數據采集技術要點剖析(二)
—— Mariano Kimbara, 高級趨勢分析專家, 弗若斯特沙利文咨詢公司
本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/201701/337487.htm
數據記錄儀是一種從傳感器獲取測量結果,并將這些結果存儲起來備用的電子儀器,其常用的測量包括溫度、壓力、電流、速度、張力、位移和其他一些物理量。在 過去的二十年中,數據記錄系統的智能變得更加分散,處理單元更接近傳感器和信號。由于這一變化,遠程數據采集系統和記錄器可以更多地集成決策過程,而不是 像過去一樣,僅僅收集數據。
隨著摩爾定律(下圖)的不斷發展,將創造性能更強、成本更低、功耗更低、尺寸更小的處理器,而未來的數據采集和記錄系統將充分利用這一技術,變得更智能、且功能更豐富。

當前,在業界已經開始出現一些集成Intel、ARM、Xilinx等公司的最新芯片和IP的高性能記錄系統,其系統基于異構計算架構設計,并為處理器結合了可編程的邏輯,從而滿足更高端復雜的測控應用需求。
在很多情況下,數據記錄的智能化應用已經開始扮演舉足輕重的角色。 例如,在結構監測中,傳統的數據記錄系統的功能僅僅是將每個數據點記錄到磁盤上,即便被測的物理現象沒有明顯的變化,也會進行記錄。 這樣就會產生兆字節甚至千兆字節數據,通過離線才能進行分析和篩選。
相比之下,隨著系統變得越來越智能化,我們就能在迅速適應一定條件下連續監視機器或結構。 例如,系統可以緩慢地監測加速度或結構負載,并連續將存儲的數據覆蓋寫入磁盤,等待觸發條件的滿足。 一旦條件得到滿足,系統就能改變自身的行為,例如在短時間內,以更高的速率進行采樣,同時確保觸發前后的數據記錄都沒有丟失。 此外,隨著處理能力進一步的提高,信號處理功能就能嵌入在數據記錄系統的多核處理器或可編程的邏輯中。 這些更高級的系統能夠在線分析數據,從而以更快地速度得出更有意義的數據結果,消除傳輸或存儲大量數據的無畏浪費。
在使用具有更多智能和處理能力的數據記錄系統時,系統中運行的軟件將是區分供應商技術優劣的主要指標。其中一種思路是,工程師可以使用可快速實現系統配置及得到測量結果的交鑰匙工具,交鑰匙工具的不足之處是在功能上往往不夠靈活;另外一種思路是,工程師和科學家們可以利用一個基于文本的編程工具(如Microsoft Visual Studio)或圖形化編程方法(如NI LabVIEW系統設計軟件),在這些系統中對處理器進行編程控制。編程工具為這些數據記錄系統提供了最大限度的自定義功能,包括采用更豐富的信號處理方法,以及能夠嵌入任何類型的智能算法。但相比于交鑰匙工具,它們有一個陡峭的學習曲線。
各種應用和行業都需要在 他們的數據記錄系統中具有更多的智能功能。例如汽車、交通運輸和電力公司等行業已經開始使用高性能的數據記錄系統。在電力方面,我們知道,電網在發生著巨 大的變化,公共設施建設部門正在投入大量的資源使其更加智能。讓電網變得更智能的方法之一就是集成更多的測量系統和設備。電能質量分析儀就是這樣的一個設 備。一個典型的電能質量分析儀可以采集和分析電網中的三相電壓,以此來計算國際標準中定義的電壓質量。電壓質量由頻率、電壓電平變化、波動、三相電壓的不 平衡、諧波譜、總諧波失真以及信號電壓的電平來描述。在這種應用中,需要進行大量的分析和高速測量,一個傳統的數據記錄系統無法提供所需要的處理能力。
總結而言,隨著我們生活 的世界變得越來越復雜,用于監測和記錄未來的機械、基礎設施、電網、和車輛中電子和物理數據的系統也需要不斷發展。芯片和IP供應商正在努力優化處理組件 的性能、功耗和成本。現在,還需要數據采集公司使用足夠直觀、靈活且智能的高性能數據記錄系統來捕獲任何類型的數據。使用更智能的數據記錄系統,我們就能 夠從任何來源獲得更智能的數據,并且能夠對所建設的系統改善性能、質量,并對其進行維護。
說明:基于摩爾定律和先進的處理技術的高性能數據記錄系統未來可能擁有的能力。


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