Grant Maloy Smith

lunedì 29 maggio 2023 · 0 min read

Quali tipi di sistemi di acquisizione dati troviamo sul mercato?

In questo articolo impareremo a conoscere i diversi tipi di sistemi di acquisizione dati digitali (DAQ):

  • Vedremo quali sono le principali varianti dei sistemi DAQ digitali

  • Scopriremo come questi tipi differiscono l'uno dall'altro e perché

  • Capiremo come e dove possono essere utilizzati

Introduzione

Oggi sul mercato esiste un'ampia varietà di sistemi di acquisizione dati digitali (DAQ). Sono disponibili in molteplici form factors, velocità, intervalli di frequenza di campionamento, tipi di ingresso del segnale e molti altri criteri. I sistemi DAQ coprono una gamma molto ampia di applicazioni di misura e/o di acquisizione e campionamento di segnali elettrici (da generici a molto specifici) il che influenza notevolmente i loro designs.

Sebbene il focus di questo articolo sia sui sistemi di acquisizione dati digitali, ci sono anche altri tipi di registratori di dati da che vale la pena menzionare:

  • Acquisitori di dati digitali

  • Data Logger

  • Data Recorder

  • Condizionatori di segnale

  • Oscilloscopi

  • Analizzatori di spettro

  • Analizzatori di vibrazione

Tipi di sistemi di acquisizione dati

Possiamo distinguere i tipi di sistemi di acquisizione dati digitali in base a diversi criteri importanti:

  • Sistemi di acquisizione dati per fattore di forma: dai piccoli moduli collegati al computer ai sistemi autonomi.

  • Sistemi di acquisizione dati per distribuibilità: modularità e interoperabilità dei nodi di acquisizione.

  • Sistemi di acquisizione dati per velocità: quanto velocemente possono campionare i dati.

  • Sistemi di acquisizione dati con protezione ambientale IP: la capacità di resistere a urti, vibrazioni, polvere, acqua e temperature estreme.

  • Sistemi di acquisizione dati di Control Capabilities: La capacità di integrarsi con i sistemi di controllo in tempo reale.

Tutti i sistemi di acquisizione dati menzionati di seguito offrono amplificatori di condizionamento del segnale (cioè circuiti di condizionamento del segnale) per il campionamento e la raccolta di dati da tutti i tipi di segnali analogici e sensori analogici come: estensimetri, IEPE, termocoppie, RTD, LVDT, tensione, corrente, ecc.

Scopri di più su i sistemi di acquisizione dati:

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Sistemi di acquisizione dati per fattore di forma

Uno dei modi più utili per ordinare l'ampia gamma di sistemi DAQ oggi sul mercato è per fattore di forma. L'hardware DAQ è disponibile in un'ampia varietà di dimensioni, da quelle che puoi tenere in mano ai sistemi da banco come anche i sistemi con montaggio su rack multi-chassis. Come ci si aspetterebbe, i sistemi più piccoli hanno meno canali di quelli più grandi.

I sistemi DAQ sono disponibili in una varietà di fattori di forma, tra cui:

  1. Moduli DAQ collegati al computer

  2. Sistemi di acquisizione dati autonomi (chiamati anche sistemi di acquisizione dati portatili con computer integrato)

  3. Sistemi di acquisizione dati con montaggio su rack

Moduli DAQ collegati al computer

I sistemi DAQ che si connettono al computer dell'utente sono generalmente meno costosi di quelli con computer integrati. Possono anche essere più piccoli e leggeri in virtù della mancanza di un computer e delle relative periferiche, come ad esempio uno o più dischi rigidi, una tastiera e un display. 

Dewesoft produce diversi moduli DAQ da collegare al computer:

SeriesInterface to PCTop Sample Rate/chFeatures
SIRIUSUSB 2.0EtherCAT200 kS/s or 1 MS/sSmall, with top performance signal conditioning, EtherCAT, and USB output.
SIRIUS WaterproofUSB 2.0EtherCAT200 kS/sWaterproof IP67 DAQ devices with top performance signal conditioning, EtherCAT, and USB output.
SIRIUS XHSUSB 3.0GLAN15 MS/sSmall, with the highest sample rate system available, highest bandwidth, and dynamic range.
DEWE-43AUSB 2.0200 kS/sHandheld, 8 universal analog inputs, 8 counters, 2 x CAN BUSx
SIRIUS miniUSB 2.0200 kS/sVery small, USB-powered, 4-channel IEPE, and Voltage data acquisition system.
R4-HUBUSB 2.0200 kS/s or 1 MS/sBenchtop accepts up to four SIRIUS signal conditioning slices for a total of up to 64 analog channels.
KRYPTONEtherCAT20 kS/s analog / 40 kS/s digital inputsTiny single-channel and very rugged single and multi-channel modules, extreme environment performance
IOLITE RackEtherCAT20 kS/s analog / 40 kS/s digital inputsBenchtop and rack-mounting, for real-time control applications
IOLITEEtherCAT40 kS/sTiny single- and multi-channel, distributable EtherCAT DAQ modules

Ciascuno di questi modelli di sistema DAQ si collega a un computer PC host utilizzando un'interfaccia dati USB, EtherCAT o GLAN (Ethernet). Il computer host deve eseguire il software di acquisizione dati DewesoftX che è incluso GRATUITAMENTE con tutto l' hardware DAQ Dewesoft.

Sistemi di acquisizione dati autonomi o portatili

Quando un computer viene aggiunto a un dispositivo DAQ, diventa un sistema di acquisizione dati autonomo, il che significa che non richiede alcun hardware aggiuntivo per eseguire la registrazione e l'analisi dei dati. Questi sistemi di solito hanno anche display e tastiere integrati, sebbene questi elementi possano essere collegati anche esternamente. L'archiviazione interna dei dati è sempre inclusa.

Dewesoft produce diversi sistemi di acquisizione dati stand-alone o all-in-one:

SeriesTop Sample Rate/chMax Channel CountFeatures
MINITAURs200 kS/s8 analog8 counter/encoder24 digital1 CAN busVery small stand-alone system. Display (optional) and keyboard are separate.
R1DB and R2DB200 kS/s or 1 MS/s16 analog8 counter/encoder24 digital1 CAN busSmallest benchtop unit, configurable with up to two SIRIUS DualCoreADC, SIRIUS HD, or SIRIUS HS DAQ modules. Built-in display, keyboard, and batteries.
R3200 kS/s or 1 MS/s32 analog16 counter/encoder48 digital2 CAN busBenchtop unit, configurable with 3 SIRIUS DualCoreADC, SIRIUS HD, or SIRIUS HS DAQ modules.
R4200 kS/s or 1 MS/s64 analog32 counter/encoder96 digital4 CAN busBenchtop unit, configurable with 4 SIRIUS DualCoreADC, SIRIUS HD, or SIRIUS HS DAQ modules. The display and keyboard are separate.
R8200 kS/s or 1 MS/s128 analog64 counter/encoder192 digital9 CAN busLarge benchtop unit, configurable with 8 SIRIUS DualCoreADC, SIRIUS HD, or SIRIUS HS DAQ modules. Optional built-in display and batteries
IOLITE LXUp to 40 kS/sUp to 8 IOLITE DAQ slotsEmbedded data acquisition system with ARM processor and Linux OS

Sistemi di acquisizione dati con montaggio su rack

Quando i sistemi DAQ devono essere installati in modo permanente, ad esempio in un laboratorio o in un banco di prova, ha senso inserirli in contenitori rack standard da 19”. Ciò fornisce protezione fisica per il sistema e per i cavi ed è particolarmente utile in applicazioni con un numero elevato di canali.

Dewesoft produce diversi sistemi DAQ compatibili con il montaggio su rack:

SeriesTop Sample Rate/chMax Channel CountFeatures
IOLITE R1240 kS/s12 slots for analog, digital I/O.Industrial EtherCAT compatible data acquisition and control system, configured with up to 19 IOLITE DAQ modules.
R3200 kS/s or 1 MS/s32 analog16 counter/encoder48 digital2 CAN busBenchtop unit, configurable with 3 SIRIUS DualCoreADC, SIRIUS HD, or SIRIUS HS DAQ modules.
R8with Rack-mount accessory200 kS/s or 1 MS/s128 analog64 counter/encoder192 digital9 CAN busLarge benchtop unit, configurable with 8 SIRIUS Dual-Core, SIRIUS HD, or SIRIUS HS DAQ modules. Optional built-in display and batteries.

Sistemi di acquisizione dati distribuiti

Cosa significa "distribuito"? La maggior parte degli ingegneri ha familiarità con il classico sistema DAQ che si trova su un banco di laboratorio. Ma che dire delle applicazioni caratterizzate dall’avere un numero cospicuo di punti di misura situati a una certa distanza l'uno dall'altro? In passato, queste applicazioni potevano essere gestite solo utilizzando più sistemi DAQ e quindi tentando di unire e sincronizzare i loro dati dopo il test in fase di post processing.

Oggi c'è un nuovo tipo di sistema DAQ. Un sistema di acquisizione dati distribuibile in grado di localizzare i moduli di ingresso intorno a una fabbrica o ad un'altra grande area o struttura. Questi sistemi DAQ sono progettati per avere una sincronizzazione incorporata tra tutte le unità di misura e i canali di ingresso. Digitalizzano i segnali direttamente nei punti di misura, inviando i dati digitali a un computer centrale, a un master EtherCAT o persino a un database centrale o database cloud.

La foto di esempio sotto mostra come i sistemi di acquisizione dati sono distribuiti su una vasta area. Questa distribuzione dei sistemi DAQ comporta diversi vantaggi:

  1. Cavo singolo che collega le unità hardware DAQ per alimentazione, sincronizzazione e dati.

  2. Le lunghezze dei cavi del sensore sono ridotte al minimo poiché i sistemi DAQ sono posizionati vicino ad essi. Questo migliora la qualità del segnale in generale, rimuovendo eventuali rumori. 

Sample schematic where our Dewesoft KRYPTON and SIRIUS DAQ devices can be distributed on larger test subjects like airplanes, excavators, bridges, etc. The devices are distributed using a single EtherCAT cable between devices which carries synchronization, power, and data.

Dewesoft offre diversi sistemi di acquisizione dati distribuiti:

SeriesTop Sample Rate/chMax Channel CountFeatures
KRYPTONEtherCAT20 kS/s analogIP67 rugged single and multi-channel DA modules. Offer extreme environment performance. Up to 100m device to device.
SIRIUS EtherCATEtherCAT200 kS/s or 1 MS/sTop performance signal conditioning DAQ modules, distributable via EtherCAT. Up to 100m device to device.
SIRIUS XHSGLAN15 MS/sSmall, with the highest sample rate system available, highest bandwidth, and dynamic range.
IOLITEEtherCAT40 kS/sTiny single-channel and very small multi-channel modules, made for industrial applications. Up to 100m device to device.

Sistemi di acquisizione dati per velocità

Insieme alla precisione, la velocità di campionamento è una delle caratteristiche prestazionali più importanti di qualsiasi sistema di misura.

Incluso in tutti i sistemi Dewesoft, il software DAQ DewesoftX supporta l'intera gamma di frequenze di campionamento consentite dall'hardware, dal campionamento a velocità estremamente lenta nell'intervallo di minuti o addirittura ore tra i campioni, fino a 15 milioni di campioni al secondo (per canale!) con i moduli DAQ SIRIUS XHS.

Ecco una panoramica dei sistemi DAQ Dewesoft in base alla massima velocità di acquisizione:

Sistemi DAQ Dewesoft elencati per velocità massima di acquisizione
Slow to MediumMedium to FastFastVery Fast
Up to 20 kS/sUp to 200 kS/sUp to 1 MS/sUp to 15 MS/s
IOLITE RackDEWE-43ASIRIUS HSSIRIUS XHS
IOLITEMINITAURsSIRIUS XHS
IOLITE LXSIRIUS mini
KRYPTONSIRIUS
SIRIUS EtherCATSIRIUS Rack models(R1DB, R2DB, R3, R4, R8, R8rt)

I sistemi da lenti a medi (100 S/s to 20 kS/s) si trovano in genere in:

  • Applicazioni per il controllo dei processi e il monitoraggio delle macchine

  • Controllo in tempo reale, automazione di fabbrica

  • Monitoraggio tensione e corrente, prove centrali elettriche, prove relè e valvole

  • Test generici in praticamente ogni settore

  • Ingegneria civile, monitoraggio strutturale

I sistemi da medi a veloci (200 kS/s) si trovano spesso in:

  • Rumore e vibrazione (NVH), prove modali, elaborazione sinusoidale, analisi strutturale

  • Carico stradale, analisi della combustione e prove sui veicoli di ogni tipo

  • Prove di motori aerospaziali e militari, superfici di controllo, prove in galleria del vento

  • Prove di motori elettrici

I sistemi veloci (1 MS/s) sono utilizzati per:

  • Test dinamici di shock, impatto e crash

  • Prove balistiche

  • Analisi di potenza

  • Analisi della qualità dell'energia

  • E-mobility

I sistemi molto veloci (15 MS/s) vengono utilizzati principalmente per:

  • Acquisizione di transitori

  • Impact e crash test

  • Prove su armamenti

  • Analisi di potenza

  • Analisi della qualità dell'energia

  • E-mobility

Sistemi di acquisizione dati per protezione ambientale o robustezza (classificazione IP)

I sistemi di acquisizione dati robusti sono costruiti per funzionare in ambienti molto difficili. I parametri più importanti includono: un ampio intervallo di temperature di esercizio, la capacità di resistere a urti e vibrazioni elevati e la resistenza ad acqua, polvere, fumo, ghiaccio, ecc.

Sistemi DAQ digitali elencati per robustezza
ModelWater/Dust Proof RatingTemperature Operating RangeMax. Shock RatingMax. Vibration Rating
KRYPTONIP67-40 to +85° C-40 to +185° F100 g, 6 ms, half-sineSee technical details
KRYPTON-CPUIP67-40 to 70° C-40 to 158° F100 g, 6 ms, half-sineSee technical details
SIRIUS WaterproofIP67-40 to +60° C-40 to 140° F100 g @ 4 ms 50x, half-sine, all axisSee technical details
S-BOX WaterproofIP67-40 to 50° C-40 to 122° F100 g, 4 ms, half-sine50x pos./neg in each axisSee technical details
SIRIUS FanlessIP50-10 to 40 °CVibration sweep sinus (EN 60068-2-6:2008)Vibration random (EN 60721-3-2: 1997 - Class 2M2)Shock (EN 60068-2-27:2009)MIL-STD-810DSee technical details
R8R and R8Rrt

Sistemi di acquisizione dati di Control Capabilities

C'è un nuovo tipo di sistema DAQ disponibile in Dewesoft. Sistemi cosiddetti di acquisizione e controllo. Questi sistemi possono essere utilizzati in un circuito di sistema di controllo in tempo reale e offrono un'acquisizione dati bufferizzata ad alta velocità e anche flussi di dati ridotti a qualsiasi controller EtherCAT di terze parti.

Sistemi DAQ digitali elencati per Control Capability
ModelStreams data to EtherCAT masterStreams high-speed data via USB to Dewesoft systemModule slots per chassisSingle and multi-channel modulesDual Data Bus capability
IOLITE RackYesYes(To host PC)R12 = 12R8 = 8Multi-channel onlyYes
IOLITEYesNoN/A (multi-channel modules are DIN rail mounted)YesYes
IOLITE LXYesYes(To host PC or Internal Storage)8Multi-channel onlyYes
SIRIUS RTYesYes(Integrated PC)8 (up to 128 analog channels)Multi-channel onlyYes
Dewesoft logo

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