什麼是數據採集系統
數據採集器（Data Acquisition System，簡稱 DAQ） 是一種用來收集、測量、記錄及處理物理現象或實驗數據的裝置或系統。它的主要功能是將來自各種感測器的類比訊號轉換成數位訊號，讓電腦或控制系統可以進一步處理與分析。
🔧 數據採集器的主要功能如下：
1. 訊號擷取：
• 接收來自感測器（如溫度、壓力、力、位移、電壓等）的輸出訊號。
• 這些訊號多為類比信號（Analog），需轉換成數位格式（Digital）才能由電腦處理。
2. 類比數位轉換（A/D 轉換）：
• 把類比訊號轉為電腦能理解的數位訊號。
• 資料的**解析度（如 12-bit、16-bit）與取樣速率（如 10kHz、100kHz）**會影響數據品質。
3. 即時監控與記錄：
• 實時顯示感測數據。
• 可設定觸發條件自動記錄特定狀況下的數據。
4. 數據儲存與匯出：
• 將數據儲存至內建記憶體或外部儲存裝置（如 USB、電腦）。
• 常支援匯出為 Excel、CSV、TXT 等格式。
5. 資料分析與整合：
• 有些高階的 DAQ 系統還可直接進行資料運算、統計、波形分析。
• 可整合至測試系統中進行自動化控制（如 LabVIEW 控制流程）。
🏭 應用範圍舉例：
• 工業自動化：監控壓力、流量、電流、溫度等參數。
• 測試設備：如你的公司「光磊企業」的奈米壓痕、油壓與環境測試設備中，即可能使用數據採集器來紀錄實驗數據。
• 研究實驗：科學實驗、材料測試等數據收集。
• 車輛測試：如動態性能分析、震動測試。
數據採集系統的元件
現代數位數據採集系統由四個基本元件組成，它們構成了整個物理現象的測量鏈：
n 感測器
n 信號調節
n 模數轉換器
n 帶有 DAQ 軟體的電腦，用於數據記錄和分析
典型的數據採集系統具有多個信號調節電路通道，這些電路提供外部感測器和 A/D 轉換子系統之間的介面。
數據採集系統測量什麼？
數據採集系統主要用於測量物理現象，例如：
n 溫度
n 電壓
n 當前
n 應變和壓力
n 衝擊和振動
n 距離和位移
n RPM、角度和離散事件
n 重量
請注意，數據採集系統還可以測量其他幾種指標，包括光和圖像、聲音、品質、位置、速度等。
數據採集的目的
數據採集系統的主要目的是獲取和存儲數據。但它們也旨在提供數據的即時和記錄后可視化和分析。此外，大多數數據採集系統都內置了一些分析和報告生成功能。
最近的一項創新是數據採集和控制的結合，其中高品質的 DAQ 系統與即時控制系統緊密連接並同步。您可以在相關文章“將數據採集與即時控制系統合併”中閱讀有關此主題的更多資訊。
當然，不同應用中的工程師有不同的要求，但這些關鍵功能以不同的比例存在：
n 數據記錄
n 數據存儲
n 實時數據可視化
n 錄製後數據審查
n 使用各種數學和統計計算進行數據分析
n 報告生成
n 數據採集儀器也廣泛用於監控應用。這些例子是：
n 監測複雜機械的狀況，如發電機、電機、風扇等。
n 監測橋樑、體育場等建築物的結構特性。
n 監控生產過程中的能耗和能源效率。
n 以及許多其他監控場景。
數據採集系統的重要性
數據採集系統或 DAQ 設備在產品測試中是必不可少的，從汽車到醫療設備 - 基本上，人們使用的任何機電設備。
在數據採集之前，產品以非結構化、高度主觀的方式進行測試。例如，在汽車中測試新的懸架時，工程師通常依賴於測試駕駛員關於懸架對他們“感覺”的看法。
隨著可以從各種感測器收集數據的數據採集系統的發明和發展，這些主觀意見被客觀測量所取代。這些可以很容易地重複、比較、數學分析，並以多種方式可視化。
數據採集系統的基本類型
當今的數據採集系統有多種形式和風格：
n 手持式數據採集系統
n 可攜式資料採集系統（帶有內置電腦、儲存和顯示器）
n 模組化數據採集系統
n 機架式數據採集系統
測量過程
數據採集是將真實世界信號轉換為數位域以進行顯示、存儲和分析的過程。因為物理現象存在於模擬域中，即我們生活的物理世界中，所以必須首先在那裡測量它們，然後再將其轉換為數位域。
這個過程是使用各種感測器和信號調節電路完成的。如上所述，輸出由模數轉換器 （ADC） 採樣，然後以基於時間的流寫入數位存儲介質。我們通常將此類系統稱為測量系統。
感測器或換能器
測量物理現象，例如溫度、聲源水準或持續運動引起的振動，從感測器開始。感測器也稱為換能器。感測器將物理現象轉換為可測量的電信號。
感測器在我們的日常生活中得到廣泛應用。例如，常見的水銀溫度計是一種用於測量溫度的非常古老的感測器。在封閉管中使用有色汞，依賴於這種化學物質對溫度變化具有一致和線性反應的事實。通過用溫度值標記管子，我們可以查看溫度計並了解溫度是多少，但精度有限。
當然，除了視覺輸出之外，沒有模擬輸出。這種原始溫度計雖然在烤箱或廚房窗戶外很有用，但對於數據採集應用並不是特別有用。
因此，已經發明瞭其他類型的感測器來測量溫度，例如熱電偶、熱敏電阻、RTD（電阻溫度檢測器），甚至紅外溫度檢測器。每天有數以百萬計的感測器在各種應用中工作，從汽車儀錶板上顯示的發動機溫度到製藥過程中測量的溫度。幾乎每個行業都以某種方式使用溫度測量。
當然，還有許多其他類型的感測器被發明來測量另一種物理現象：
n 稱重感測器：用於測量重量和負載
n LVDT 感測器：LVDT 用於測量距離位移
n 加速度計：測量振動和衝擊
n 麥克風：用於測量聲音，
n 應變片：測量物體上的應變，例如測量力、壓力、張力、重量等，
n 電流感測器：用於測量交流或直流電流，
n 以及無數其他。
根據感測器的類型，其電氣輸出可以是電壓、電流、電阻或其他隨時間變化的電氣屬性。