|
在這篇文章中，我們將了解歷史數(shù)據(jù)采集，詳細(xì)描述它，您將：
了解數(shù)據(jù)采集是如何開始的以及它是如何發(fā)展的
了解幾十年來的關(guān)鍵DAQ技術(shù)
了解DAQ技術(shù)的現(xiàn)狀及其目前的使用方式
你準(zhǔn)備好開始了嗎？我們走吧！
跳轉(zhuǎn)到分區(qū)
介紹
什么是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)記錄器類型
第一批數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
條形圖記錄器的時代
過渡到磁帶記錄器
第一個基于PC的數(shù)據(jù)采集
紙張追逐-基于紙張的記錄器如何應(yīng)對數(shù)字DAQ系統(tǒng)
當(dāng)今十大數(shù)據(jù)采集公司
Dewesoft的完整歷史
介紹
大多數(shù)人都熟悉數(shù)據(jù)記錄的概念。如果你看過美國國家航空航天局早期的電影，你可能會看到成堆的紙質(zhì)海圖記錄儀，無休止地流淌出曲折的線條。這是圖形視頻顯示之前的日子。紙是提供測量信號實(shí)時顯示的最簡單方法。
典型的紙質(zhì)條形圖記錄儀典型的紙質(zhì)帶狀圖記錄儀
你可能還見過EEG、EKG機(jī)器，也有紙質(zhì)輸出，可以顯示和提交紙質(zhì)醫(yī)療讀數(shù)，還有地震儀，可以畫線來表示地震數(shù)據(jù)。
在測試的早期，儀表的讀數(shù)必須手寫在紙上，然后離線分析結(jié)果。最終，這項(xiàng)技術(shù)允許將測量結(jié)果記錄在磁帶上，然后用鋼筆記錄在連續(xù)的圖表上。直到20世紀(jì)80年代，磁帶和紙質(zhì)圖表記錄器一直是記錄科學(xué)數(shù)據(jù)的主要方法。
我們認(rèn)為磁帶和圖表紙記錄器是當(dāng)今數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集設(shè)備的先驅(qū)。
另請閱讀：
模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的歷史
什么是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)？
我們將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)定義為一種設(shè)備（DAS或DAQ設(shè)備），它將模擬電信號從物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為數(shù)字域，然后在相關(guān)軟件的控制下利用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化、存儲和分析。
換句話說，DAQ將模擬波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。當(dāng)模擬信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時，它們可以很容易地被運(yùn)行軟件的計算機(jī)操縱。
描述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的常用術(shù)語包括：
DAS或DAQ——術(shù)語“數(shù)據(jù)采集”的常用縮寫。要了解有關(guān)數(shù)據(jù)采集的更多信息，請瀏覽文章“什么是數(shù)據(jù)采集-DAQ或DAS？”？
科學(xué)測量儀器-測量和記錄物理現(xiàn)象的儀器，如應(yīng)變、壓力、振動、溫度等。
模擬信號-來自現(xiàn)實(shí)世界的物理現(xiàn)象，如電壓、電流、應(yīng)變、壓力、振動、溫度等。
輸入和輸出-典型的現(xiàn)代數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)有多個輸入和輸出。可以將輸入計數(shù)為單個通道，在該通道中可以讀取特定信號或數(shù)據(jù)。以類似的方式，輸出用于向其他設(shè)備或系統(tǒng)饋送數(shù)據(jù)。
導(dǎo)出信號-從兩個或多個其他特性（如力）導(dǎo)出的被測信號，其計算為質(zhì)量乘以加速度的乘積。
信號調(diào)節(jié)器-電子前置放大器，提供傳感器和數(shù)據(jù)采集的A/D轉(zhuǎn)換器之間的接口。也稱為信號調(diào)節(jié)電路。在“什么是信號調(diào)節(jié)”指南中了解有關(guān)信號調(diào)節(jié)的更多信息。
查看Dewesoft的現(xiàn)代化數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)
Dewesoft數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)記錄器類型
本文特別提到了為科學(xué)測量應(yīng)用開發(fā)的數(shù)據(jù)記錄器，用于工業(yè)、航空航天、汽車和動力測試領(lǐng)域。其中包括以下基本類型：
數(shù)據(jù)記錄儀
條形圖記錄器
磁帶記錄器
光束示波器
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
本文將重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)，盡管上面列出的其他類型的數(shù)據(jù)記錄器值得一提，當(dāng)然也是數(shù)據(jù)采集歷史的一部分。
數(shù)據(jù)記錄儀
數(shù)據(jù)記錄器與DAQ系統(tǒng)的不同之處在于，它們的采樣率較慢，旨在記錄長時間內(nèi)緩慢變化的數(shù)據(jù)——幾天、幾周、幾個月甚至幾年。此外，數(shù)據(jù)記錄器通常要小得多，成本更低，并且高度便攜。
了解有關(guān)數(shù)據(jù)記錄器的更多信息：
什么是數(shù)據(jù)記錄器？它做什么？
數(shù)據(jù)記錄器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的區(qū)別
條形圖記錄器
條形圖記錄器，有時也稱為示波記錄器，最初是基于移動筆，在移動圖表上跟蹤輸入信號。雖然比數(shù)據(jù)記錄器更快，但它們?nèi)匀皇艿焦P在網(wǎng)格寬度紙張上來回移動的能力的限制。此帶寬筆在紙的網(wǎng)格寬度上來回移動的能力。該帶寬通常被限制為40至70Hz或每秒次。
因此，不管信號調(diào)節(jié)放大器傳感器的模擬帶寬如何，條形圖記錄器的帶寬都受到在給定寬度上來回移動筆的物理限制。圖表記錄器經(jīng)常與基于計算機(jī)的DAQ系統(tǒng)并行使用，而DAQ系統(tǒng)原本缺乏實(shí)時顯示。
磁帶記錄器
磁帶錄像機(jī)（用于儀器儀表）提供的帶寬優(yōu)于紙質(zhì)條形圖錄像機(jī)，并且記錄時間長。但是，它們沒有實(shí)時數(shù)據(jù)顯示，除非在某些情況下有數(shù)字顯示。在具有實(shí)時顯示的DAQ系統(tǒng)出現(xiàn)之前，磁帶系統(tǒng)通常與條形圖記錄器并行使用。
光束示波器
光束示波器是一種紙圖記錄儀，帶寬約為5kHz，全刻度（約為當(dāng)日典型筆式記錄儀的100倍）。最初的模型使用一個連接在檢流計上的小鏡子，將高強(qiáng)度光束對準(zhǔn)感光紙。鏡子的微小質(zhì)量與圖表驅(qū)動器的結(jié)合可以將紙張移動到每秒120英寸（3000毫米/秒），提供了高帶寬和令人印象深刻的時間軸分辨率。后來的型號用一個與紙張直接接觸的固定光纖陰極射線管代替了鏡子。
感光紙非常昂貴，暴露在環(huán)境光下會很快褪色。高圖表速度意味著測試持續(xù)時間極短。這些儀器旨在捕捉短時間事件，如美國宇航局在1960年代的火箭發(fā)射，以及廣泛的彈道事件。
霍尼韋爾Visicorder光學(xué)圖表記錄器霍尼韋爾·Visicorer型號1912，位于范登堡空軍基地。
圖片來自Wikimedia commons。約翰遜，SRA。Frederick V.相關(guān)名稱：Gill，Barry Lee，發(fā)射機(jī)/公共域
霍尼韋爾最初于1954年從Heiland公司購買了一系列測量儀器。這些產(chǎn)品最終成為Visicorder系列。基于Visicorder和其他測試和測量儀器的成功，霍尼韋爾創(chuàng)建了他們的測試儀器部門。
這個時代最著名的型號是霍尼韋爾Visicorder型號1858，一種18通道的型號，有8英寸寬（200毫米）的紙張。感光紙有100和200英尺卷（30和61米）。
摘自霍尼韋爾歷史。
第一批數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
美國計算機(jī)公司IBM在20世紀(jì)60年代早期開發(fā)了專門用于記錄科學(xué)數(shù)據(jù)的計算機(jī)。這始于IBM 7700數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及它的后繼者IBM 1800數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。
IBM 7700數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
IBM 1800數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)
這早在個人計算機(jī)（PC）出現(xiàn)之前，所以這些系統(tǒng)都是大規(guī)模且非常昂貴的計算機(jī)，需要大量的編程和設(shè)置才能完成工作。但它們確實(shí)代表了數(shù)據(jù)記錄的巨大進(jìn)步，并直接導(dǎo)致了今天基于PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
由于其規(guī)模、規(guī)模和成本，這些IBM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由政府和大型政府承包商使用，包括NASA、各軍事部門及其承包商。
紙帶圖表記錄器的時代
對于大多數(shù)數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控應(yīng)用，圖表記錄器和磁帶記錄器是主要的產(chǎn)品。20世紀(jì)60年代，最著名的紙質(zhì)海圖記錄儀制造商是Brush，后來成為Brush/Clevite，最后是Gould，股份有限公司。
也被稱為示波記錄儀，這些紙圖表記錄儀最典型的是其加壓墨水系統(tǒng)，其中移動的手寫筆將墨水注入粘土紙表面的一層薄薄的蠟下。在基于墨水的系統(tǒng)中，實(shí)際上在所有條形圖技術(shù)中，Gould Electronics（后來更名為Gould Instrument systems）是明顯的領(lǐng)導(dǎo)者。
早期的GOULD BRUSH 220條形圖記錄器
古爾德（原名Brush-Clevite）在20世紀(jì)60年代至80年代被認(rèn)為是紙質(zhì)錄音機(jī)的“凱迪拉克品牌”。他們在研發(fā)上投入巨資，并獲得了多項(xiàng)重要創(chuàng)新的專利，其中包括Metrisite®非接觸伺服環(huán)路系統(tǒng)，該系統(tǒng)提高了精度和線性度。古爾德后來在其產(chǎn)品線中加入了熱敏紙，以與生產(chǎn)成本較低的系統(tǒng)的公司競爭。
1959年的Brush Instruments（后來的古爾德儀器）廣告
在20世紀(jì)90年代，“新貴”品牌渡邊（后來改名為“Graphtec Corporation”）讓古爾德黯然失色，這是一家日本制造商進(jìn)入市場的熱陣列筆型號比Gould的產(chǎn)品便宜得多，而且制造得非常好和可靠。盡管用熱敏筆制作的錄音缺少古爾德的加壓墨水系統(tǒng)的無與倫比的吸引力，但它們的維護(hù)卻少得多，從而節(jié)省了時間和金錢。
早期示波器紙記錄儀的另一個重要制造商是Sanborn，后來被惠普收購。該公司最著名的是其熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用加熱的手寫筆和熱敏紙在移動的紙張上劃線。
20世紀(jì)80年代的另一個新貴是Astro Med，一家總部位于羅德島的OEM記錄器制造商，主要用于醫(yī)療應(yīng)用。他們?yōu)橐话闶袌鐾瞥隽俗约旱慕K端用戶模型，并與古爾德和格拉威德在示波器市場競爭，取得了一些成功。
Astromed MT95000記錄儀是一款8通道記錄儀，具有300 dpi的激光質(zhì)量寫入、20kHz的頻率響應(yīng)、自動自校準(zhǔn)（可追溯至NBS）、200kHz的數(shù)據(jù)捕獲AstromedMT95000記錄器是一款具有300 dpi20kHz頻率響應(yīng)、自校準(zhǔn)（可以追溯至NBS）、200kHz的數(shù)據(jù)采集的8通道記錄器
增加帶寬
盡管對移動筆系統(tǒng)進(jìn)行了所有改進(jìn)，但由于筆（又名“觸筆”）本身的質(zhì)量，它們?nèi)匀幻媾R固有的帶寬限制。許多數(shù)據(jù)采集應(yīng)用需要更高帶寬的解決方案。
這導(dǎo)致了光束示波器（LBO）的發(fā)展，如霍尼韋爾公司的1858 Visicorder。這些系統(tǒng)使用電流計快速移動鏡子，將光束對準(zhǔn)光敏紙。鏡子和高速紙馬達(dá)的質(zhì)量非常低，可以實(shí)現(xiàn)非常高的帶寬。缺點(diǎn)是光敏紙的成本非常高，并且在暴露于環(huán)境光時容易褪色。
霍尼韋爾1858 Visicorder光束示波器
過渡到磁帶記錄器
磁帶錄音機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是比包括LBO在內(nèi)的紙質(zhì)錄音機(jī)的帶寬高得多，但它們的缺點(diǎn)是沒有圖形顯示。磁帶錄音機(jī)也可以長時間運(yùn)行。
從20世紀(jì)60年代到80年代，F(xiàn)M（調(diào)頻）磁帶錄音機(jī)一直是記錄大量數(shù)據(jù)的最佳方式。盡管越來越多地被基于PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所取代，但它們?nèi)栽谑褂谩?/p>
安裝在NASA遙測處理站的磁帶記錄器
在美國國家航空航天局（NASA）在20世紀(jì)60年代所代表的任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用中，磁帶錄音機(jī)和紙質(zhì)圖表錄音機(jī)與IBM 7700和1800等大型計算機(jī)系統(tǒng)一起并行使用，以提供每個系統(tǒng)的最佳質(zhì)量。
安裝在美國宇航局遙測處理站的磁帶記錄器安裝在美國航天局遙測處理站內(nèi)的磁帶記錄器
這些前體技術(shù)在整個1970年代和1980年代繼續(xù)發(fā)展。最大的技術(shù)進(jìn)步是用為傳真機(jī)發(fā)明的熱陣列打印頭取代了移動式手寫筆。
這大大增加了帶寬，無需來回移動筆。它需要添加一個微控制器并將數(shù)據(jù)數(shù)字化，以便將其發(fā)送到打印頭，這導(dǎo)致了許多附帶的增強(qiáng)，例如將文本和其他元素打印到紙上的能力。
第一家在紙記錄器中成功使用打印頭的公司是Gould。之后是渡邊（后來被稱為Graphtec和Western Graphtecs）和Astro Med，Inc.（今天被稱為Astro Nova，Inc.）等。
第一個基于PC的數(shù)據(jù)采集
到20世紀(jì)80年代中期，美國國家儀器公司（National Instruments Corporation）開始銷售基本組件，如GPIB數(shù)據(jù)采集卡和模數(shù)轉(zhuǎn)換器板（DAQ板），這些組件可以安裝在低成本的個人計算機(jī)上。
除了將PC用作數(shù)據(jù)采集平臺這一關(guān)鍵突破之外，該系統(tǒng)最重要的組成部分是1986年為Macintosh個人計算機(jī)平臺發(fā)布的名為LabVIEW的軟件程序。
運(yùn)行National Instrument的LabView編程環(huán)境的Macintosh計算機(jī)
使用LabVIEW，工程師可以使用圖形編程環(huán)境來開發(fā)自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ系統(tǒng)），該系統(tǒng)具有各種內(nèi)置功能，用于數(shù)據(jù)處理、分析和計算機(jī)監(jiān)視器上的實(shí)時顯示。
來自國家儀器的LabView編程環(huán)境LabView編程 |
