利用軟件工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和分析

 　　許多應(yīng)用都要求對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，例如工程師可能需要監(jiān)視恒溫箱的溫度，以驗(yàn)證PCB在預(yù)定指標(biāo)范圍內(nèi)工作。如果 PCB超差，就需要識別超差現(xiàn)象和關(guān)斷電源。化學(xué)工程師可能需要監(jiān)視最終產(chǎn)品，如汽油或飲料的流量，當(dāng)流量達(dá)到最小或最大極限時(shí)就要調(diào)整流量。在設(shè)計(jì)驗(yàn)證中，工程師要通過測量保證最終產(chǎn)品能在不同工作條件下達(dá)到預(yù)定指標(biāo)。例如對于電源參數(shù)，測試工程師要在各種負(fù)載條件下測量電源的輸出。電源輸出必須在所有負(fù)載條件下穩(wěn)定，同時(shí)要保持產(chǎn)品機(jī)箱內(nèi)的最小溫升。

        選擇適宜的測量設(shè)備和軟件工具能幫助數(shù)據(jù)的采集和分析，使數(shù)據(jù)更加有用。在本文中我們將考察這些產(chǎn)品特性描述實(shí)例，說明如何選擇正確的測量設(shè)備和軟件工具，以幫助數(shù)據(jù)采集和分析。

選擇測量設(shè)備

        在數(shù)據(jù)采集中，許多測量是用傳感器把物理現(xiàn)象變換成電壓、電阻或頻率，然后用適合的測量設(shè)備，如數(shù)字萬用表測量電信號。

        溫度是數(shù)據(jù)采集中最常測量的物理量，可以利用熱電偶、RTD(電阻溫度探測器)或熱敏電阻傳感器完成溫度測量。熱電偶是由兩種不同金屬構(gòu)成的結(jié)，當(dāng)結(jié)受熱時(shí)，熱電偶就產(chǎn)生一個(gè)電壓，它與參考結(jié)的電壓差確定了相關(guān)溫度。RTD 和熱敏電阻都是基于電阻的傳感器。在溫度改變時(shí)，傳感器的輸出電阻也隨之改變。傳感器的選擇應(yīng)基于要進(jìn)行的測量類型，以及應(yīng)用對精度和線性度的要求。

        幾乎所有的萬用表都可用于測量傳感器產(chǎn)生的電壓或電阻，但并非所有萬用表都能把電壓或電阻變換為物理測量值。例如，如果你用熱電偶測量溫度，就需要使用有自動(dòng)變換例程的萬用表。通過內(nèi)置變換，原始熱電偶測量結(jié)果就從電壓變?yōu)楸粶y溫度。

        除了使用帶自動(dòng)變換例程的儀器外，下面這些儀器特性可幫助對數(shù)據(jù)的采集和分析：

        儀器支持?jǐn)?shù)學(xué)等式，因此不支持的傳感器輸出也能在儀器中直接變換；

        在測量超出預(yù)期極限值時(shí)有硬件報(bào)警信號；

        儀器前端上有把許多測量點(diǎn)或傳感器接到一臺測量儀器的多路復(fù)用器；

        儀器提供能幫助 數(shù)據(jù)采集和分析的軟件。

采集和分析數(shù)據(jù)的軟件工具

        軟件工具能使你更容易地采集和分析數(shù)據(jù)。這些工具一般很容易與儀器連接，并提供無需編程的數(shù)據(jù)采集設(shè)置。最常用的數(shù)據(jù)分析工具之一是微軟公司的Excel。絕大多數(shù)PC上都配有Excel，它也得到最廣泛的使用。Excel 是極為強(qiáng)大的電子表應(yīng)用程序，它允許插入公式，并有許多內(nèi)置的制圖特性。有些廠商提供Excel插件(Plug-in)，以幫助數(shù)據(jù)的設(shè)置和采集。這些產(chǎn)品借用微軟的專業(yè)知識，可把所采集的數(shù)據(jù)直接送入該應(yīng)用程序。然后用微軟的內(nèi)置公式和制圖工具處理和繪制數(shù)據(jù)。圖1給出了在Excel中采集數(shù)據(jù)以及為進(jìn)行分析繪制圖形。

圖1：Microsoft Excel 中采集的數(shù)據(jù)
        有些儀器廠商提供獨(dú)立軟件工具，這些工具直接支持儀器，可幫助數(shù)據(jù)的采集和分析。這些產(chǎn)品容易與儀器連接，允許為特定測量配置每一個(gè)通道。它也能使用像標(biāo)定(scaling)和數(shù)學(xué)公式這些特性，從而能為了進(jìn)行數(shù)據(jù)分析很容易地處理數(shù)據(jù)，并能分別繪制經(jīng)過計(jì)算的通道測量結(jié)果。

        下面的三個(gè)步驟說明如何在不同負(fù)載條件下評估電源。所捕獲的數(shù)據(jù)是溫度、電壓和數(shù)字測量結(jié)果。在所有負(fù)載條件下，電壓輸出必須穩(wěn)定，并要同時(shí)保持產(chǎn)品機(jī)箱內(nèi)的最小溫升。

第一步：為測量配置通道

        在完成儀器連接后，你可建立新的配置，為電源中的不同測量掃描多個(gè)通道。首先選擇掃描中包括的通道，給予每一通道自己的名稱，選擇不同的測量功能、量程和分辨率。

        在圖2中，通道1001-1005設(shè)置為測量電源內(nèi)的不同電壓輸出，通道1006-1010配置為測量電源機(jī)箱內(nèi)不同位置的溫升。由于該儀器有熱電偶的自動(dòng)變換例程，因此不需要另外的變換。通道2001-2002用于讀取電源狀態(tài)。

圖2：為測量配置通道

        其它支持的測量包括各通道上的AC/DC電壓、2線和4線電阻、頻率、周期和AC/DC電流。

        用圖中Res欄規(guī)定DC電壓測量的分辨率和以攝氏度、華氏度或絕對溫度為單位的溫度測量標(biāo)度。標(biāo)度函數(shù)Mx + B 用于對各通道讀數(shù)施加增益和偏置。其中：

M=增益

x = 倍乘系數(shù)

B= 偏置

標(biāo)度讀數(shù) = (增益×測量結(jié)果)＋偏置

        這可用于定制的線性變換，對于校準(zhǔn)損耗、增益或偏置是非常有用的。

        要為每一通道設(shè)置報(bào)警。把各測量結(jié)果與報(bào)警限值比較，如果超出測量范圍，對測試結(jié)果進(jìn)行標(biāo)記。通道1001-1005具有用于電壓穩(wěn)定性的低?高報(bào)警設(shè)置。因此如果電壓輸出低于9.9DCV或高于10.1DCV，硬件報(bào)警 1 就被觸發(fā)。你在這里捕獲超出限制值的電壓測量點(diǎn)，如有必要，你也可以設(shè)置報(bào)警以關(guān)閉另一開關(guān)，切斷電源。

        通道1006-1010報(bào)警設(shè)置為控制機(jī)箱溫度。如果機(jī)箱內(nèi)溫度過高 ，硬件報(bào)警2被觸發(fā)，閉合開關(guān)以提高變速風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。當(dāng)溫度降到低于下限值時(shí)，報(bào)警3被觸發(fā)，把變速風(fēng)扇再次調(diào)整到低速。

        可為分析的目的增加計(jì)算通道。計(jì)算通道支持基本數(shù)學(xué)運(yùn)算、功率方程和應(yīng)力方程：

        數(shù)學(xué)運(yùn)算：加、減、乘、除、平方、平方根。

        功率方程：dBM、dBV

        應(yīng)力方程：全橋(撓度)、半橋(撓度)、四分之一橋

第二步：配置掃描

        具有掃描配置的靈活性始終是一件好事情。該軟件包上有幾種選擇：你可立即開始掃描，在觸發(fā)時(shí)開始掃描，或指定開始掃描的日期和時(shí)間，你也能確定何時(shí)完成掃描。你可以在數(shù)日內(nèi)，甚至數(shù)周內(nèi)運(yùn)行掃描，以保證產(chǎn)品的可靠性。

        該掃描可以在24 小時(shí)的周期內(nèi)運(yùn)行，因此能在長的時(shí)間周期內(nèi)評估數(shù)據(jù)。

第三步：采集數(shù)據(jù)，為顯示和分析制圖

        一旦掃描開始，你就有幾種如何顯示數(shù)據(jù)的選擇。你可實(shí)時(shí)地一邊采集一邊監(jiān)視數(shù)據(jù)，也可等到采集完全部數(shù)據(jù)后，再把它輸出到另一種分析工具。

圖3：數(shù)據(jù)制圖

        圖3中有兩幅不同的顯示圖形，你能在一幅圖上看到電壓測量結(jié)果，在另一幅圖上看到溫度測量結(jié)果。注意被測溫度如何直接用工程單位顯示。為便于辨別，不同通道用不同的顏色顯示。圖形數(shù)據(jù)使你更容易分析數(shù)據(jù)，你能從圖上識別異常現(xiàn)象，進(jìn)行通道比較和看到變化趨勢。該工具支持具有統(tǒng)計(jì)和附加顯示選項(xiàng)的帶狀圖和柱狀圖，包括數(shù)據(jù)標(biāo)記和報(bào)警指示，以及在單通道的AVG、MIN和MAX結(jié)果。

本文總結(jié)

        綜上所述，光是采集數(shù)據(jù)往往是不夠的，使用正確的測量硬件和軟件工具能使工作更容易，也使數(shù)據(jù)更有意義。所使用的儀器應(yīng)包括的特性有自動(dòng)變換例程、數(shù)學(xué)運(yùn)算功能、報(bào)警和多通道輸入。提供軟件工具的儀器也使數(shù)據(jù)采集分析的設(shè)置和執(zhí)行更加容易，軟件工具能幫助你配置測量設(shè)備，捕獲用于分析和顯示的數(shù)據(jù)。