simüle etmek için koordine edilirken düzinelerce cihazdan veya yüzlerce test noktasından eşzamanlı okumalar alan merkezi bir ölçüm cihazıdır.
Aşağıdaki resimde, birçok kanalı aracılığıyla bir DUT'nin çoklu giriş ve çıkış voltajlarını ölçen dahili bir multimetreye sahip tek bir veri toplama ünitesi gösterilmektedir.
Şekil 1. DAQ sistemleri aynı anda birden fazla giriş ve çıkışı ölçebilir
DAQ'lar olmadan, bu tür testler düzinelerce ek multimetre, güç ölçer ve diğer ölçüm cihazlarını ve bunların hepsi arasında senkronizasyonu gerektirecektir.
DAQ, aşağıdaki özelliklere sahip bir ölçüm donanımı ve yazılımı grubudur:
Yüksek ölçüm kapasitesi: Tipik bir DAQ sistemi düzinelerce ila binlerce ölçüm kanalına sahiptir. Bu, test edilen birçok cihazın (DUT) giriş ve çıkışlarının yanı sıra her bir DUT üzerindeki birçok test noktasının eşzamanlı, sürekli, yüksek hızlı ölçümlerine olanak tanır.
Çeşitli ölçümler: Bir DAQ sistemi çok çeşitli elektriksel, kablosuz, optik, fiziksel ve dijital özellikleri ölçebilir. Bunlar şunları içerir:
- gerilimler, akımlar, dirençler, radyo frekansı (RF) gücü veya ışık yoğunluğu gibi analog elektriksel ölçümler
- sıcaklık, nem, ivme, stres ve ses gibi fiziksel özellikler
- sayaçlar ve toplamlar gibi dijital ölçümler
Ölçeklenebilirlik: Çoğu modern DAQ sistemi, tak ve çalıştır USB DAQ donanım modülleri aracılığıyla kapasite veya özellik eklenmesine olanak tanıyan son derece modüler tasarımlara sahiptir. Bu modüller arasında ek kanallar, birden fazla kanalı taramak için çoklayıcılar, aynı anda birden fazla test noktasını bağlamak için matrisler ve sinyallerin farklı cihazlara yönlendirilmesi ve yüksek güç kaynağı veya bataryası gibi hususlar üzerinde kontrol için anahtarlar bulunur. Ayrıca, toplam ölçüm kapasitesini artırmak için birden fazla DAQ ünitesi istiflenebilir ve koordine edilebilir.
Otomasyon: Modern DAQ sistemleri, ölçümlerin tüm yönleri üzerinde ince taneli kontrol sağlar - örneğin, zamanlama, etkinleştirme veya devre dışı bırakma, birden fazla cihaz arasında koordineli okumalar, sinyallerin yönlendirilmesi ve çok daha fazlası. Bu özellikler test otomasyonu, özellikle de otomatik test ekipmanı (ATE) kullanan yüksek hacimli kalite kontrolü için gereklidir.
Veri kaydı: Veri toplama sistemlerinin önemli bir özelliği, girişlerin, çıkışların ve zaman damgalarının yüksek doğrulukla güvenilir, yüksek kapasiteli, gerçek zamanlı veri kaydıdır. (DAQ'larda altı veya daha fazla basamaklı çözünürlüğe sahip dahili dijital multimetreler bulunur). Bu veri kaydı özellikleri çevrimdışı veri analizi, olay korelasyonu ve görselleştirme için gereklidir.
Bu makalenin geri kalanında, veri toplama sistemlerinin teknik yönlerini ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.
Bir veri toplama ünitesinin temel bileşenleri nelerdir?
Şekil 2. DAQ sistem bileşenleri
Bir DAQ sisteminin temel bileşenleri şunlardır:
- ölçülen olguyu elektrik sinyallerine dönüştüren sensörler veya transdüserler
- ölçülen sinyalleri sayısallaştırma ve depolama için uygun hale getirmek üzere sinyal koşullandırma devresi
- sinyal yönetimi ve sayısallaştırma için veri toplama ve anahtarlama donanımı
- verilerin depolanması ve iletilmesi için veri kaydedici
- Veri analizi ve görselleştirme için DAQ yazılımı
İlerleyen bölümlerde, bu alt sistemlerin her birini daha ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.
Sensörler veya Dönüştürücüler
Şekil 3. Termokupl sensörleri
Sensörler veya dönüştürücüler voltaj, sıcaklık, basınç, akış veya ışık yoğunluğu gibi çeşitli özellikleri tespit eder ve ölçer. Fiziksel olayları DAQ sistemi tarafından kaydedilebilen voltajlar, akımlar veya dirençler gibi elektrik sinyallerine dönüştürürler.
Sensör seçimi ölçülecek özelliğe bağlıdır:
- Sıcaklık ölçümleri için termokupllar, termistörler veya direnç sıcaklık dedektörleri (RTD'ler) kullanırız.
- Hareket ve titreşim analizi için ivmeölçer sensörleri kullanırız.
- Gerilmeleri ölçmek için gerinim ölçerler kullanırız.
Aşağıdaki tabloda çeşitli sensör türleri listelenmiştir.
Şekil 4. Farklı sensör tipleri ve tipik çıkışları
Sensör seçimi bir veri toplama sisteminin tasarımını ve performansını nasıl etkiler?
Belirli bir uygulama için gerekli sensörlerin seçimi, işlevsel ve performans özelliklerine bağlı olarak DAQ sisteminin seçimini de etkiler. Dikkate alınması gereken bazı önemli hususlar şunlardır:
Sinyal koşullandırma gereksinimleri: Bazı sensörler, çıkışlarını DAQ ile uyumlu hale getirmek için özel sinyal koşullandırma gerektirir. Örneğin, termokupllar çok düşük voltajlı sinyaller ürettiğinden, bunları yükseltmek için amplifikatörlere ihtiyaç vardır.
Ölçüm doğruluğu ve çözünürlüğü: Aviyonik test gibi kritik uygulamalar için yüksek hassasiyetli sensörler, analog-dijital dönüştürücü gibi veri toplama bileşenlerinden eşleşen performans gerektirir.
Örnekleme oranı: Sensör aynı zamanda faydalı verileri yakalamak için gerekli örnekleme oranını da belirler. Örneğin, yüksek hızlı fiziksel olaylar (türbin kanadındaki titreşimler gibi) yüksek frekanslı sensör verileriyle sonuçlanır. DAQ sisteminin veri örnekleme ve işleme hızları bu veri frekansına uygun olmalıdır.
Sinyal Koşullandırma
Bir sensörden gelen elektriksel analog girişin sayısallaştırma ve depolamaya uygun hale getirilmesi için genellikle koşullandırılması gerekir. Sinyal koşullandırma aşağıdaki gibi bir veya daha fazla adımı içerebilir:
- düşük voltajlı sinyalleri güçlendirmek için amplifikasyon
- yüksek voltajlı sinyalleri zayıflatmak için zayıflatma
- istenmeyen frekansları veya gürültüyü gidermek için filtreleme
- doğrusal olmayan tepkileri telafi etmek için doğrusallaştırma
Bir veri toplama sisteminde verilerin doğru ölçümünde sinyal koşullandırma nasıl bir rol oynar?
Doğrusallaştırma ve filtreleme gibi sinyal koşullandırma adımları doğru ölçümler için çok önemlidir.
Örneğin, RF sinyal gücünü ölçerken, okumanın doğruluğunu artırmak için önce sinyaldeki gürültüyü azaltmak için filtreleme kullanılır.
Bir başka örnek de termokupl sıcaklık sensörünün doğrusal olmayan tepkisini telafi etmektir. Ölçülen voltajdaki bir değişiklik, sıcaklıktaki doğrusal bir değişikliğe karşılık gelmez. Bu durum, gerilimleri tekrar doğru sıcaklıklara dönüştürmek için ters doğrusal olmayan formüllerin kullanılmasını gerektiren analogdan dijitale dönüştürme, veri analizi ve görselleştirme işlemlerinin tamamını karmaşık hale getirir.
Bunun yerine, başlangıçta kolaylık ve doğruluk için, sinyal koşullandırma doğrudan sinyale uygulanarak doğrusallaştırılır, böylece voltaj değişiklikleri doğrusal olarak sıcaklık değişikliklerine karşılık gelir.
Veri toplama ve anahtarlama donanımı
Bu alt sistem öncelikle koşullu analog sinyallerin ölçülmesinden ve bir analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) kullanılarak dijital değerlere dönüştürülmesinden sorumludur. Ayrıca yüzlerce kanalda veri toplamanın doğru şekilde senkronize edilmesinden de sorumludur.
Ayrıca, çoklayıcılar, matrisler ve anahtarlar gibi kontrol düzlemi bileşenleri, yüzlerce sensör ve DUT söz konusu olduğunda ortaya çıkan çeşitli ölçüm zorluklarını çözmek için bu alt sistemde kullanılır.
DAQ sistemleri hangi ölçüm donanımını kullanır?
Koşullandırma alt sisteminin analog çıkış gerilimlerini, akımlarını veya dirençlerini ölçmek için tipik bir DAQ dijital multimetre (DMM) kullanır.
Modüler 34980A gibi bazı DAQ'lar, isteğe bağlı olarak tüm ölçümler için kullanabileceğiniz dahili DMM'lere sahiptir. Alternatif olarak, daha yüksek hassasiyet veya eksik özellikler gerekiyorsa, uygun DMM modülleri veya harici bağımsız DMM'ler bağlanabilir ve koşullandırılmış sinyaller okumaları almak için oraya yönlendirilebilir.
Bazı modüller, sayaçlar ve darbe genişlikleri gibi dijital sinyal özelliklerini ölçmek için kullanılır.
Bir DAQ sisteminde analogdan dijitale dönüştürme nasıl çalışır?
Analog sinyal seviyelerinin depolama ve analiz için dijital değerlere dönüştürülmesi bir analog-dijital dönüştürücü (ADC) tarafından yapılır. ADC, ölçümler için hangi biçimde kullanılıyorsa kullanılsın tipik olarak DMM'nin bir parçasıdır.
İki tipte gruplandırılmış çeşitli ADC dönüştürme teknikleri vardır:
- Entegrasyon teknikleri: Gürültü kaynaklarının etkilerini azaltmaya yardımcı olan belirli bir zaman aralığındaki ortalama girişi ölçerler.
- Entegre olmayan teknikler: Çok kısa zaman aralıklarında giriş sinyalinin (gürültü dahil) anlık değerlerini örneklerler.
ADC'nin çözünürlüğü ve değer aralığı, ölçülen bir miktarın hassasiyetini belirler.
DAQ sistemlerinde yaygın anahtarlama teknikleri nelerdir?
Öncelikle anahtarlama donanımı gibi kontrol sistemleri tarafından hangi sorunların ele alındığını anlayalım.
DAQ'lar, test dizileri çeşitli gerçek dünya olaylarını simüle ederken düzinelerce DUT'u ve yüzlerce test noktasını aynı anda ölçmek için kullanılır. Bu, ölçümlerin test olaylarıyla senkronize olarak başlatılması ve durdurulması gerektiği anlamına gelir. Ek olarak, bağlı diğer test ve ölçüm cihazlarının sayısı sınırlıdır, bu da aynı birkaç cihazı test olaylarıyla senkronize olarak farklı DUT'lara veya test noktalarına dinamik olarak bağlamanız gerektiği anlamına gelir.
Bir cihazı düzinelerce DUT'a veya test noktasına fiziksel olarak bağlamak imkansızdır. Bunun yerine, anahtarlama donanımı ve programatik kontrol kullanarak bağlantıları ve rotaları dinamik olarak etkinleştirirsiniz.
Çoklayıcılar yaygın bir anahtarlama donanımı türüdür. Birçok giriş kanalının sinyal koşullandırma ve DMM alt sistemlerine bağlanmasını sağlarlar, ancak bir seferde yalnızca bir bağlantıyı etkinleştirirler. Yüksek hızlar için tipik olarak alan etkili transistörler ve katı hal röleleri gibi elektronik anahtarlar kullanırlar.
Fig 5. A multiplexer module for single-ended measurements
Another common type of system used is matrix switching. Matrix switching modules allow many-to-many connections and routing of multiple signals at the same time as shown below.
Kullanılan bir diğer yaygın sistem türü de matris anahtarlamadır. Matris anahtarlama modülleri, aşağıda gösterildiği gibi çoktan çoğa bağlantılara ve aynı anda birden fazla sinyalin yönlendirilmesine olanak tanır.
Şekil 6. Bir matris anahtarlama modülü nasıl çalışır?
Eşzamanlı ölçümler için birden fazla kanalı senkronize etmenin zorlukları nelerdir?
Birden fazla kanalda aynı anda veri alımını başlatmak için aşağıdakiler dahil çeşitli tarama tetikleme mekanizmaları kullanılır
- periyodik zaman ve aralık tabanlı tetikleyiciler
- bir kanal bazı koşulları yerine getirdiğinde veya bir eşiğe ulaştığında devreye giren dahili tetikleyiciler
- harici tetikleyiciler
Senkronize ölçümler için DAQ aşağıdaki zorlu gereksinimleri karşılamalıdır:
- Tüm kanallar ve sensörleri neredeyse aynı örnekleme hızında çalışmalıdır.
- Tüm kanallar aynı tetikleme olayına yanıt vermeli ve bir sonraki tetiklemeden önce bitirmelidir.
- Tüm cihazların ölçüm gecikmesi ve yerleşme süresi gibi özellikleri benzer olmalıdır.
- Bellekte veri tamponlama ve gerçek zamanlı veri işleme, ayak uydurabilmelerini sağlamak için bazı kanallar için gerekli olabilir.
Veri toplama sistemlerinde kullanılan yaygın iletişim arayüzleri nelerdir?
Şekil 7. DAQ sisteminin iletişim arayüzleri
DAQ, harici cihazlar ve denetleyici bilgisayarlar arasındaki ortak iletişim arayüzleri şunları içerir:
- Peripheral Component Interconnect (PCI) eXtensions for Instrumentation (PXI)
- PXI Express (PXIe)
- Ethernet Yerel Alan Ağı (LAN) Enstrümantasyon için eXtensions (LXi)
- Genel Amaçlı Arayüz Veriyolu (GPIB)
- Evrensel seri veri yolu (USB)
Veri kaydedici
Veri kaydedici alt sistemi şunlardan sorumludur:
- toplanan verilerin USB sürücüler gibi yerel depolama ortamlarında saklanması
- dijital verilerin bağlı bilgisayarlara iletilmesi
- Önceden kaydedilmiş veriler depolanırken veya iletilirken hızlı örnekleme hızlarına ayak uydurmak için ölçümlerin yerleşik geçici olmayan bellekte tamponlanması
Bir veri toplama sisteminde veri depolama nasıl çalışır?
Veri kaydedici alt sistemi verilerin yerel ve uzaktan depolanmasından sorumludur. Yeniden test etmek maliyet ve zaman açısından pahalı olabileceğinden depolama güvenilir ve dayanıklı olmalıdır.
Modern DAQ cihazları, cihaz kapatılsa bile bozulmadan kalan ölçümleri uçucu olmayan bellekte tutar. Depolama kapasitesi, bir haftalık veri için yeterli olan 1 milyon örnek mertebesindedir (her beş dakikada bir taranan 20 kanal). Bu aynı zamanda verilerin uzak bir yerde toplanabileceği ve daha sonra laboratuvardaki bir bilgisayara yüklenebileceği anlamına gelir.
Uçucu olmayan bellekte saklandıktan sonra, okumalar yerel depolama ortamında saklanır veya bağlı bir bilgisayara iletilir. Bazı DAQ sistemleri, kullanışlı ve taşınabilir bir yaklaşım olan USB flash sürücülerde kalıcılığı destekler.
Veri toplama yazılımı
DAQ yazılımı, birden fazla DAQ sisteminden ölçümleri toplamak, verileri yerel katı hal sürücüleri veya bulut depoları gibi dayanıklı depolama cihazlarında depolamak ve veri analizlerini çalıştırmak için bağlı bilgisayarlarda çalışır.
DAQ analizör yazılımının bazı örnekleri nelerdir?
Şekil 9. PathWave BenchVue DAQ Uygulaması
Keysight DAQ'lar için PathWave BenchVue Veri Toplama Uygulaması, programlama gerektirmeyen veri toplama yönetimi ve kontrolü için mükemmel bir grafik kullanıcı arayüzü sağlar. Aşağıdaki gibi özelliklere sahiptir:
- birden fazla veri toplama ünitesinde yüzlerce ölçüm kanalının girişlerini yapılandırır
- verileri çeşitli yerel veya uzak depolama aygıtlarına iletir
- veriler üzerinde zaman alanı analizleri gerçekleştirir
- frekans alanı analizlerini yürütür
Aşağıdaki resim PathWave BenchVue kullanarak kanalların uygun yapılandırmasını göstermektedir.
Şekil 10. PathWave BenchVue DAQ Uygulamasında kanal yapılandırması
Özel veri toplama uygulamaları ve DAQ'lar üzerinde programatik kontrol için Keysight IO Libraries Suite'i kullanın.
Kritik görev testleriniz için Keysight veri toplama sistemlerini kullanın
Bu makalede, veri toplama cihazlarının çeşitli teknik yönlerini ve bunların genel DAQ sisteminin kullanımını nasıl etkilediğini inceledik.
Keysight'ın veri toplama sistemleri ve modülleri, savunma, aviyonik, sağlık, telekom ve otomotiv sektörlerindeki kritik sistemlerin test edilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Tüm gereksinimleriniz için en iyi DAQ sistemini seçme konusunda rehberlik için bizimle iletişime geçin.
