Was ist Datenerfassung?

Geschrieben von Grant Maloy Smith, dem Datenerfassungsexperten

In diesem Artikel befassen wir uns mit der Datenerfassung, und zwar so detailliert, dass Sie:

• sehen, was Datenerfassung ist;
• lernen, was die wesentlichen Funktionen und Möglichkeiten der Datenerfassung sind;
• verstehen, wie und wozu die Datenerfassung heute eingesetzt wird.

Was ist Datenerfassung?

Wenn wir von Datenerfassung sprechen – meist abgekürzt als DAQ oder DES –, meinen wir damit den Vorgang, physikalische Phänomene zu messen und die Messdaten zu Analysezwecken aufzuzeichnen. 

Es ist allgemein akzeptiert, dass sich die Datenerfassung von früheren Formen der Datenaufzeichnung auf Band oder Diagrammpapier unterscheidet. Im Gegensatz zu diesen Methoden werden die analogen Eingangssignale in digitale Daten konvertiert und dann auf ein digitales Medium wie ROM, Flash-Medien oder Festplattenlaufwerke aufgezeichnet.

Moderne digitale Datenerfassungssysteme umfassen vier wesentliche Komponenten, die die komplette Messkette für physikalischen Phänomene bilden: 

• Sensoren (siehe Leitfaden „Was ist ein Sensor?“)
• Messverstärker (siehe Leitfaden „Was ist Signalaufbereitung?“)
• Analog-Digital-Wandler (siehe Leitfaden „Was ist ein A/D-Wandler?“)
• Computer mit DAQ-Software für die Protokollierung und Analyse der Signale

Elemente eines modernen digitalen Datenerfassungssystems

Ein typisches Datenerfassungssystem (DAQ-System) verfügt über mehrkanalige Signalaufbereitungsschaltungen, die die Schnittstelle zwischen externen Sensoren und dem A/D-Wandler-Subsystem bilden. 

Dewesoft bietet benutzerfreundliche moderne digitale Datenerfassungssysteme für einfache, aber auch für anspruchsvollste Test- und Messanwendungen

Was misst ein DAQ-System?

Data acquisition systems are principally in the business of measuring physical phenomena such as:

• Temperatur (siehe Temperaturmessung mit Thermoelementen)
• Spannung
• Strom
• Dehnung und Druck (siehe Leitfaden „Dehnungs- und Druckmessung")
• Erschütterung und Vibration
• Abstand und Weg
• Drehzahl, Winkel und diskrete Ereignisse
• Gewicht (siehe Leitfaden „Gewichtsmessung).

Beachten Sie, dass es noch diverse andere Messgrößen gibt, die mit dem Datenerfassungssystem gemessen werden können, wie Licht und Bilder, Schall, Masse, Position, Geschwindigkeit usw. 

Die Zwecke der Datenerfassung

Der Hauptzweck von Datenerfassungssystemen ist die Erfassung und Speicherung von Daten. Sie sollen aber auch die Visualisierung und Analyse der Daten in Echtzeit sowie nach der Aufzeichnung erlauben. Darüber hinaus stellen die meisten Datenerfassungssysteme einige integrierte Analyse- und Berichterstellungsfunktionen zur Verfügung. 

Zu den aktuellsten Innovationen zählt die Kombination von Datenerfassung und Steuerung, bei der ein DAQ-System eng mit einem Echtzeit-Steuerungssystem verbunden und synchronisiert ist. Mehr zu diesem Thema erfahren Sie im Artikel „Zusammenführung der Datenerfassung mit einem Echtzeit-Steuerungssystem“.

Ingenieure aus verschiedenen Bereichen stellen natürlich unterschiedliche Anforderungen, einige Schlüsselfunktionen jedoch sind – in unterschiedlichen Gewichtungen – immer vorhanden:

• Datenaufzeichnung
• Datenspeicherung
• Datenvisualisierung in Echtzeit
• Datenprüfung nach der Aufzeichnung
• Datenanalyse unter Verwendung diverser mathematischer und statistischer Berechnungen
• Berichterstellung

Dewesoft-Datenerfassungssysteme bieten eine integrierte Komplettlösung für die Erfassung, Speicherung, Visualisierung und Analyse von Daten und die Berichterstellung

Die Bedeutung von Datenerfassungssystemen

Datenerfassungssysteme (oder DAQ-Geräte) spielen bei der Prüfung von Produkten, von Automobilen bis hin zu Medizinprodukten – ja, eigentlich aller aller gebräuchlichen elektromechanischen Geräte –, eine wesentliche Rolle.

Bevor die Datenerfassung üblich war, wurden Produkte nur auf unstrukturierte und sehr subjektive Weise geprüft. Beim Test einer neuen Aufhängung für ein Kraftfahrzeug verließen sich die Ingenieure zum Beispiel oft einfach auf das „Gefühl“ von Testfahrern.

Mit der Erfindung und Entwicklung von Datenerfassungssystemen, die Daten von einer großen Vielfalt von Sensoren sammeln konnten, wurden solche subjektive Meinungen durch objektive Messungen ersetzt. Diese konnten leicht wiederholt, verglichen, mathematisch analysiert und auf vielfältige Weise visualisiert werden.

Beispiel für ein Testszenario, bei dem ein Datenerfassungssystem von Dewesoft im Rahmen eines Extremlasttests an einem Lkw zur Aufzeichnung, Speicherung und Analyse der Messdaten verwendet wird

Niemand würde heute in Erwägung ziehen, Kraftfahrzeuge – egal, ob groß oder klein –, Flugzeuge, medizinische Geräte, Großmaschinen usw. zu fertigen, ohne ein Datenerfassungssystem zur objektiven Messung ihrer Leistung, Sicherheit und Zuverlässigkeit einzusetzen.

Das Messverfahren

Datenerfassung ist der Prozess der Umwandlung physischer Signale in digitale Daten zum Zweck ihrer Anzeige, Speicherung und Analyse. Da physikalische Phänomene im analogen Bereich existieren, d. h. in der physischen Welt, in der wir leben, müssen sie zunächst dort gemessen und dann in den digitalen Bereich übertragen werden. 

Bei diesem Prozess kommt eine Vielfalt von Sensoren und Messverstärkern zum Einsatz. Deren Ausgangssignale werden von Analog-Digital-Wandlern (ADC) abgetastet und dann, wie oben erwähnt, als zeitdiskrete Signale in ein digitales Speichermedium geschrieben. Solche Systeme nennen wir üblicherweise Messsysteme.

Schematische Darstellung eines kompletten analogen Datenerfassungssystems

Schauen wir uns nun die einzelnen Elemente dieser Kette genauer an:

• Sensoren oder Wandler 
• Messverstärker
• Isolation/galvanische Trennung
• Filter
• Analog-Digital-Wandler (ADC)
• Datenspeicherung
• Datenvisualisierung
• Datenanalyse

Sensoren oder Wandler

Die Messung eines physikalischen Phänomens wie einer Temperatur, eines Schallpegels oder einer durch konstante Bewegung verursachten Schwingung beginnt mit einem Sensor. Ein Sensor wird auch als Wandler (engl. transducer) bezeichnet, da er ein physikalisches Phänomen in ein messbares elektrisches Signal umwandelt. 
Sensoren sind auch in unserem täglichen Leben anzutreffen. Das weit verbreitete Quecksilberthermometer zum Beispiel ist ein sehr alter Sensortyp, der zur Temperaturmessung dient. Es verwendet gefärbtes Quecksilber in einem geschlossenen Röhrchen und nutzt den Umstand, dass dieses Element konsistent und linear auf Temperaturänderungen reagiert. Versieht man das Röhrchen mit einer Skala, dann kann man die Temperatur mit begrenzter Genauigkeit ablesen.

Das klassische Thermometer wird seit Jahrhunderten zur Temperaturmessung verwendet

Natürlich gibt es kein anderes analoges Ausgangssignal als das optische. Diese Art von primitivem Thermometer ist zwar nützlich für den Ofen oder vor dem Küchenfenster, für Datenerfassungszwecke jedoch nicht wirklich geeignet. 

Deshalb wurden andere Sensortypen zum Messen von Temperaturen entwickelt, wie Thermoelemente, Thermistoren, Widerstandsthermometer (RTD) und sogar Infrarot-Temperaturfühler. Millionen dieser Sensoren kommen täglich in allen möglichen Anwendungen zum Einsatz, von der Motortemperaturmessung mit Anzeige auf dem Armaturenbrett in unseren Autos bis hin zur Temperaturmessung in der pharmazeutischen Produktion. Praktisch jede Branche nutzt die Temperaturmessung in irgendeiner Weise.

temperature measurement in some way.

Temperatursensoren (von links nach rechts): Thermoelement, Thermistoren, Widerstandsthermometer (RTD)

• Wägezellen zur Messung von Gewichten und Lasten;
• Differentialtransformatoren (LVDT) zur Wegemessung;
• Beschleunigungssensoren zur Messung von Vibrationen und Erschütterungen;
• Mikrofone zur Schallmessung; 
• Dehnungsmessstreifen zur Messung der Dehnung von Objekten (z. B. zur Messung von Kraft, Druck, Spannung, Gewicht usw.);
• Stromsensoren zur Messung von Wechsel- oder Gleichstrom
• und unzählige weitere.

Je nach Art des Sensors kann das elektrische Ausgangssignal eine Spannung, ein Strom, ein Widerstand oder ein anderer zeitvariabler elektrischer Parameter sein. Der Ausgang solcher analogen Sensoren ist üblicherweise mit dem Eingang eines Messverstärkers verbunden, auf den wir im nächsten Abschnitt näher eingehen werden.

Messverstärker

Messverstärker haben die Aufgabe, die Ausgangssignale analoger Sensoren für die digitale Abtastung vorzubereiten.

Um beim Beispiel des Thermoelements zu bleiben, muss die Signalaufbereitungsschaltung das Ausgangssignal des Sensors linearisieren sowie eine Isolation und Verstärkung bieten, um die sehr niedrige Spannung für die Digitalisierung auf einen Nennpegel zu bringen.

Von der analogen Signalquelle zu digitalisierten Signalen, die zur Verarbeitung durch Computer und Software geeignet sind

Alle Messverstärker werden von den Herstellern dafür entwickelt, die elementare Normalisierung eines Sensorausgangssignals durchzuführen, um seine Linearität und seine Treue gegenüber den Quellenphänomenen zu gewährleisten, und es für die Digitalisierung vorzubereiten. Und da jeder Sensortyp unterschiedlich ist, müssen die Messverstärker perfekt auf sie abgestimmt sein.

Isolationssperren (galvanische Trennung)

Unter der auch als galvanische Trennung bezeichneten elektrischen Isolation versteht man das Vermeiden der elektrischen Leitung zwischen einem Schaltkreis und anderen elektrischen Spannungsquellen. Dies ist bei Messsystemen besonders wichtig, da die meisten Signale einen relativ niedrigen Pegel haben und von externen elektrischen Potentialen stark beeinflusst werden können, was dann zu falschen Messwerten führt. Störende Potentiale können sowohl Wechselspannungs- als auch Gleichspannungs-Potentiale sein.

Wird z. B. ein Sensor direkt auf einen geprüften Gegenstand (etwa ein Netzteil) aufgesetzt, der ein Potential über Masse hat (d. h. größer als 0 V), dann kann dies einen Gleichspannungs-Offset von hunderten Volt zum Signal hinzufügen. Elektrische Interferenzen (Rauschen) können auch in Form von Wechselspannungssignalen auftreten, die von anderen elektrischen Komponenten im Signalweg oder in der Testumgebung erzeugt werden. Im Raum befindliche Leuchtstoffröhren können zum Beispiel Störsignale mit einer Frequenz von 400Hz abgeben, die von sehr empfindlichen Sensoren aufgenommen werden können.

Deshalb verfügen die besten Datenerfassungssysteme über isolierte Eingänge, um die Integrität der Signalkette zu erhalten und sicherzustellen, dass die Ausgangssignale der Sensoren wirklich dem entsprechen, was gemessen wurde. Heute werden verschiedene Arten von Trenntechniken eingesetzt. 

Video zur Erläuterung der hohen galvanischen Trennung bei Dewesoft-Datenerfassungssystemen

Filter

Praktisch jedes Signal, das wir messen möchten, kann durch elektrische Interferenzen oder Rauschen beeinträchtigt werden. Dafür kommen zahlreiche Ursachen in Frage, einschließlich elektromagnetischer Felder in der Umgebung, die in Signalleitungen induzieren können, oder einfacher Spannungspotentiale zwischen dem Sensor oder Messsystem und dem Prüfling. Die besten Signalaufbereitungssysteme bieten daher eine Auswahl an Filtern, die der Ingenieur verwenden kann, um solche Störungen herauszufiltern und bessere Messergebnisse zu erhalten.

Dieses Schema zeigt die Anwendung eines Tiefpassfilters auf ein verrauschtes Analogsignal zum Herausfiltern der unerwünschten Frequenzen

Die Bezeichnung der Filter bezieht sich normalerweise auf das Frequenzband, das sie passieren lassen. Es gibt vier Grundtypen von Signalfiltern:

• Tiefpassfilter: Dieses Filter reduziert oder sperrt Signalanteile oberhalb einer gegebenen Frequenz (Grenzfrequenz).
• Hochpassfilter: Dieser Filter bewirkt das Gegenteil und lässt Signalanteile oberhalb der Grenzfrequenz passieren.
• Bandpass- und Bandsperrfilter: Diese Filter lassen Signalanteile zwischen zwei gegebenen Frequenzen entweder passieren oder sperren sie.

Die wichtigsten Filtertypen

Einige Filter, wie z. B. Anti-Aliasing-Filter, können nur im analogen Bereich angewendet werden, denn sobald ein durch Unterabtastung verursachtes Fehlsignal digitalisiert wurde, lässt sich das ursprüngliche „echte“ Signal nicht mehr reproduzieren. Fast alle anderen Filterungen können jedoch nach der Digitalisierung des Signals im digitalen Bereich (d. h. softwarebasiert) durchgeführt werden.

Ein wesentliches Kriterium für die Auswahl von Filtern ist deren Steilheit, die durch die Filterordnung (Polanzahl) definiert ist. Die Steilheit sagt aus, wie stark das Eingangssignal außerhalb des Durchlassbereichs des Filters abgeschwächt wird. Diese Dämpfung wird in dB/Dekade oder dB/Oktave angegeben.

Datenerfassungshardware von Dewesoft verfügt üblicherweise über die für die gemessenen Signaltypen erforderliche Tiefpassfilterung. Einige Messverstärker (z. B. Ladungsmessverstärker) bieten zusätzlich auch eine Hochpassfilterung. Die Eliminierung unerwünschter tieffrequenter Anteile ist besonders wichtig, wenn das gemessene Signal integriert oder doppelt integriert wird, da solche Anteile die abgeleiteten Geschwindigkeits- oder Wegwerte stark verzerren würden.

Sie haben wahrscheinlich auch schon von Filtertypen wie Bessel-, Butterworth-, Cauer- oder Tschebyscheff-Filtern gehört, um nur einige zu nennen. Da alle Filter das Signal naturgemäß selbst verzerren, haben einige Ingenieure im Laufe der Jahre eigene Filtertypen entwickelt, um die bestmöglichen Ergebnisse für ihre spezifischen Zwecke zu gewährleisten.

 

Filtertyp	Flankensteilheit	Welligkeit oder Verzerrung	Sonstige Vor- und Nachteile
Butterworth	Gut	Keine Welligkeit, aber Verzerrung durch Rechteckwellen (Hysterese)	Moderate Phasenverzerrung
Tschebyscheff	Steiler	Welligkeit im Durchlassbereich	Schlechtes Einschwingverhalten
Bessel	Gut	Kein Ringing oder Überschwingen bei nicht sinusförmigen Wellen	Erhöhte Phasenverzögerung
Cauer (elliptisch)	Am steilsten	Welligkeit im Durchlassbereich	Nichtlinearer Phasengang

Sie können sehen, dass bei all diesen Filtertypen Kompromisse eingegangen werden. Daher liegt es beim Ingenieur, den besten Filtertyp für die jeweilige Anwendung auszuwählen.

Die Software Dewesoft X stellt dem Benutzer eine breite Auswahl an Filteroptionen zur Verfügung, die alle oben genannten und andere umfasst. Es ist zu beachten, dass Softwarefilter nach der Messung angewendet (und sogar entfernt oder modifiziert) werden können. Damit stehen dem Ingenieur zahlreiche Werkzeuge zur zerstörungsfreien Analyse seiner Daten zur Verfügung. 

Filterkonfiguration in der Datenerfassungssoftware Dewesoft X

Mit der Software Dewesoft X können Messingenieure ihre Daten zunächst ungefiltert aufzeichnen und dann nach der Aufzeichnung und dem Abschluss des Versuchs verschiedene Filter anwenden und sogar Seite-an-Seite-Vergleiche mit dem Originalsignal durchführen. Durch diese Flexibilität steht ihnen ein leistungsstarkes und ausgesprochen einfach einzurichtendes Analysewerkzeug zur Verfügung, das die ungefilterten Rohdaten bewahrt und es dem Benutzer gleichzeitig ermöglicht, Filter nach Bedarf anzuwenden und einen zusätzlichen Datensatz für Analyse- oder Präsentationszwecke zu erstellen.

Analog-Digital-Wandler (ADC oder A/D-Wandler)

Die meisten physikalischen Messvorgänge erzeugen ein analoges Ausgangssignal. Damit dieses Signal vom Datenerfassungssystem angezeigt und gespeichert werden kann, muss es in digitale Hochgeschwindigkeitsdaten umgewandelt werden. Das geschieht mithilfe einer A/D-Karte oder eines A/D-Subsystems. 

Schematische Darstellung eines A/D-Wandlers – Umwandlung eines analogen Signals in digitale Werte

Es gibt diverse ADC-Typen, darunter gemultiplexte Systeme und solche mit je einem Wandler pro Kanal. In einem gemultiplexten ADC-System wird ein einziger Analog-Digital-Wandler dazu verwendet, mehrere analoge Signale gleichzeitig in digitale Werte zu konvertieren. Dazu werden die einzelnen Analogsignale in den A/D-Wandler gemultiplext. 

Dies ist kostengünstiger als die Verwendung eines ADC-Chips pro Kanal. Andererseits ist es aber nicht möglich, die Signale zeitlich genau zu synchronisieren, da immer nur ein Signal zur Zeit umgewandelt werden kann. Daher gibt es immer einen Zeitversatz zwischen den Kanälen. 

In den frühen Tagen der Datenerfassung waren 8-Bit-A/D-Wandler üblich. Heute sind 24-Bit-A/D-Wandler bei den meisten für dynamische Messungen ausgelegten Datenerfassungssystemen Standard, und 16-Bit gelten allgemein als minimale Amplitudenauflösung für die Digitalisierung von Signalen. 

Die Rate, mit der die Signale umgewandelt werden, wird als Abtastrate bezeichnet. Bestimmte Anwendungen, wie z. B. die meisten Temperaturmessungen, erfordern keine hohe Abtastrate, da sich die Messgrößen nicht sehr schnell ändern. Wechselspannungen und -ströme, Erschütterungen und Vibrationen und viele andere Messgrößen jedoch erfordern Abtastraten im Bereich von Zehn- oder Hunderttausenden von Samples pro Sekunde oder sogar mehr. Die Abtastrate wird als T- oder X-Achse der Messung betrachtet.

Abtastrate eines A/D-Wandlers

Was die Y- oder vertikale Achse betrifft, sind A/D-Wandler mit diversen Auflösungen erhältlich. Am gebräuchlichsten sind dabei heute Auflösungen von 16 und 24 Bit. Ein 16-Bit-A/D-Wandler kann ein Eingangssignal theoretisch mit einer vertikalen Auflösung von 65 535 (2^16 = 65 536) Werten digitalisieren. 
Diese Zahl wird tatsächlich durch Rauschen, Quantisierungsfehler und andere Faktoren reduziert, bietet aber einen guten Ausgangspunkt für Vergleiche. Da sich die Quantisierungsauflösung mit jedem zusätzlichen Bit effektiv verdoppelt, liefern Systeme mit 24-Bit-A/D-Wandlern eine Auflösung von 2^24 = 16 777 216. Das bedeutet, dass ein eingehendes Ein-Volt-Signal auf der Y-Achse in mehr als 16 Millionen Werten dargestellt werden kann.

A/D-Wandler, die hohe Abtastraten und eine hohe Auflösung der Amplitudenachse bieten, sind optimal für die Analyse dynamischer Signale wie Erschütterung und Vibration. Niedrige Abtastraten und eine hohe Auflösung der Amplitudenachse hingegen sind am besten für Thermoelemente und für Messgrößen geeignet, die einen großen Amplitudenbereich haben, deren Zustand sich aber nicht schnell ändert.

A/D-Wandler mit Anti-Aliasing-Filterung (AAF) sind für alle Anwendungen mit dynamischen Messungen von großem Vorteil, da sie Messfehler verhindern, die durch die Unterabtastung eines Signals verursacht werden. Dieses sogenannte Aliasing tritt auf, wenn durch eine zu geringe Abtastfrequenz bei einem sich schnell ändernden Signal ein Fehlsignal entsteht.

Ist die Abtastrate nicht hoch genug, dann kann sich das erfasste Signal stark vom tatsächlichen Signal unterscheiden
Bild mit freundlicher Genehmigung von WikiCommons

Nach der Umwandlung in digitale Werte werden unsere Signale (bzw. Messgrößen) vom Computer-Subsystem auf verschiedene Weise verarbeitet. Zunächst einmal können sie dem Testbediener auf dem Bildschirm des Systems zur optischen Kontrolle und Überprüfung angezeigt werden. Die meisten Datenerfassungssysteme visualisieren die Daten in mehreren gängigen Formaten, einschließlich eines Zeitverlaufsdiagramms (Y/T) und einer numerischen Anzeige. Viele heute auf dem Markt erhältliche Systeme bieten darüber hinaus aber auch andere Darstellungsarten, wie Balkendiagramme, XY-Graphen usw.

Datenspeicherung

Moderne Datenerfassungssysteme verwenden für die permanente Speicherung von Daten des ADC-Subsystems in der Regel ein Halbleiterlaufwerk (SSD) oder eine Festplatte (HDD). Das Schreiben der Daten auf einen Festspeicher ermöglicht auch ihre Analyse nach Abschluss des Tests. 

Die meisten DAQ-Systeme ermöglichen den Export der Daten in verschiedene Dateiformate zur anschließenden Analyse mit Software-Tools von Drittanbietern. Zu den gängigen Formaten zählen z. B. CSV (Comma Separated Values) und UNV (Universal File Format).

Die Datenerfassungssoftware Dewesoft X ist in der Lage, Daten in diese beiden und zahlreiche andere Formate zu exportieren. Sehen Sie sich hier eine vollständige Liste dieser Dateiformate  an.

Wechselbares Solid-State-Speichermodul mit hoher Kapazität in einem unserer SBOX-Computer zur Datenspeicherung und -verarbeitung

Datenvisualisierung und -anzeige

Zu den wichtigsten Funktionen jedes Datenerfassungssystems zählt die Fähigkeit, die Daten bereits während der Speicherung in Echtzeit zu visualisieren. Dazu verwenden die Systeme in der Regel einen integrierten oder separaten Flachbildschirm, der für eine Vielfalt optischer Formate konfiguriert werden kann.

Wellenformdaten können fast immer als YT-Wellenformen gegen einen Graphen oder ein Raster und in numerischer Form angezeigt werden. Zusätzlich stehen aber auch andere grafische Darstellungsformen (wie Balkendiagramme, FFT-Diagramme u. v. a.) zur Verfügung.

Die flexibelsten aktuellen DAQ-Systeme ermöglichen es dem Benutzer, eine oder mehrere Anzeigen mit Hilfe eingebauter grafischer Widgets auf einfache Weise frei zu konfigurieren.

Die Datenerfassungssoftware Dewesoft X bietet verschiedene vorinstallierte optische Anzeigen:

• Recorder: Horizontal-, Vertikal- und XY-Aufzeichnung
• Oszilloskop: Scope, Scope 3D, Vektorskop
• FFT: FFT, 3D-FFT, Harmonic FFT und Oktav
• Skalen: digital, analog, horizontaler/vertikaler Balken
• Graphen: 2D, 3D-Graph, Octave, Orbit, Campbell-Plot
• Video: Standard-Videoausgabe und Wärmebild-Videoausgabe mit Temperaturanzeige
• GPS: Positionsanzeige mit interaktiver Open-Street-Map-Ebenenunterstützung
• Steuerung: Schaltfläche, Schalter, Knopf, Schieberegler, Benutzereingabe
• Verbrennungsanalyse: p-v-Diagramm und Verbrennungsbereich
• Rotor-Balancer: für Feldausgleich
• Automobil: 3D-Polygon für Anzeige bewegter Objekte
• Luft- und Raumfahrt: Höhenanzeige und künstlicher Horizont
• DSA/NVH: Modalkreis
• Sonstige: 2D/3D-Tabelle, Bild, Text, Zeile, Überlastanzeige, Signalleuchte, Hinweis

Alle optischen Anzeigen bieten diverse Anpassungsoptionen und visuelles Feedback in Echtzeit.

Typische Bildschirmkonfiguration der Datenerfassungssoftware Dewesoft X, die auf den Datenerfassungssystemen von Dewesoft läuft und Messdaten anhand zahlreicher Graphen und visueller Widgets anzeigt, die vom Benutzer selbst ausgewählt werden können

Datenanalyse

Datenerfassungssysteme liefern eine wichtige optische Echtzeit-Referenz für den jeweiligen momentanen Teststatus. Nach der Speicherung im Datenerfassungssystem können die Daten zusätzlich aber auch mit im System integrierten Tools oder mit Datenanalysesoftware von Drittanbietern analysiert werden.

Wie bereits erwähnt, ist heute fast jedes auf dem Markt befindliche DAQ-System mit mehreren integrierten Datenexportfiltern ausgestattet, die das proprietäre Datenformat des Systems für die Offline-Analyse in Datenformate von Drittanbietern konvertieren.

Die DAQ-Systeme von Dewesoft bieten in der Datenerfassungssoftware Dewesoft X eine breite Palette von Datenanalysefunktionen

Grundlegende Arten von DAQ-Systemen

Es gibt zwei grundlegende Arten von Datenerfassungssystemen:

• schlüsselfertige Datenerfassungssysteme oder -geräte
• Do-it-yourself-DAQ-Entwicklungsplattformen

Schlüsselfertige Datenerfassungssysteme

„Schlüsselfertige“ oder integrierte Datenerfassungssysteme sind Geräte, für dessen Benutzung Prüftechniker nur minimal geschult zu werden brauchen. Die vollintegrierten Instrumente erfordern weder eine Montage noch die Verwendung einer Programmierumgebung oder von Programmiersprachen.

Schlüsselfertige Datenerfassungssysteme werden einsatzbereit an den Endbenutzer ausgeliefert, weisen allerdings im Vergleich mit Systemen, die buchstäblich für praktisch jeden Zweck programmiert werden können, oft nur einen relativ begrenzten Funktionsumfang auf. Moderne schlüsselfertige Datenerfassungssysteme, wie z. B. die Datenerfassungssysteme von Dewesoft, umfassen autonome Aufzeichnungssysteme, die für nicht-dynamische Anwendungen gedacht sind und oft als Datenlogger bezeichnet werden.

Do-it-yourself-Entwicklungsplattformen

Für Do-it-yourself-Entwicklungsplattformen steht die National Instruments Corporation (NI). Dieses Unternehmen bietet ein als LabVIEW bezeichnetes Softwarepaket an, das es Ingenieuren ermöglichen soll, ihre eigenen Datenerfassungssysteme zu entwickeln. LabVIEW basiert auf einer objektorientierten grafischen Programmiersprache. 

Die DAQ-Entwicklungsplattform LabVIEW von National Instruments

NI bietet eine breite Palette von Hardwareschnittstellen an, die mit ihrem Softwaresystem LabVIEW kompatibel sind. Dadurch entsteht ein Instrument, das vom Benutzer weder assembliert noch programmiert zu werden braucht. Jeder Ansatz hat jedoch seine Vor- und Nachteile.

Entwicklungsplattformen wie die von National Instruments bieten maximale Flexibilität, da mit ihnen alles maßgeschneidert werden kann. Andererseits muss der Benutzer aber im Wesentlichen sein eigenes System aufbauen und programmieren, und er ist anschließend nicht nur für dessen Wartung, sondern auch für alle Fehlerkorrekturen und gewünschten Verbesserungen verantwortlich.

Einen sehr guten Kompromiss stellen schlüsselfertige Datenerfassungssysteme dar, die einsatzbereit ausgeliefert werden, zugleich aber so flexibel sind, dass sie vom Endbenutzer ohne Programmieraufwand für eine Vielzahl von Anwendungen angepasst werden können. Solche Systeme werden von Dewesoft geliefert. Sie basieren auf dem Softwarepaket Dewesoft X, das im Lieferumfang aller Dewesoft-Messsysteme enthalten ist.

Das schlüsselfertige Datenerfassungssystem SIRIUS von Dewesoft ist so flexibel, dass es für jede moderne Datenerfassungsaufgabe verwendet werden kann

Andere Klassen und Typen von Datenerfassungssystemen – Datenerfassung für allgemeine Zwecke vs. Datenerfassung für spezifische Zwecke

Die meisten auf dem Markt verfügbaren Datenerfassungsgeräte sind universell einsetzbar, was bedeutet, dass sie für eine große Vielfalt an Anwendungen verwendet werden können. In diesem Sinne sind solche Systeme vergleichbar mit einem Multimeter oder Oszilloskop. Die Geräte von Dewesoft  zum Beispiel werden zum Testen von Automobilen, Kraftwerken, Flugzeugen, Fabrikausrüstung und unzähligen anderen elektromechanischen Systemen eingesetzt.

Andererseits gibt es aber auch Datenerfassungsgeräte, die für spezifische Anwendungen wie – um nur einige zu nennen  – Luft- und Raumfahrttelemetrie, Crashtests,  Leistungs- und Energietests oder biomedizinische Anwendungen entwickelt worden sind. Solche Datenerfassungsgeräte mit speziellem Verwendungszweck können an die jeweilige Betriebsumgebung angepasst werden und bieten die dort gegebenenfalls erforderlichen Berichterstellungsfunktionen.

DAQ-Hardware-Konfigurationen

Auch wenn alle DAQ-Systeme einige wesentliche Elemente umfassen, nämlich

• Messverstärker,
• A/D-Wandler, 
• Datenanzeige, 
• Datenspeicherung und 
• Datenverarbeitung, 

können ihre Konfigurationen stark variieren. In diesem Sinne gibt es diverse Grundkonfigurationen, die von verschiedenen Herstellern für ihre Produktlinien verwendet werden. 

Modulare Datenerfassungssysteme

In dieser Konfiguration sind die wesentlichen Elemente weitgehend voneinander getrennt und müssen über Kabel verbunden werden. Für die Datenverarbeitung, -speicherung und -anzeige wird in der Regel ein Rechner (z. B. ein Notebook oder ein Desktop-Computer) von einem Drittanbieter eingesetzt. 

Häufig liefert der Hersteller einen Messverstärker mit A/D-Wandler in einem externen Gehäuse, das über eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle (wie USB, Firewire, Ethernet usw.) mit dem Rechner verbunden wird. Bei anderen Systemen muss der A/D-Wandler über eine Standardschnittstelle wie PCI, PCIe, VXI o. ä. im Computer installiert werden.

Integrierte Datenerfassungssysteme

Bei dieser Konfiguration liefert der Hersteller eine einzige Hardwarekomponente, die alle wesentlichen Elemente – Messverstärker, A/D-Wandler, Datenspeicherung, Datenanzeige und Datenverarbeitung – umfasst.

Preise von Datenerfassungssystemen

Datenerfassungssysteme werden von zahlreichen Unternehmen angeboten und sind mit zahlreichen unterschiedlichen Funktionen und Spezifikationen erhältlich, so dass die Preise erheblich variieren können. Die aktuelle Liste der Firmen, die DAQ-Systeme anbieten, finden Sie im Leitfaden „Vollständige Liste der Datenerfassungsfirmen“.

Für eine allgemeine Übersicht über die ungefähren Preise der verschiedenen Klassen von Datenerfassungssystemen ist es sinnvoll, sich die Preise pro Kanal anzusehen. Die Preisangaben sind in USD (US-Dollar):

• Low-End-DAQ-Systeme liegen üblicherweise bei 200–500 $/Kanal.
• Mid-Range-DAQ-Systeme liegen üblicherweise bei 500–1000 $/Kanal.
• High-End-DAQ-Systeme liegen üblicherweise bei 1000–2000 $/Kanal.

Für Do-it-yourself-Datenerfassungssysteme können nicht einmal ungefähre Preisangaben gemacht werden, da sie eine Spanne abdecken, die von einigen wenigen Kanälen bis hin zu Systemen reicht, deren Entwicklung 10 Mannjahre gedauert haben kann und die mitunter Hunderte oder gar Tausende von Kanälen umfassen.