數據採集分析系統

數據採集分析系統，通過軟硬體結合，可以記錄、顯示和分析眾多生命科學相關信號，可以完全代替傳統的紙帶記錄儀、繪圖儀、XY繪圖儀、示波器和電壓計。

基本介紹

• 中文名：數據採集分析系統
• 外文名：data acquisition and analysis system
• 功能簡介：實現高效率、實時的數據採集

產生背景

對於大部分製造業企業，測量儀器的自動數據採集一直是個令人煩惱的事情，即使儀器已經具有RS232/485等接口，但仍然在使用一邊測量，一邊手工記錄到紙張，最後再輸入到PC中處理的方式，不但工作繁重，同時也無法保證數據的準確性，常常管理人員得到的數據已經是滯後了一兩天的數據；而對於現場的不良產品信息及相關的產量數據，如何實現高效率、簡潔、實時的數據採集更是一大難題。

工作流程

(1)信號調理

其目的是把信號變成便於數字處理的形式，以減少數字處理的困難。它包括：

①電壓幅值的放大或衰減，以便於採樣；

②用低通濾波器過濾信號中的高頻噪聲；

③若信號中不應有直流分量，則隔離信號中的直流分量；

④若原信號為調製信號，則應解調。

信號調理環節應根據測試對象、信號特點和數字處理設備的能力進行安排。

(2)模數(A/D)轉換

模數轉換包括時間上等間隔的採樣及保持和幅值上的量化及編碼。通過A/D轉換，把連續信號變成離散的時間序列。

(3)數位訊號分析儀或電子計算機

無論計算機的容量和計算速度有多大，其處理的數據長度總是有限的，所以要把長時間的序列截斷。在截斷時，會引入一些誤差，所以有時要對截取的數字序列加權，如有必要，還可用專門的程式進行數字濾波。然後把所得到的有限長的時間序列按照給定的程式進行運算。例如作時域中的機率統計、相關分析，頻域中的頻譜分析、功率譜分析、傳遞函式分析等。

(4)結果顯示或數模(D/A)轉換

運算結果可以直接顯示或列印。如果後接D/A轉換器，可以控制受控設備，也可驅動記錄儀繪製機械圖像。如有必要，可將數位訊號處理結果輸入後續計算機，用專業程式作後續處理。

主要功能

·實時採集來自生產線的產量數據或是不良品的數量、或是生產線的故障類型（如停線、缺料、品質），並傳輸到資料庫系統中；

·接收來自資料庫的信息：如生產計畫信息、物料信息等；

·傳輸檢查工位的不良品名稱及數量信息；

·連線檢測儀器，實現檢測儀器數位化，數據採集儀自動從測量儀器中獲取測量數據，進行記錄，分析計算，形成相應的各類圖形，對測量結果進行自動判斷，如在機械加工零部件的跳動測量，拉力計拉力曲線的繪製等；

主要特點

·配備RS232、RS485串口，可連線多個檢測儀器實現自動數據採集；

·配備USB接口，方便數據的輸出；

·配備RJ45接口，可通過網線接入網路；

·配備VGA視頻輸出及音頻輸出接口；

·內置WIFI模組，可通過無線方式接入，方便現場組網；

·最大支持32G數據存儲空間；

·配備4.3英寸觸控螢幕，方便操作；

·用戶可在網路中的任一PC通過接口獲取數據，方便進行二次開發；

·配備4.3英寸觸控螢幕，方便操作；

·可移動測量，即時傳輸數據，也可測試完成後，通過網路上傳數據；

·電源連續工作時間6小時，待機時間長達10天；

生產現場數據採集在品質過程中的非常重要的一個環節，好的數據採集方案可把品質管理人員從處理數據的繁重工作中解放出來，有更多的時間去解決實際的品質問題，同時即時的數據採集也使系統真正地實現實時監控，儘早發現問題，避免更大的損失。

套用領域

血流動力學

離體組織灌流

離體器官（Langendorff和工作心臟）灌流

微血管張力測定系統（Wire Myograph）

微循環血流測定（雷射都卜勒）

新陳代謝研究（運動生理學、心肺功能測定）

電生理系統（細胞內、細胞外、電壓鉗）

超聲血流量測定

植入式生理信號（血壓、生物電、神經乾放電、體溫等）無線遙測

心理學

清醒動物血氧飽和度測定

人體無創血壓、心輸出量測定。

技術指標

數據採集系統的性能要求與測試目的和套用環境有著密切關係，對應不同的套用情況往往有不同的要求。下面是常用指標及其含義。

一、系統解析度

系統解析度是指數據採集系統可以分辨的輸入信號的最小變化量。通常用如下幾種參數表示系統解析度：

(1)系統所採用的A/D轉換器的位數；

(2)最低有效位值(LSB)占系統滿度值的百分比；

(3)系統可分辨的實際電壓數值；

(4)滿度值可以分的級數。

二、系統精度

系統精度是指系統工作在額定採集速率下，整個數據採集系統所能達到的轉換精度。A/D轉換器的精度是系統精度的極限值。實際上，系統精度往往達不到A/D轉換器的精度。因為系統精度取決於系統的各個環節(子系統)的精度，如前置放大器、濾波器、模擬多路開關等，只有當這些子系統的精度都明顯優於A/D轉換器精度時，系統精度才能達到A/D轉換器的精度。另外，還應注意系統精度與系統解析度的區別。系統精度是系統的實際輸出值與理論輸出值之差，它是系統各種誤差的總和，通常表示為滿度值的百分數。

三、採集速率

採集速率又稱為系統通過速率或吞吐率，是指在滿足系統精度指標的前提下，系統在單位時間內所能完成的對輸入模擬信號採集次數，或者說是系統每個通道、每秒鐘可採集的有效數據的數量。這裡所說的“採集”包括對被測物理量進行採樣、量化、編碼、傳輸和存儲的全部過程。在時間域上與採集速率對應的指標是採樣周期。採樣周期是採樣速率的倒數，它表征了系統每採集一個有效數據所需的時間。

四、動態範圍

動態範圍是指某個確定的物理量的變化範圍。信號的動態範圍是指信號的最大幅值和最小幅值之比的分貝數。數據採集系統的動態範圍通常定義為所允許輸入信號的最大幅值與最小幅值之比的分貝數。

五、非線性失真

非線性失真也稱諧波失真。當給系統輸入一個頻率為廠的正弦波時，其輸出中出現很多頻率為kf(k為正整數)的頻率分量，這種現象稱為非線性失真。