NI：2024工业测量系统构建完整指南（35页）.pdf

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《NI：2024工业测量系统构建完整指南（35页）.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《NI：2024工业测量系统构建完整指南（35页）.pdf（35页珍藏版）》请在本站上搜索。 1、前和未来的测量需求：02 如何选择合适的传感器11 如何选择合适的DAQ设备：技术规格15 如何选择合适的DAQ设备：总线和组成结构21 如何选择合适的计算机24 如何选择合适的驱动程序软件27 如何选择合适的DAQ软件32 如何选择合适的数据管理软件目录测量系统构建完整指南 C)、需要电流激励且响应速度较慢(2.5至10秒)。RTD主要用于对时间要求不高的精确温度测量(1.9%)。RTD的价格在25美元到1000美元之间。热敏电阻与前面的传感器相比，热敏电阻的温度范围最小(-90到130 C)，精度最高(.05 C)，但不如热电偶或RTD坚固耐用。热敏电阻与RTD一样需要进行激励；但是，热2、敏电阻需要的是电压激励而不是电流激励。热敏电阻的价格通常在2美元到10美元之间。应变应变通常使用电阻式应变计进行测量。这些扁平的电阻器通常会贴在物体表面，例如飞机机翼，用于测量表面非常小的形变，比如拉伸、压缩、弯曲或扭曲。将多个电阻式应变计连接在一起可以形成一个电桥。使用的应变计越多，测量的灵敏度就越高。例如，您可以使用最多四个有源应变计搭建一个全桥配置的惠斯通电桥电路。您也可以半桥(两个有源应变计)和1/4桥(一个有源应变计)配置。所使用的有源应变计越多，读数的准确度就越高。表2突出显示了不同电桥的优点和缺点。应变计需要电流或电压激励，并且容易受温度漂移、弯曲应变和轴向应变的影响，如果不使用3、额外的电阻式应变计，就可能会产生错误的读数。常见的应变计安装方法见表2。J轴向应变桥可测量材料的两侧拉伸。J弯曲应变桥在材料的一端测量拉伸，在另一端测量收缩。J扭转和剪切应变桥测量的是材料的扭曲。测量系统构建完整指南 100 uE详细信息轴向应变桥0.5好：最易于实现，但如果需要温度补偿，则必须使用一个补偿应变计。对轴向应变做出同样的响应。桥0.65更好：提供温度补偿，但对弯曲应变较为敏感。桥1.0更好：不受弯曲应变的影响，但会受温度影响。如果需要进行温度补偿，则必须使用一个补偿应变计。全桥1.3最好：灵敏度更高，提供温度和弯曲应变补偿。弯曲应变桥0.5好：最易于实现，但如果需要温度补偿，则必4、须使用一个补偿应变计。对轴向应变做出同样的响应。桥1.0更好：不受轴向应变的影响且提供温度补偿。全桥2.0最好：不受轴向应变的影响且提供温度补偿。对弯曲应变最敏感。扭转和剪切应变桥1.0好：应变计必须与中心线成45度角安装。全桥2.0最好：最为灵敏的全桥配置。不受轴向和弯曲应变的影响。表2常见的应变计测量系统构建完整指南 kHz最多3个小需要高输出J用于振动和冲击测量线性可变差动变压器(LVDT)80 Hz最多3个中可变J仅限于稳态加速度或低频振动测量接近式探头30 Hz最多3个中可变J仅限于稳态加速度或低频振动测量J弹簧质量块固定在电位器动臂上可变磁阻传感器100 Hz最多3个中可变J仅在质5、量块运动时产生输出电压J用于冲击研究和石油勘探表4常见的振动传感器区分振动传感器的三个主要因素：固有频率、阻尼系数和比例因子。比例因子代表输出与加速度输入之间的关系，与灵敏度有关。固有频率和阻尼系数则共同决定了振动传感器的准确度。在由弹簧及其所连接的质量块组成的系统中，如果将质量块拉离平衡点，然后释放，质量块将在平衡点的两侧来回振动，直至停止。使质量块最终停止运动的摩擦力取决于阻尼系数，质量块前后振动的频率称为固有频率。压电式陶瓷振动传感器的用途非常广泛，因此是最常用的传感器。此类振动传感器适用于冲击测量(爆炸和故障测试)、高频测量和慢速低频振动测量。它们具有较高的固有频率。但是，这种传感器的6、输出电压通常在毫伏范围内，而且需要使用输入阻抗较高的低噪探测器来解释压电晶体的电压。接近式探头和LVDT接近式探头与LVDT类似：二者均只用于稳态加速度或低频振动测量；但是，LVDT振动传感器的固有频率略高，这意味着它可以处理/检测更剧烈的振动。接近式探头只是一个由弹簧和质量块组成的简单系统，固定在电位器动臂上。可变磁阻振动传感器可变磁阻振动传感器通过永磁体运动穿过线圈来测量运动和振动。这种特殊的振动传感器只有在被测质量块运动时才会产生输出，这使得它可以捕获地下岩层反射过来的振动，通常应用于地震冲击研究和石油勘探。测量系统构建完整指南 C的角度范围内工作电涡流接近式探针中J非接触式J可在多尘环7、境下工作J不受传感器和目标之间的物质的影响中可变J不适用于需要高分辨率的应用J不适合在传感器和目标之间存在较大间隙的情况(这种情况建议使用光学和激光传感器)J安装在固定好的机械结构上，测量附近机械的移动距离反射光接近传感器可变标准可变高J测量时要求传感器与测量对象之间无遮挡物J适用于传感器和目标之间存在较大间隙的情况J准确度取决于传感器的质量表5常见的位置传感器霍尔效应传感器使用霍尔效应传感器时，当对象压到按钮时，就可以确定该对象的存在。这时传感器不是处于“开”的状态(对象正在触碰按钮)，就是处于“关”的状态(对象可能位于任何地方)。霍尔效应传感器的一个典型应用是键盘，甚至在机器人拳击比赛中也8、会使用霍尔效应传感器来确定机器人何时被击中。当按钮处于“关”的状态时，此类传感器不会提供测量对象与传感器之间的距离信息，因此对于不需要非常详细的位置信息的应用，此类传感器就非常有用。电位器电位器将使用滑动触点来形成一个用于测量位置的可调分压器。虽然电位器会对所连接的系统产生轻微的拉力，但它比其他位置传感器要便宜，而且可以提供很高的准确度。测量系统构建完整指南 Pa(即真空中的压力)表压轮胎压力表读数相对于当地大气压力真空压力相对于当地大气压力时通常为负值在真空计上，瘪胎时为0 kPa相对于绝对真空(0 Pa)或当地大气压力差压差压=两个不同轮胎之间的压差相对于另一个加压容器密封压力密封压力=表9、压+当地大气压力与海平面压力之差相对于海平面压力表6相对压力测量测量系统构建完整指南 kPa)加上轮胎内部的压力。典型的轮胎压力为34 PSI，相当于约234 kPa。因此，轮胎的绝对压力就是234 kPa加上101.325 kPa，即331.325 kPa。J表压测量是相对于当地大气压力，等于234 kPa或34 PSI。J真空压力是相对于绝对真空或当地大气压力而言。瘪胎的压力可能与当地大气压力相同或为0 kPa(相对于大气压力)。在这种情况下，真空压力测量值可能等于234 kPa(相对于绝对真空)。J差压就是任意两个压力水平之间的差值。在轮胎示例中，差压表示两个轮胎之间的压力差。此外，它也10、可以表示大气压力与单个轮胎内部压力之间的差值。J密封压力测量是使用已知比较压力进行的差压测量。通常这种比较压力为海平面压力，但是根据具体的应用，也可能是任何其他压力。这些测量类型中的每一种都可能会使压力值发生变化，因此您需要了解传感器读取的是哪种类型的压力值。桥式(应变计)或压阻式传感器是最常用的压力传感器，因为这两种传感器结构简单且坚固耐用。这些特性降低了成本，使其成为更高通道数系统的理想选择。此类常见压力传感可以具有调理功能，也可以不具有调理功能。调理传感器通常更昂贵，因为它们包含用于滤波和信号放大的组件，以及激励导线和常规测量电路。如果使用的是未经调理的桥式压力传感器，则您的硬件需要具有11、信号调理功能。请查看传感器文档，确定您是否需要额外的放大或滤波组件。力测压元件价格重量范围精度灵敏度优点梁式测压元件低105k lb高中J用于储罐、台秤J应变计外置，需要保护S型梁式测压元件低105k lb高中J用于储罐、台秤J密封和保护性能优于弯梁式传感器筒式测压元件中高达500k lb中高J用于卡车、储罐和料斗称J允许载荷移动J无横向过载保护扁平传感器低5500k lb中中J全不锈钢材质J用于储罐、货箱和衡器J不允许载荷移动按钮和垫片式传感器低以下任一范围：050k lb或0200 lb(典型值)低中J载荷必须居中J不允许载荷移动表7常见的测压称重传感器测量系统构建完整指南 lb到5k l12、b)。它们的灵敏度一般，但准确度很高。这些测压元件结构简单，成本低廉。S型梁式测压元件与梁式测压元件类似，只是采用了不同的设计。由于这种设计差异(这种测压元件采用了有特性的S型设计)，这种传感器可有效应对高侧抛载现象，并测量未居中载荷的重量。这种经济型测压元件的设计也很简单。与S型和梁式测压元件相比，筒式测压元件可以称量更大的载荷。它还可以轻松应对载荷移动的场景，且高度灵敏；但是，这种传感器需要横向过载保护。扁平测压元件的设计方式存在一定的局限性，只有在载荷完全不移动的情况下才能获取准确的读数。如果您的应用对时间有要求或需要快速测量，建议使用筒式测压元件。按钮和垫片式测压元件通常用于测量较小物13、体的重量(最高200 lb)。与扁平测压元件一样，为了获得准确的测量值，被称量的物体不能移动。此外，载荷也必须集中在通常较小的范围内。这些测压元件的优点是价格便宜。阅读有关常见传感器类型和术语的更多内容下载工程师精确传感器测量指南测量系统构建完整指南 V或+/-10 V的信号。但是某些传感器所生成的信号难以测量或测量时有安全隐患，就无法使用这种类型的DAQ设备直接测量。而且大多数传感器生成的信号都需要先进行调理(如放大或滤波)，才能被DAQ设备有效且准确地测量。例如，热电偶输出的信号在mV范围内，这就需要先将信号放大，才能输出到模数转换器(ADC)进行有效的转换。此外，热电偶测量的信号经过低14、通滤波，可以消除高频噪声。相对单独的DAQ设备而言，信号调理提供了一种独特的优势，因为它可以提高性能和测量准确度。表8总结了不同类型传感器和测量常见的信号调理。放大衰减隔离滤波激励线性化CJC桥补全热电偶XXXX热敏电阻XXXXRTDXXXX应变计XXXXX载荷、压力、扭矩(mV/V，420mA)XXXX加速度计XXXX麦克风XXXX接近式探针XXXXLVDT/RVDTXXXX高电压XX表8传感器和测量信号调理测量系统构建完整指南工程师精确传感器测量指南。我需要以多快的速度采集或生成信号样本？对DAQ设备而言，采样率是最重要的技术参数之一，它是指DAQ设备的ADC进行信号采样的速度。典型的采15、样率是硬件或软件定时的，最高可达14 MS/s。应用的采样率取决于要测量或生成的信号的最大频率分量。奈奎斯特定理指出，以两倍于原始信号最高频率分量的速率进行采样可以准确地重构信号。但实际上采样率应至少达到最大频率的10倍，才能准确地再现信号的形状。因此，选择的DAQ设备的采样率必须至少是信号频率10倍，才能确确保测得或生成更准确的信号。例如，假设我们要测量频率为1 kHz的正弦波。根据奈奎斯特定理，必须要在至少2 kHz下进行采样，但理想情况下，您应该在10 kHz下采样，才能测得或生成更准确的信号。图1对比了在2 kHz和10 kHz下测得的1 kHz正弦波。因此，只需知道要测量或生成的信号16、的最大频率分量，便可选择相应采样率的DAQ设备。图1在10 kHz和2 kHz下测得的1 kHz正弦波我要检测的信号的最小变化量是多少？信号中可检测到的最小变化量决定了所选DAQ设备的分辨率。分辨率是指ADC可用于表示信号的二进制位数。为了说明这一点，假设让正弦波通过具有不同分辨率的ADC，那么如何表示它？图2比较了3位ADC和16位ADC。3位ADC可以表示八(23)个离散电压电平。16位ADC可以表示65536(216)个离散电压电平。用3位分辨率表示的正弦波更像是一个阶跃函数，而16位ADC的正弦波则能很清晰地看出来是正弦波。一般DAQ设备的电压范围是+/-5 V或+/-10 V。可表示17、的电压电平在选定的范围上均匀分布，以利用整个分辨率。例如，范围是+/-10 V并且分辨率为12位(212或4096个均匀分布的电平)的DAQ设备可以检测5 mV的变化，而分辨率为16位(216或65536个均匀分布的电平)的设备可以检测300 V的变化。分辨率为12、16或18位的设备能满足很多应用的要求。但是，如果要测量的传感器的信号电压范围更低或更高，则可使用具有动态范围的24位设备。因此，为应用选择合适的设备时，应主要考虑应用所需的电压范围和分辨率。图216位和3位ADC生成的正弦波测量系统构建完整指南 MV注意，仪器的准确度不仅取决于仪器，还取决于其测量信号的类型。如果正在测量的信号18、有噪声，测量的准确度会降低。DAQ设备有很多，它们的准确度和价格各不相同。一些设备可提供自校准、隔离和其他电路来提高准确度。基本DAQ设备可提供100 mV以上的绝对精度，而具有此类功能的更高性能的设备可提供大约1 mV的绝对精度。了解准确度要求后，您可以选择绝对精度符合您的应用需求的DAQ设备。下载工程师模拟信号数字化指南为您的应用比较不同的DAQ硬件产品测量系统构建完整指南组成结构概述在选择DAQ设备时，为了确保高质量的测量，除了选择正确的技术规格，还需要考虑其他因素。环境和设备将影响对DAQ设备的选择。组成结构和坚固性的选择将决定系统适用的场景，比如是受控的实验室还是难以预测的现场。19、所选择的总线不仅可以决定DAQ系统的吞吐量和延迟，还可以决定测量设备的便携性。本章探讨了最常见的PC总线选件，并简要介绍了为您的测量应用选择合适的总线和组成结构时，需要考虑的技术因素：此总线需要处理的数据量有多大？我对单点I/O有何要求？该系统需达到何种便携程度？计算机距离测量对象有多远？系统需要达到何种坚固程度？我是否需要同步多个设备？参考资源常见总线选型指南为基于PC的系统选择合适的DAQ总线测量系统构建完整指南 MB/s，由计算机的所有PCI板卡共享。千兆以太网提供125 MB/s的带宽，由子网或网络的设备共享。提供专用带宽的总线(如PCI Express和PXI Express)可为每20、台设备提供最大数据吞吐量。进行波形测量时，需要根据信号变化的速度达到特定采样率和分辨率。每次采样的字节数(下一个字节取整)乘以采样速度，再乘以通道数，即可得出所需的最小带宽。例如，在四个通道上以4 MS/s的速度采样的16位设备(2字节)将是：2字节X4 MS4个通道=32 MB/SS秒您的总线带宽需要能够支持数据采集的速度，需要注意的是，系统的实际带宽往往低于理论上的最高总线带宽。系统的实际带宽，取决于系统中的设备数量以及占用总线带宽的额外开销。如需在多个通道上传输大量高分辨率数据，在选择DAQ总线时，带宽可能是最重要的考量因素。我对单点I/O有何要求？需要单点读写的应用往往需要实时且持续地21、更新I/O值。基于总线架构的软硬件实现方式，单点I/O需求可能是您选择总线的决定性因素。例如，对于比例积分微分(PID)控制系统，单点I/O非常重要，而且总线延迟会直接影响控制回路的最快速度。总线延迟反映了I/O的响应速度，指的是调用驱动程序软件函数与更新I/O实际硬件值之间的时间延迟。根据所选择总线的不同，延迟从1 s到数ms不等。单点I/O应用的另一个重要因素是确定性，衡量的是I/O按时执行的持续性。确定性对于控制应用十分重要，因为它直接影响控制回路的稳定性。许多控制算法的设计期望就是控制回路总是以恒定速率执行。与预期速率的任何偏差都会降低整个控制系统的有效性和可靠性。因此，设计闭环控制应22、用时，应该避免使用高延迟、确定性差的总线，如无线、以太网或USB。一般情况下，对于低延迟的单点I/O应用，CompactRIO机箱中的PXI Express或FPGA等内部总线要比USB或无线等外部总线更好。通信总线软件对总线延迟和确定性有着很大的影响。支持RTOS的总线和软件驱动程序可提供卓越的确定性，因此可为您提供超高的性能。该系统需达到何种便携程度？便携式计算为基于PC的数据采集带来了新的创新方式。便携性很容易成为选择某一种总线的主要原因。例如，车载DAQ应用得益于结构紧凑以及方便携带的硬件。USB和以太网等外部总线可实现快速硬件安装，并且与笔记本电脑兼容，因此特别适用于便携式DAQ系统23、。通过USB端口供电的总线供电型USB设备可提供更多的便利，因为它们并不需要单独的电源。计算机距离测量对象有多远？在不同的应用中，需要测量的物体和计算机之间的距离各不相同。为了达到卓越的信号完整性和测量准确度，DAQ硬件应该放置在尽可能靠近信号源的位置。但在大型的分布式测量(如结构健康监测或环境监测)中，这一点实现起来十分困难。使用很长的线缆进行跨桥梁或车间布线不仅成本昂贵，而且还可能会导致信号嘈杂。可解决此问题的一种方案是使用便携式计算平台，将整个系统移动到更靠近信号源的地方。借助无线通讯技术，计算机和测量硬件之间不需要进行物理连接，且可以采取分布式测量，将数据发回到一个集中地点。测量系统构24、建完整指南 DAQ设备同步在一起)，也可以是内部的(例如，PXI机箱中的内置同步线缆用于将各个模块同步在一起)。PXI平台包括PXI和PXI Express，可在多个设备之间提供最紧密的同步。这种开放式标准是专门为高性能同步和触发设计的，提供了多种方式来实现同一机箱内的I/O模块同步以及多个机箱的同步。基于时间的同步技术可简化设备之间的同步，无需额外的硬件或布线即可提供精确的同步。在基于时间的系统中，网络(如以太网)上的多个设备会分别将其时钟设置为一个公共时间源。在众多基于时间的同步技术中，时间敏感网络(TSN)日益普及。TSN是IEEE以太网标准的升级版，具有开源性，旨在满足各种测量和控制系25、统需求。部分DAQ设备支持TSN标准的子项802.1AS，802.1AS使用标准以太网线缆在设备之间提供紧密的同步。利用802.1AS，这些设备可在100米范围内实现低于1 s的紧密同步。支持TSN或其子项的设备还有部分CompactDAQ机箱、FieldDAQ和部分CompactRIO设备。测量系统构建完整指南 MB/s(共享)最好较好较好PCI Express总线250 MB/s(每通道)最好较好较好PXI132 MB/s(共享)最好更好更好PXI Express250 MB/s(每通道)最好更好更好USB总线60 MB/s更好最好较好以太网2.0125 MB/s(共享)较好最好最好1 最26、大的理论数据传输速率基于以下总线规格：PCI、PCI Express 1.0、PXI、PXI Express 1.0、USB 2.0、千兆以太网表9基于应用需求进行NI产品总线选型为基于PC的系统选择合适的DAQ总线可供选择的总线和组成结构有许多，本部分重点介绍的是为基于PC的系统选择合适的总线：JPCI和PCI ExpressJUSB总线JPXI和PXI ExpressJ以太网总线图3显示了NI DAQ产品系列可使用的所有总线，从内部插入式总线到可热插拔的外部总线，均包含在内。图3这些NI DAQ产品使用了多种总线和架构，包括PXIe、PCIe、USB和以太网。测量系统构建完整指南 Expr27、essPCI总线是一种较为老旧但仍然常用的内部计算机总线。PCI具有132 MB/s的共享带宽，可为单点控制应用提供数据流和数据传输。PCI Express是PCI的升级版，可将计算机的性能提高到新的高度。PCI Express架构的一项最大优势在于：由独立数据传输总线提供专用总线带宽。PCI Express使用独立的数据通道(lane)，每个通道的数据传输速度高达250 MB/s，这意味着单个设备可以达到数GB/s的带宽。在PCI/PCIe架构中，有多种DAQ设备可供选择，这些设备提供了不同的分辨率、采样率和信号调理规格。比较NI PCI和PCI Express DAQ设备USB总线USB为28、DAQ设备和计算机提供一种经济易用的连接选择。USB 2.0的最大理论带宽为60 MB/s，可在连接到单个USB控制器的所有设备之间共享。但是USB设备本身具有不确定性。这意味着单点数据可能不会完全按照预期进行传输，因此不建议将USB用于PID等闭环控制应用。另一方面，USB总线的一些特点使得它比内部计算机总线更容易使用。USB设备是热插拔且即插即用的，这意味着计算机可检测到一个新连接的USB设备，并自动使用正确的驱动程序安装该设备。比较NI USB DAQ设备图4PCI Express X系列多功能DAQ 图5USB DAQ可为任何带有USB端口的计算机添加数据采集功能。测量系统构建完整指南29、 Express规范，将PCI Express数据传输技术应用到了PXI平台。PXI基于CompactPCI，结合了仪器的扩展性和更严格的系统级规范，可确保测量和自动化的开放性和高性能。基于PXI的DAQ系统还拥有坚固的外壳，能承受工业应用中通常较为恶劣的环境。此外，PXI系统提供了一个模块化的架构，这意味着您可以在同一个空间中安装多个设备并将其作为独立的仪器；而且您可以扩展该系统，使其性能远远超出采用PCI总线的台式机。PXI提供的最重要的好处之一是集成式定时和触发功能。无需任何外部连接，通过PXI机箱背板上的内部总线就能同步多台设备。比较NI PXI DAQ设备以太网总线以太网是世界上几乎30、每一个企业网络的核心，因此被广泛使用。作为DAQ总线，以太网测量距离远远超过5米长的USB线缆，是便携式或分布式测量总线的理想选择。无需集线器、交换机或中继器，单个以太网线缆就能将距离延长100米。长距离加上由实验室、办公室和生产工厂组成的庞大网络安装群，使得以太网成为偏远地区分布式测量的理想选择。选择基于TSN(802.1AS)IEEE标准的以太网DAQ设备，只需通过一条普通的以太网线缆，即可轻松在设备之间实现基于时间的同步。部分CompactDAQ和CompactRIO设备以及所有FieldDAQ设备都采用了此标准，因而可轻松实现多设备同步。比较NI以太网DAQ设备了解有关DAQ总线和架构31、的更多信息了解有关NI DAQ设备的更多信息图6PXI平台由机箱、控制器和I/O模块组成。图7以太网支持100米范围的数据采集，并且能够利用现有的网络基础设施，因而大幅扩展了测量系统的覆盖范围。测量系统构建完整指南 F至95 F(工作温度)、-13 F到113 F(存储温度)、10000英尺(工作高度)和15000英尺(存储高度)；超出这些规格的计算机均可视为坚固耐用型计算机。在进行系统设计时，需要考虑系统的工作环境。如果剧烈的振动或温度波动可能导致关键数据的丢失，那么建议您选择坚固耐用的计算机或工业计算机。我的计算机是否必须为模块化计算机？如果您顾虑到未来的应用需求或者需要处理多个应用，那么32、计算机的模块化特性也是一个需要考量的重要因素。模块化特性决定了您可以在何种程度上分离和重组系统的组件。您可以修改和调整系统，从而满足当前的需求并兼顾未来的扩展需求；还可以升级单个组件，而无需购买全新的系统。例如，对于具有PCIe插槽的模块化立式计算机，如果您需要更多空间，则可以安装新的硬盘驱动器；如果您需要更快的采样速度，则可以安装具有更快速模数转换器的DAQ设备。笔记本电脑和平板电脑提供了便携性，但它们的集成度更高，因此更难升级。如果您需要使当前的应用适应未来的需求，那么模块化可能是一个重要的特性。测量系统构建完整指南如果您计划在将来扩展此测试系统，那么随着系统的发展和变化，您现在投入的培33、训和学习时间将在未来产生更大的回报。了解该软件需要多长时间？即用型应用软件工具是上手最容易且最快的工具，因为它们已经将用户编程细节抽象化，通常只需要提供一些设置细节。在为您的DAQ系统选择即用型软件工具时，请确保该工具具有您应用所需的硬件支持、处理能力和分析库。此外，还要确认它是否提供了适当的资源(无论是用户手册、产品内帮助信息、在线社区还是支持论坛)，来帮助您快速学会使用该工具。应用开发环境通常需要更长的时间才能上手，但其中大部分时间都是在学习环境中的应用编程语言。如果您选择的应用开发环境使用的是您熟悉的语言，那您就可以节省熟悉新应用开发环境所需的时间。许多应用开发环境都可以在单个框架内集成34、(甚至编译)多种不同的语言。在评估应用开发环境时，如果您需要学习新语言，建议考虑那些可帮助您将注意力放在解决工程问题上(而不是底层编程细节)的环境上。例如，您可能会发现基于文本的语言(如ANSI C/C+)往往更具挑战性，因为所有语法和句法规则都很复杂，必须严格遵守才能成功地编译和运行代码。测量系统构建完整指南 LabVIEW中提供的图形化编程语言，学习起来则较为简单，因为程序实现更加直观，且视觉效果与工程师思考的方式一致。ANSI C代码LabVIEW代码图8示例代码软件是否提供入门培训选项？此外，还要考虑应用软件随附的入门资源。这些资源可以帮助您在更短的时间内熟悉并使用新的软件工具。以下是35、一些适用于所有软件工具的实用入门资源：J评估免费评估可以让您进行充分的测试，从而确定该工具是否满足您的应用的需求。J在线课程在学习应用软件的基本概念时，在线教程、视频和技术白皮书是非常有用的。J课堂培训如果您需要了解应用软件并动手开发您的DAQ系统，那么课堂培训是最完美的选择。课程费用和内容的详细程度取决于培训形式。通常情况下，您可以拥有多种选择，包括免费的研讨会、正规课堂培训、有授课教师指导的在线课程。J随附范例理想情况下，软件应针对最常见的DAQ应用提供足够多的代码范例。借助这些范例，您便无需从头开始。只需简单地修改随附范例，即可满足您的系统开发需求，从而节省时间。当我遇到困难时，36、是否有可供求助的社区？软件所处的生态系统与软件工具本身同样重要。一个健康的生态系统会提供丰富的资源，帮助您轻松地学习新的软件工具，并在您开发自己的应用时给予反馈。在购买之前，请浏览社区论坛，并确定它的活跃程度和共享的信息类型(代码、讨论、提示和技巧)。您需要的是一个活动丰富的社区，其共享的信息需与您正在解决的问题密切相关。此外，用户的应用软件生态系统往往驱使着未来的开发。请检查应用软件背后的组织是否能够积极响应其社区的需求，以及用户群是否可以提供引导未来软件功能的反馈意见。测量系统构建完整指南可能是在发生警报时将数据保存到磁盘，也可能是在传入值超过阈值限制时提高采样率。要执行内联分析，应用软37、件必须具有内置的信号分析功能，或者能够轻松集成外部IP。大多数数据分析工具供应商都会提供一份方便查阅的工具功能清单，如果您知道自己的特定信号处理需求，这将非常有用。但是如果您并不十分确定自己需要什么，在寻找工具时就需要考虑其是否提供了与您的领域或应用类型相关的函数。理想的数据分析工具可包含600多个内置函数。虽然基本和复杂的数学运算非常有益，但您更需要特定于您的兴趣领域的函数。如果您的应用涉及控制方面，请查看比例积分微分(PID)控制函数。如果您的应用为光学字符识别(OCR)，请确保您的工具包含相关函数。建议寻找具有附加工具生态系统的软件产品，以便扩展产品功能(包括第三方行业专家分析)。这样，38、您就节省了自己开发这些函数的时间和成本。如果需要内联分析，请确保应用软件包含内置或扩展功能。如果您的需求涉及脱机分析，则应用软件必须能够将数据保存为脱机分析包可以使用的格式。我需要哪些类型的数据可视化？从简单地绘制采集信号到将测量数据与视频、声音或三维模型投影相关联，数据可视化几乎是所有的测量系统必备的功能。选择正确的可视化技术至关重要，这可能决定了您是能够从原始数据中适当地得出实用的信息，还是丢失了重要的决策依据。与分析一样，可视化也可以内联或脱机进行。最后一章讨论了脱机可视化技术(通常也称为报表生成)。内联报告活动发生在DAQ软件中，因此您可以跟踪数据趋势、查看关键系统信息并创建有吸引力的39、UI。例如，您可以在显示器上显示采集的数据，以便技术人员可以看到正在测量的信号并确保连接正确。如果使用内联可视化运行内联分析，显示器上显示的可能会是同一信号经过滤波的版本。这种架构可为您提供“即时反馈”，因为您可以几乎实时地实现所获取数据的可视化，但这也意味着所选择的应用软件必须包含所需的可视化工具。就可视化而言，大多数工程师至少需要基本的图表和图形绘制功能。幸运的是，市场上几乎所有的数据可视化工具都可以制作简单的图表和图形，而专用的可视化工具则提供了强大的附加功能，可以帮助您从数据中获取更多信息。因此可视化功能的可扩展性和可定制性也是非常重要的考量因素。商用现成的应用软件可能提供各种各样的图40、表和图形，并可在单个图表中绘制多个图。它们可能有显示控件和可视化功能，但无法让您完全控制数据的显示方式。而开发环境却可让您进行广泛、深入的定制，因此您可以控制数据可视化的各个方面。请确保所选择的开发环境可轻松完成GUI设计在一些基于文本的编程语言中，数据可视化编程极具挑战性。测量系统构建完整指南这一经历想必大家都不陌生。但典型的电子表格程序是为财务分析而设计的。如果您要寻找的是测量系统数据管理工具，请考虑两个主要区别：第一，数据存储文件格式；第二，数据量。报表工具不仅要能够通过您选择的文件格式加载数据，还要能够胜任您所需要的数据处理量。文件格式传统的文件类型很少能满足您对文件格式的所有要求41、。例如，ASCII文件格式可互换，但却非常庞大而且无法快速读写。二进制文件的读写速度可与高速硬件媲美，但该格式的文件很难共享。而技术数据管理流(TDMS)文件格式则完美地解决了这些难题。TDMS文件基于TDM数据模型，能够以清晰的架构保存测试与测量数据，并提供完善的文档记录。使用TDMS格式的文件，您不必随着DAQ需求的增加而重新设计应用程序。您只需扩展数据模型即可满足自己的需求。TDMS是为了满足所有工程师的需求而开发的，因此它易于使用，并且可提供高速流处理和交换能力。传统的财务分析工具使用单元格作为其基本组成块。单元格形成行和列，最终组成电子表格，这种架构非常适合预算和资产负债表。简单的单42、点DAQ应用程序(例如，一天中每小时采集一个数据点的应用程序)就很适合使用电子表格，因为当采集的数据点较少时，每个数据点都是很重要的。每个数据点在电子表格中作为一个单元格存在，且必须通过这种基于单元格的方式进行处理。以每秒数兆采样(MS/s)的速度采集数十个数据通道的DAQ应用也很常见。在这些应用中，需要将某个信号(或通道)的数据作为一个整进行处理。比如如果单独处理列中的每个单元格，则可能会丢失信号的完整性。而一次处理整个列很麻烦。除原始的数值数据外，列通常还包含描述性信息，如名称或单位。因此，当您选择列的一部分(例如，A3:A999)时，不但会产生内存开销，而且有可能会造成数据不准确或错误。43、图9Microsoft Excel使用单元格作为其基本构建块。即使是简单的数据分析也必须应用于一个单元格，然后针对一列(通道)中的所有单元格重复执行。图9显示了如何使用Microsoft Excel执行一个简单但常见的工程任务：对存储在五个列中的温度通道求平均值，以创建一个最终的平均通道。您必须首先在单元构建块中实现取平均计算，然后将其复制或填充到结果列中的所有单元格。测量系统构建完整指南 MS/s的速度采集单个数据通道的应用程序而言，可在一秒采集过程中采集总共100万个数据点。在几分钟内，就会有数十亿个数据点占据千兆字节的硬盘空间。传统的数据管理工具试图将每个数据点加载到内存中，然后打开一个44、大的数据文件，这可能需要耗费许多宝贵的时间。这些基于单元格的灵活工具非常适合需要对单元格数据进行可视化的商业报表，但对于具有数百万个值的数据集，则会增加不必要的内存开销。为了避免潜在的内存问题，传统的报表工具通常会限制为给定列加载的数据值数量上限。这通常需要选择新的文件格式(事后可能需要重新构建应用程序)或将数据分割成许多小文件，重新调整存储策略，这样您的报表工具便可打开它们。在设计DAQ系统时，请确保您的数据管理工具能够处理您的文件格式以及您打算获取的数据量(保持一定的灵活性，以便适应未来采集数据量增加带来的需求变化)。我的数据管理软件能否提供我需要的分析？内联分析，或者说在获取数据时执行的45、分析，并非在所有情况下都适用。如果您不需要在获取数据后即时做出决策，则可以选择执行脱机分析(也称为后期处理)。这包括将获取的数据保存到磁盘以进行无限制的交互，以及让数据管理软件执行分析。由于此分析是在获取数据之后执行的，因此您可以不受DAQ时间和内存限制的影响，从而将处理器释放出来，用于完成更具挑战性的任务或需要整个数据集的趋势分析。直方图、趋势分析和曲线拟合等都属于后期处理任务。后期处理提供了更广泛的数据交互性，使您能够真正探索原始数据和分析结果。此外，考虑到密集型信号处理算法在大型数据集上运行时需要花费大量时间，这意味着您不必担心分析会成为限制实时采集的瓶颈。因此，在选择数据管理软件时，应46、考虑后期的数据处理需求。可查看数据管理软件手册，看看该软件是否提供了系统所需的数学计算、绘图和数据精简功能。我的数据管理软件能否提供我需要的可视化技术？就报告功能而言，您可能至少需要基本的图表和图形绘制功能。幸运的是，市场上几乎所有的数据管理工具都可以制作简单的图表和图形。但是，请确保这些图表可以绘制出要绘制的数据量，因为许多图表和图形只能够处理有限的数据量。如果您认为可能需要在一个图表上绘制多条具有不同Y轴比例尺的曲线，则您的报表工具需要能够区分这些标度。虽然许多工具都可以实现，但它们也有一个限制性的最大y轴数量。另外，考虑一下您的报告需求是否超出了基本的二维绘图。例如，如果您需要使用极坐标47、图表示数据，或者如果您的数据最好用三维图形表示，则您的报表工具必须支持这一点。我能否使用模板来简化重复性的报表？很多时候，您需要针对一系列原始数据文件生成相同类型的报告。例如，如果您每周需要运行相同的测试，并且必须报告标准化的结果，则必然需要使用一个报表布局来汇报不同的数据集。传统的报表工具会将报表显示方式与原始数据一起保存在一个通用的电子表格文件中，这大大增加了使用特定报表方式来汇报多个数据集的难度。每个数据集最终都有各自的报表布局和格式，这意味着如果您需要对布局或格式进行修改(例如，更改曲线颜色之类的简单操作)，则必须每个文件都修改，才能实现该更改的标准化。通过创建模板，您可以更轻松地创建48、自定义报表，从而使用新的数据和结果进行更新。如果未来需要针对多个数据集多次创建相同的报表，则需要使用一个数据管理工具，来生成报表模板并将其应用于不同的原始数据文件。测量系统构建完整指南我能否通过自动生成报表来节省时间？DAQ应用通常有两种类型的报表：临时报表和重复性报表。临时报表是偶尔生成的报表，通常采用互动、定制的方式。相对的，重复性报表是需要频繁生成的报表，通常是标准化的，并且经常使用模板。如果您有重复性的报表需求，请确保您的数据管理软件具有自动报表生成功能。即使是最传统的工具，也可以通过所支持的宏或脚本来简化该工作。很多工具都具有录制模式，这样您就可以采用交互方式录制脚本，从而自动执行冗49、长的评估或计算。我的数据管理软件能否以正确的格式导出报表？报表具通常以易于交换的格式呈现最终输出，这样您就可以发送(通过电子邮件)、打印或呈现相应数据，而不受原始数据文件格式的影响。大多数报表具都可将报表导出为多种格式，但请确保您的工具支持最常用的格式(PDF、PowerPoint、图像或HTML)。此外，如果您有大量的报表需求(例如，如果您的报表通常涵盖几十页)，请确保所选报表工具可以按您需要的大小以所需的格式导出报表。否则，就有可能出现以下情况：在系统设计的最后，由于报表工具无法按所需长度创建报表，您需要重新创建所有工作内容。这恐怕是您最不愿看到的状况了。了解NI DIAdem如何帮助您50、管理和报告测量数据下一步接下来就可以开始设计您的测量系统。我们将帮助您选择合适的传感器来测量您感兴趣的物理现象，并选择合适的DAQ设备来读取这些信号，以便对数据进行分析、可视化和报告。图 10无论您面临着什么样的测量挑战，NI都可以提供相应的硬件和软件来满足您的需求。了解NI DAQ硬件和软件咨询NI销售代表，了解适合您的测量系统2020 NATIONAL INSTRUMENTS.版权所有 COMPACTRIO、DIADEM、FIELDDAQ、FLEXLOGGER、LABVIEW、NATIONAL INSTRUMENTS、NI、NI-DAQ和NI.COM均为NATIONAL INSTRUMENTS的商标。此处列出的其它产品和公司名称均为其各自公司的商标或商号。36148