Datainsamling (DAQ)

DAQ står för Data Acquisition, vilket på svenska betyder datainsamling eller mätdataregistrering. Det innebär att fysiska mätstorheter registreras med sensorer och omvandlas till digitala mätvärden som kan överföras, lagras och analyseras. DAQ-system används för att mäta exempelvis temperatur, spänning, ström, töjning, vibration och acceleration. De är viktiga inom industriell automation, forskning, utveckling, provbänkar och tillståndsövervakning. Althen erbjuder både kompakta och modulära datainsamlingssystem för tillförlitlig registrering och analys av mätdata.

Ett DAQ-system registrerar elektriska signaler från sensorer och omvandlar dem till digitala mätvärden.

Först omvandlar sensorn en fysisk storhet, exempelvis temperatur, kraft eller acceleration, till en elektrisk signal. DAQ-systemets ingångsmodul anpassar därefter signalen genom signalkonditionering, till exempel förstärkning eller filtrering.

En A/D-omvandlare digitaliserar signalen så att mätvärdena kan överföras till en dator eller ett överordnat system.

Med lämplig mätprogramvara kan data visualiseras, registreras, lagras och analyseras. Althens DAQ-lösningar används bland annat för industriella tester, kvalitetskontroll och kontinuerlig maskinövervakning.

Vilka sensorer som kan anslutas till ett DAQ-system beror på ingångsmodulernas funktioner och signaltyper. Althens datainsamlingssystem kan, beroende på modell, användas med töjningsgivare (DMS), lastceller, IEPE-accelerometrar, vibrationssensorer och termoelement. Det finns även moduler för mätning av spänning, ström och resistans.

Multifunktionella DAQ-enheter som MonoDAQ-U-X kan registrera flera typer av analoga sensorsignaler med samma enhet. Modulära IOLITE-system kan kombineras med specialiserade ingångsmoduler för olika mätuppgifter. Vid val av DAQ-system bör sensorns signalnivå, matningsbehov, samplingsfrekvens och krav på galvanisk isolation kontrolleras.

Den samplingsfrekvens som behövs för ett DAQ-system beror på hur snabbt den uppmätta signalen förändras och vilka frekvenser som ska analyseras.

Långsamt varierande mätstorheter, exempelvis omgivningstemperatur, kan ofta registreras med en låg samplingsfrekvens. För vibrationsmätning, accelerationsmätning och dynamiska belastningsprov krävs vanligtvis betydligt högre samplingsfrekvenser.

Enligt Nyquists princip måste samplingsfrekvensen vara högre än dubbla den högsta signalfrekvens som ska registreras. I praktiken behöver även filtrering, önskad analysnoggrannhet och transienter beaktas.

Althens DAQ-enheter erbjuder olika samplingsfrekvenser. MonoDAQ-U-X kan exempelvis registrera upp till 50 kS/s vid användning av en kanal, medan vissa IOLITE-moduler erbjuder upp till 40 kS/s per kanal.

Upplösningen hos ett DAQ-system beskriver hur många digitala nivåer A/D-omvandlaren kan använda för att representera en analog mätsignal. En 16-bitars A/D-omvandlare har 65 536 möjliga digitala nivåer, medan en 24-bitars omvandlare har betydligt fler nivåer. En högre upplösning gör det teoretiskt möjligt att urskilja mindre signalförändringar, men garanterar inte automatiskt högre mätnoggrannhet.

Den praktiskt användbara upplösningen beror även på elektriskt brus, ingångsområde, signalkonditionering och sensorns egenskaper. Althens datainsamlingssystem finns, beroende på modell, med 16- eller 24-bitars A/D-omvandlare för olika krav på mätprestanda.

Ett modulärt DAQ-system kan anpassas efter en specifik mätuppgift och byggas ut när nya mätbehov uppstår. Olika ingångsmoduler kan kombineras för att registrera exempelvis töjning, vibration, temperatur, spänning eller ström. Det gör det möjligt att bygga ett gemensamt datainsamlingssystem för flera olika sensortyper. En viktig fördel är skalbarheten. Antalet mätkanaler kan utökas utan att hela mätsystemet behöver ersättas.

Althens IOLITE-system erbjuder en modulär arkitektur med EtherCAT-kommunikation, vilket även möjliggör decentraliserad datainsamling. Modulära DAQ-system lämpar sig särskilt för provbänkar, forskning, industriell automation och tillståndsövervakning med många mätpunkter.

EtherCAT är ett industriellt kommunikationsprotokoll som möjliggör snabb och deterministisk överföring av mätdata mellan nätverksanslutna enheter. I Althens IOLITE-system används EtherCAT för att ansluta flera DAQ-moduler till samma datainsamlingssystem. Modulerna kan seriekopplas med lämpliga nätverkskablar och placeras nära respektive sensor. Detta förenklar uppbyggnaden av distribuerade mätsystem och gör det möjligt att registrera data från flera mätpunkter.

EtherCAT är särskilt lämpligt när låg kommunikationsfördröjning, synkronisering och skalbar systemarkitektur är viktiga. Beroende på IOLITE-modell kan mätdata behandlas med Dewesoft-programvara eller överföras till en kompatibel EtherCAT-master.

Det maximala avståndet mellan DAQ-moduler beror på kommunikationsgränssnitt, enhetsmodell och kabelspecifikation. För flera av Althens EtherCAT-baserade IOLITE-enheter är avstånd på upp till 50 meter mellan två intilliggande moduler möjliga. Det gör det möjligt att installera datainsamlingsmoduler nära sensorer som är utspridda över en maskin, produktionsanläggning eller större provbänk.

Vid installation måste lämplig kabeltyp, skärmning, strömförsörjning och tillverkarens anslutningsanvisningar beaktas. Avståndet på 50 meter avser specificerade förbindelser mellan kompatibla IOLITE-enheter och gäller inte automatiskt för alla DAQ-system.

Decentraliserad datainsamling innebär att DAQ-moduler placeras nära sensorerna i stället för att alla analoga sensorsignaler leds till en central mätenhet. Detta gör det möjligt att hålla känsliga analoga signalkablar korta. Efter signalkonditionering och digitalisering kan mätdata överföras digitalt via ett nätverk, exempelvis EtherCAT. Fördelarna omfattar enklare kabeldragning, flexibel installation och möjlighet att bygga ut system med fler mätpunkter.

Decentraliserad mätdataregistrering är särskilt användbar inom stora produktionsanläggningar, provbänkar, maskinövervakning och strukturell övervakning. Althens modulära IOLITE-system kan användas för att bygga distribuerade DAQ-lösningar anpassade efter applikationens behov.

Ja, Althen erbjuder DAQ-moduler för direkt anslutning av töjningsgivare och töjningsgivarbaserade sensorer. IOLITEi-1xSTG är exempelvis en specialiserad modul för töjningsmätning som stöder kvarts-, halv- och helbryggskopplingar. Den har intern bryggkomplettering för töjningsgivare med 120 eller 350 Ω. Även den multifunktionella DAQ-enheten MonoDAQ-U-X kan användas för töjningsmätning och anslutning av upp till två helbryggor.

Vid mätning med töjningsgivare är korrekt bryggmatning, signalbehandling, kabeldragning och kalibrering viktigt. Althen hjälper dig att välja rätt DAQ-modul för töjningsmätning, materialprovning och belastningsövervakning.

Ja, ett DAQ-system kan registrera flera olika mätstorheter inom samma mätsystem, förutsatt att hårdvaran stöder de aktuella sensorsignalerna. Multifunktionella DAQ-enheter som MonoDAQ-U-X kan användas för mätning av spänning, ström, temperatur, resistans och töjning. Modulära datainsamlingssystem kan dessutom kombinera specialiserade ingångsmoduler för exempelvis IEPE-sensorer, accelerometrar och töjningsgivare.

Detta gör det möjligt att analysera samband mellan olika fysiska storheter inom samma test eller övervakningssystem. Om flera kanaler ska registreras exakt samtidigt måste även systemets kanalsynkronisering, multiplexering och tillgängliga samplingsfrekvens kontrolleras.

Både DAQ-system och dataloggrar används för att registrera och lagra mätdata, men deras typiska användningsområden skiljer sig åt. En datalogger är ofta utformad för självständig registrering och lagring av mätvärden under längre tidsperioder. Den används exempelvis för temperaturövervakning och långsamma processförändringar. Ett DAQ-system är ofta mer inriktat på flexibel sensoranslutning, hög samplingsfrekvens, synkronisering av mätkanaler och avancerad dataanalys via programvara. Gränsen mellan systemen är inte absolut, eftersom moderna dataloggrar och DAQ-enheter kan ha överlappande funktioner. Rätt lösning beror på samplingsfrekvens, antal mätkanaler, sensortyper, krav på lagring och hur mätdata ska analyseras.

Althens MonoDAQ- och IOLITE-system stöds av Dewesoft, en programvaruplattform för datainsamling, visualisering och analys av mätdata. Med programvaran kan användaren konfigurera mätkanaler, välja mätområden och registrera data från anslutna sensorer. Dewesoft erbjuder även funktioner för visualisering, lagring, signalanalys och export av mätresultat. Beroende på modell kan EtherCAT-baserade IOLITE-moduler även integreras med kompatibla standard-EtherCAT-mastrar. Kombinationen av DAQ-hårdvara och mätprogramvara lämpar sig för industriella provbänkar, forskning, kvalitetskontroll och tillståndsövervakning.

MonoDAQ-U-X är en kompakt, multifunktionell USB-enhet för datainsamling som lämpar sig för mätuppgifter med olika analoga signaler. Enheten kan användas för mätning av spänning, ström, temperatur, resistans och töjning. Den har galvaniskt isolerad signalkonditionering och ansluts till en dator via USB-C. MonoDAQ-U-X erbjuder upp till 50 kS/s samplingsfrekvens vid mätning med en kanal och har en 16-bitars A/D-omvandlare.
Typiska applikationer är industriella tester, provbänkar, kvalitetskontroll, utveckling av elektronik och tillståndsövervakning. Tack vare sin kompakta konstruktion och flexibla ingångar är MonoDAQ-U-X särskilt användbar när flera typer av mätningar ska utföras med en enda DAQ-enhet.

För tillståndsövervakning av maskiner är DAQ-system med ingångar för accelerometrar, IEPE-sensorer och vibrationsgivare särskilt lämpliga. Dessa sensorer kan användas för att registrera maskinvibrationer, övervaka lager och analysera dynamiska belastningar. Genom att kombinera lämpliga sensorer med ett DAQ-system och analysprogramvara kan förändringar i vibrationsnivåer och frekvensinnehåll identifieras. Detta kan bidra till att upptäcka avvikande maskinbeteende och stödja förebyggande underhåll.

Althens modulära IOLITE-system kan anpassas för mätning på flera maskiner eller distribuerade mätpunkter. Vid val av DAQ-lösning bör sensorernas frekvensområde, samplingsfrekvens, antal kanaler, synkronisering och behov av kontinuerlig datalagring beaktas.