一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）概述

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Data Acquisition，簡(jiǎn)稱 DAQ）是一套集硬件與軟件于一體的綜合性系統(tǒng)，其核心功能是借助傳感器或轉(zhuǎn)換器，對(duì)電壓、電流、溫度、應(yīng)力等各類物理參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)采樣。該系統(tǒng)能夠?qū)@些樣本進(jìn)行調(diào)理，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以便后續(xù)的捕獲、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及深入分析。這一過程為工程師和研究人員提供了獲取關(guān)鍵信息的重要手段，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、科研實(shí)驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域。

二、靜態(tài) DAQ 與動(dòng)態(tài) DAQ 的區(qū)別

（一）靜態(tài) DAQ

靜態(tài) DAQ 在工作過程中，針對(duì)每個(gè)輸入通道通常僅進(jìn)行單次測(cè)量。它以固定的采樣率開展測(cè)量工作，當(dāng)存在多個(gè)輸入通道時(shí)，會(huì)進(jìn)行一次或多次測(cè)量。這種測(cè)量方式更適用于那些變化相對(duì)緩慢的物理量，例如溫度或濕度測(cè)量。由于測(cè)量頻率較低，靜態(tài) DAQ 能夠以較為穩(wěn)定的方式獲取數(shù)據(jù)，滿足對(duì)緩慢變化參數(shù)的監(jiān)測(cè)需求。

（二）動(dòng)態(tài) DAQ

動(dòng)態(tài) DAQ 則采用快速連續(xù)的測(cè)量方式，對(duì)每個(gè)輸入通道進(jìn)行多次測(cè)量。這種特性使其能夠精準(zhǔn)捕獲快速變化的信號(hào)，如振動(dòng)、聲學(xué)或結(jié)構(gòu)應(yīng)力信號(hào)等。在高速變化的場(chǎng)景中，動(dòng)態(tài) DAQ 的高頻率測(cè)量能力能夠及時(shí)捕捉信號(hào)的瞬態(tài)變化，為工程師提供更詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行深入分析和研究。

三、DAQ 數(shù)據(jù)記錄儀的作用

DAQ 數(shù)據(jù)記錄儀在數(shù)據(jù)采集過程中扮演著重要角色。它依據(jù)預(yù)先設(shè)定的掃描間隔和數(shù)據(jù)記錄周期，精確捕獲并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。DAQ 系統(tǒng)通過多路輸入通道開關(guān)多路復(fù)用器、內(nèi)置信號(hào)調(diào)理器以及控制系統(tǒng)的高效協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器信號(hào)的自動(dòng)捕獲。這種自動(dòng)化的數(shù)據(jù)記錄方式不僅提高了數(shù)據(jù)采集的效率，還減少了人為干預(yù)可能帶來的誤差，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

四、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

（一）高采樣率采樣

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配備了內(nèi)置硬件信號(hào)數(shù)字化儀，能夠以高采樣率對(duì)單個(gè)或多個(gè)傳感器的動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行快速采樣。這一特性使其可以精準(zhǔn)捕獲電壓、電流、振動(dòng)或結(jié)構(gòu)應(yīng)力等參數(shù)變化的瞬態(tài)信號(hào)，為分析動(dòng)態(tài)過程提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。

（二）時(shí)域與頻域分析

現(xiàn)代動(dòng)態(tài) DAQ 系統(tǒng)內(nèi)置了快速傅里葉變換（FFT）數(shù)學(xué)算法，這一強(qiáng)大的功能能夠?qū)r(shí)域信號(hào)顯示轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)顯示。工程師可以根據(jù)實(shí)際需求，在時(shí)域和頻域中對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行全面分析。時(shí)域分析有助于了解信號(hào)隨時(shí)間的變化情況，而頻域分析則能夠揭示信號(hào)的頻率成分，為深入理解信號(hào)特性提供了多維度的視角。

五、優(yōu)化數(shù)據(jù)采集（DAQ）測(cè)量速度的策略

數(shù)據(jù)采集（DAQ）硬件在測(cè)量精度和速度方面存在一定的局限性，測(cè)量精度和測(cè)量速度之間往往存在折衷關(guān)系。當(dāng)測(cè)量速度和事務(wù)處理速度的重要性高于對(duì)精度的極致追求時(shí)，可采取以下策略對(duì)中端 DAQ 系統(tǒng)（如是德科技的 DAQ970A 系統(tǒng)）的測(cè)量速度進(jìn)行優(yōu)化，以滿足大多數(shù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試的要求。

（一）選擇正確的多路復(fù)用器

中端主機(jī) DAQ970A 為接口模塊提供了 3 個(gè)插槽，同時(shí)具備用于遠(yuǎn)程連接的局域網(wǎng)和 USB 接口。從接口讀取速度來看，局域網(wǎng)和 USB 每秒能夠輕松地遠(yuǎn)程傳輸 5000 個(gè)讀數(shù)。若數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的其他部分不存在吞吐量限制，理論上可以實(shí)現(xiàn)更高的讀取速度。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，DAQ 系統(tǒng)的速度瓶頸往往出現(xiàn)在多路復(fù)用器接口模塊的機(jī)械開關(guān)速度上。因此，選擇具有高速機(jī)械開關(guān)的多路復(fù)用器是提高 DAQ 系統(tǒng)測(cè)量速度的關(guān)鍵因素之一。

（二）配置硬件以提高閱讀速度的技巧

1. 減少系統(tǒng)開銷

在自動(dòng)測(cè)試過程中，DAQ 主機(jī)的顯示器和信號(hào)器等非必要組件會(huì)占用系統(tǒng)的處理時(shí)間，從而影響測(cè)量速度。為了提高測(cè)量效率，可以使用遠(yuǎn)程命令禁用整個(gè)前面板顯示。通過這種方式，減少不必要的系統(tǒng)資源消耗，使 DAQ 系統(tǒng)能夠更專注于數(shù)據(jù)采集和處理任務(wù)，從而提高整體的測(cè)量速度。

2. 合理選擇 DAQ 數(shù)字萬(wàn)用表分辨率

數(shù)字萬(wàn)用表（DMM）分辨率的選擇直接影響測(cè)量速度和精度。在選擇分辨率時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求提供所需的詳細(xì)信息，確保精度足夠但不過度。例如，如果實(shí)際只需要 5.5 位數(shù)的精度，而將數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)置為 6.5 位數(shù)，則會(huì)浪費(fèi)處理時(shí)間，導(dǎo)致不必要的測(cè)量時(shí)間消耗。因此，合理選擇數(shù)字萬(wàn)用表分辨率，能夠在滿足測(cè)量要求的前提下，有效提高測(cè)量速度。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）作為獲取物理參數(shù)信息的重要工具，在不同應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。靜態(tài) DAQ 和動(dòng)態(tài) DAQ 各有其適用范圍，而 DAQ 數(shù)據(jù)記錄儀和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則進(jìn)一步拓展了數(shù)據(jù)采集的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。在優(yōu)化 DAQ 測(cè)量速度方面，通過選擇正確的多路復(fù)用器以及合理配置硬件參數(shù)，如減少系統(tǒng)開銷和選擇合適的數(shù)字萬(wàn)用表分辨率等，可以在滿足測(cè)量精度要求的前提下，顯著提高測(cè)量速度，提高數(shù)據(jù)采集的效率，為工程設(shè)計(jì)和科研實(shí)驗(yàn)提供更有力的支持。