[科普中国]-数据采集分析系统

产生背景

对于大部分制造业企业，测量仪器的自动数据采集一直是个令人烦恼的事情，即使仪器已经具有RS232/485等接口，但仍然在使用一边测量，一边手工记录到纸张，最后再输入到PC中处理的方式，不但工作繁重，同时也无法保证数据的准确性，常常管理人员得到的数据已经是滞后了一两天的数据；而对于现场的不良产品信息及相关的产量数据，如何实现高效率、简洁、实时的数据采集更是一大难题。

工作流程(1)信号调理

其目的是把信号变成便于数字处理的形式，以减少数字处理的困难。它包括：

①电压幅值的放大或衰减，以便于采样；

②用低通滤波器过滤信号中的高频噪声；

③若信号中不应有直流分量，则隔离信号中的直流分量；

④若原信号为调制信号，则应解调。

信号调理环节应根据测试对象、信号特点和数字处理设备的能力进行安排。

(2)模数(A/D)转换

模数转换包括时间上等间隔的采样及保持和幅值上的量化及编码。通过A/D转换，把连续信号变成离散的时间序列。

(3)数字信号分析仪或电子计算机

无论计算机的容量和计算速度有多大，其处理的数据长度总是有限的，所以要把长时间的序列截断。在截断时，会引入一些误差，所以有时要对截取的数字序列加权，如有必要，还可用专门的程序进行数字滤波。然后把所得到的有限长的时间序列按照给定的程序进行运算。例如作时域中的概率统计、相关分析，频域中的频谱分析、功率谱分析、传递函数分析等。

(4)结果显示或数模(D/A)转换

运算结果可以直接显示或打印。如果后接D/A转换器，可以控制受控设备，也可驱动记录仪绘制机械图像。如有必要，可将数字信号处理结果输入后续计算机，用专业程序作后续处理。1

主要功能·实时采集来自生产线的产量数据或是不良品的数量、或是生产线的故障类型（如停线、缺料、品质），并传输到数据库系统中；

·接收来自数据库的信息：如生产计划信息、物料信息等；

·传输检查工位的不良品名称及数量信息；

·连接检测仪器，实现检测仪器数字化，数据采集仪自动从测量仪器中获取测量数据，进行记录，分析计算，形成相应的各类图形，对测量结果进行自动判断，如在机械加工零部件的跳动测量，拉力计拉力曲线的绘制等；

主要特点·配备RS232、RS485串口，可连接多个检测仪器实现自动数据采集；

·配备USB接口，方便数据的输出；

·配备RJ45接口，可通过网线接入网络；

·配备VGA视频输出及音频输出接口；

·内置WIFI模块，可通过无线方式接入，方便现场组网；

·最大支持32G数据存储空间；

·配备4.3英寸触摸屏，方便操作；

·用户可在网络中的任一PC通过接口获取数据，方便进行二次开发；

·配备4.3英寸触摸屏，方便操作；

·可移动测量，即时传输数据，也可测试完成后，通过网络上传数据；

·电源连续工作时间6小时，待机时间长达10天；

生产现场数据采集在品质过程中的非常重要的一个环节，好的数据采集方案可把品质管理人员从处理数据的繁重工作中解放出来，有更多的时间去解决实际的品质问题，同时即时的数据采集也使系统真正地实现实时监控，尽早发现问题，避免更大的损失。

应用领域血流动力学

离体组织灌流

离体器官（Langendorff和工作心脏）灌流

微血管张力测定系统（Wire Myograph）

微循环血流测定（激光多普勒）

新陈代谢研究（运动生理学、心肺功能测定）

电生理系统（细胞内、细胞外、电压钳）

超声血流量测定

植入式生理信号（血压、生物电、神经干放电、体温等）无线遥测

心理学

清醒动物血氧饱和度测定

人体无创血压、心输出量测定。

技术指标数据采集系统的性能要求与测试目的和应用环境有着密切关系，对应不同的应用情况往往有不同的要求。下面是常用指标及其含义。

一、系统分辨率

系统分辨率是指数据采集系统可以分辨的输入信号的最小变化量。通常用如下几种参数表示系统分辨率：

(1)系统所采用的A/D转换器的位数；

(2)最低有效位值(LSB)占系统满度值的百分比；

(3)系统可分辨的实际电压数值；

(4)满度值可以分的级数。

二、系统精度

系统精度是指系统工作在额定采集速率下，整个数据采集系统所能达到的转换精度。A/D转换器的精度是系统精度的极限值。实际上，系统精度往往达不到A/D转换器的精度。因为系统精度取决于系统的各个环节(子系统)的精度，如前置放大器、滤波器、模拟多路开关等，只有当这些子系统的精度都明显优于A/D转换器精度时，系统精度才能达到A/D转换器的精度。另外，还应注意系统精度与系统分辨率的区别。系统精度是系统的实际输出值与理论输出值之差，它是系统各种误差的总和，通常表示为满度值的百分数。

三、采集速率

采集速率又称为系统通过速率或吞吐率，是指在满足系统精度指标的前提下，系统在单位时间内所能完成的对输入模拟信号采集次数，或者说是系统每个通道、每秒钟可采集的有效数据的数量。这里所说的“采集”包括对被测物理量进行采样、量化、编码、传输和存储的全部过程。在时间域上与采集速率对应的指标是采样周期。采样周期是采样速率的倒数，它表征了系统每采集一个有效数据所需的时间。

四、动态范围

动态范围是指某个确定的物理量的变化范围。信号的动态范围是指信号的最大幅值和最小幅值之比的分贝数。数据采集系统的动态范围通常定义为所允许输入信号的最大幅值与最小幅值之比的分贝数。

五、非线性失真

非线性失真也称谐波失真。当给系统输入一个频率为厂的正弦波时，其输出中出现很多频率为kf(k为正整数)的频率分量，这种现象称为非线性失真。2