Datenerfassung.

Die typischen Hardware-Komponenten eines DAQ-Systems umfassen Hardware zum Messen, Steuern und Schalten. Die Messhardware besteht aus den Analog-, Digital- und Zählereingängen des DAQ. Die Analogeingänge erfassen üblicherweise Gleichspannungen, die anschließend über einen Analog-Digital-Wandler (ADC) in digitale Daten umgewandelt werden. Die gemessenen Spannungen entsprechen z. B. definierten Temperaturwerten oder Drehzahlen. DAQ mit einem Digitalmodul können die Bitmuster von externen Prüflingen abtasten. Datenlogger mit einem Zählermodul können wiederum externe Ereignisse wie z. B. die Anzahl digitaler Pulse, die Pulsdauer oder die Frequenz zählen.

Die Steuerungshardware beinhaltet den Output-Bereich eines DAQ. Ein Digital-Analog-Wandler (DAC) interpretiert die Befehle der Steuerungshardware und gibt sie als Gleichspannungen oder -strom aus. Dieser Analog-Output kann die Position eines Ventils oder den Durchfluss einer Pumpe steuern. DAQ-Systeme mit einem Digitalmodul wandeln Befehle in ein Bitmuster um und steuern z. B. Leuchten oder andere Anlagen.

Über die Schalthardware können beispielsweise die Messwerte von Sensoren nacheinander oder auch synchron erfasst werden. Hardware zur Signalaufbereitung wandelt die Signale des Messwertaufnehmers in eine messbare Form um, indem die Signale verstärkt, gedämpft, linearisiert oder isoliert werden, ehe sie an die Messhardware gesendet werden.

Ja, moderne Systeme erlauben die Visualisierung von Messdaten in Echtzeit. Hierbei werden die Werte direkt während der Erfassung grafisch oder tabellarisch dargestellt. Dies erfordert eine leistungsfähige Hardware sowie optimierte Softwarelösungen.

Modulare DAQ-Systeme, z. B. von NI, sind in der Regel PC-basierte Datenerfassungssysteme, die verschiedene Kombinationsmöglichkeiten aus Hardware- und Software-Komponenten für kundenindividuelle Testlösungen bieten. Modulare Systeme lassen sich an spezifische Anforderungen anpassen und bieten flexible Anwendungsoptionen. Die Hardware wird über USB oder Ethernet mit dem PC verbunden. Dies kann entweder direkt erfolgen, als Multifunktions-I/O-Gerät, oder über ein Chassis, das mit konditionierten I/O-Messmodulen bestückt wird. Um ein modulares Datenerfassungssystem für eine Testanwendung optimal zu konfigurieren, ist es wichtig, die Anforderungen der Anwendung präzise zu definieren.

Multifunktions-I/O-Datenerfassungsgeräte werden über USB oder PCI/PCIe an einen PC angeschlossen; sie bieten Kombinationen von analogen und digitalen Inputs/Outputs sowie Zähler/Zeitgeber-Funktionen. Die Geräte eignen sich für industrielle DAQ-Anwendungen sowie für Automatisierungsanwendungen im Labor, Forschung und Entwurfsverifizierung. Zugehörige Software-Produkte stellen in der Regel die entsprechenden Mess- und Analysefunktionen bereit.

Die Messauflösung beschreibt, wie viele Details mit einer Messung erfasst werden, d. h. wie viele signifikante Messpunkte pro Zeiteinheit aufgenommen werden. Die Genauigkeit ist ein Maß dafür, wie vertrauenswürdig die Messergebnisse sind. Eine höhere Auflösung bedeutet nicht per se eine höhere Genauigkeit. Ein 6,5-stelliges Voltmeter mit schlechter Genauigkeit ist nicht besser als ein 5,5-stelliges Voltmeter mit guter Genauigkeit.

Die Empfindlichkeit des DAQ-Systems ist die kleinste Änderung des gemessenen Signals, die erkannt werden kann. Sie hängt sowohl von der Auflösung als auch vom kleinsten Messbereich des DAQ ab. Je kleiner der Messbereich, desto kleinere Signaländerungen können gemessen werden.

Die Messgeschwindigkeit ist diejenige Geschwindigkeit, mit der der Analog-Digital-Wandler des DAQ die Messdaten erfasst, d. h. die Zeitspanne zwischen den Erfassungen. Mit zunehmender Abtastgeschwindigkeit des ADC nimmt die Auflösung des Messgeräts ab. Anhand des Datenblatts kann beurteilt werden, ob die höchste erforderliche Geschwindigkeit des DAQ Ihre Anforderungen an die Messaulösung erfüllt.

Die Messgenauigkeit eines Datenloggers hängt neben seiner spezifizierten Genauigkeit (Datenblatt) von verschiedenen Faktoren ab, die der Anwender beeinflussen und optimieren kann. Zu den gängigen Maßnahmen gehören unter anderem:

• Den angeschlossenen Sensor passend zum Verhalten der physikalischen Parameter wählen.
• Die Mess-Hardware entsprechend der gewünschten Signalaufbereitung wählen (betr. v. a. modulare DAQ-Systeme).
• Geschirmte Twisted-Pair-Kabel verwenden.
• Amplitudenbereich und Frequenz-Bandbreite passend zu den physikalischen Parametern wählen.
• Differenzialeingänge verwenden.
• Ein DAQ-System mit Rauschunterdrückung verwenden.

Für die Auswahl des richtigen Datenloggers müssen verschiedene Kriterien berücksichtigt werden, um das DAQ-System für eine spezielle Testanwendung optimal zu konfigurieren. Daher ist es wichtig, die Anforderungen der Anwendung frühzeitig zu definieren. Die Beantwortung der folgenden Fragen liefert Hinweise für die Geräteauswahl:

• Welche Art von Signalen soll gemessen werden?
• Wie viele Daten müssen erfasst werden?
• Welche maximale/minimale Eingangsspannung soll an den Datenlogger angelegt werden?
• Wie viele Messkanäle werden benötigt?
• Sollen alle Kanäle gleichzeitig (synchron) oder asynchron abgetastet werden?
• Wie hoch ist das verfügbare Budget für die Ausrüstung?
• Welche Arten von Schaltrelais werden benötigt (elektromechanische, Reed- oder Halbleiterrelais)?
• Wie hoch soll die minimale/maximale Abtastrate sein (Anzahl der Messwerte pro Sekunde)?
• Wie lange soll die Datenerfassung dauern (Minuten, Stunden, Tage, Wochen)?
• Welche Messgenauigkeit ist erforderlich?
Welche Schnittstellen zur Datenübertragung (Speicherung, Analyse) werden benötigt?