數據擷取方式的選擇

　　數據擷取技術在過去 30 到 40 年間有了長足的進步。舉例來說，40 年前，在一般大學的實驗室中，用來追蹤一缸鈉-鎢-青銅的溫度上升情形的配備通常包括：一個熱電耦、一個橋接裝置、一張查閱表、以及一迭紙和鉛筆等，但今日的大學生卻很可能直接使用自動化的程序來進行，并且在 PC 個人計算機上分析數據。目前，可用來擷取資料的方法有很多種，至于哪一種才是最合適的選擇要視幾個因素而定，包括：任務的復雜度、所需的速度和準 確度、以及想要的文件化功能等。數據擷取系統的種類很多樣，有簡單的，也有復雜的，各自具有不同的效能和功能。

　　1.紙與筆

　　舊式的紙與筆記錄方法在某些狀況下仍然是有用的，具有便宜、隨手可得、快速又容易開始進行等優點，您只需要接上一臺數字萬用電表(DMM)，就可以開始用手寫的方式把數據記錄下來。不幸的是，這種方法很容易出錯，而且速度比較慢，又需要進行大量的手動分析。此外，這種方法只對單一頻道的數據有用;雖然您也可以使用多臺 DMM，但是整個系統很快就會變得笨重又難搞。準確度會取決于記錄員的細心程度，而且可能需要手動地調整輸入的大小，例如：如果 DMM 不是設定來處理溫度傳感器的話，就會需要手動地調整單位。在充分考慮這些限制之后，如果您需要進行快速的實驗時，這往往也是一種可以接受的方法。

　　2.長條圖記錄器 (strip chart record er)

　　珍貴的長條圖記錄器的現代版可讓您從多種輸入來源擷取數據，這種方法能在紙上提供數據的永久記錄，且因數據是以圖形的方式呈現的，因此可以讓您立即看出趨勢走向。一旦設定好之后，大部分的記錄器都具有足夠的智慧可以自行運作，不需要人工的介入，也不必透過計算機來輔助。

　　其缺點包括：缺乏應用上的彈性以及準確度相當低，往往只局限于幾個百分點的準確度，頂多只能察覺到繪圖筆所描繪出來的小改變而已。當您需要在一長段時間內監測幾個頻道的時候，記錄器雖然很合適，但其價值可能還是很有限，例如：無法用來打開或關閉另一個裝置。其它的考慮還包括繪圖筆和記錄紙的維護、記錄紙的供應、以及數據的儲存等，這些到最后其實都會造成紙張的過度使用和浪費。盡管如此，這種記錄器仍然相當容易設定和操作，可提供數據的永久記錄，以進行快速又簡單的分析。

　　3.掃描式數字萬用電表

　　有些桌上型的 DMM 具有掃描功能的選項，儀器后面會有一個可以插入掃描卡的插槽，可用來多任務切換多個輸入信號，一般具有 8 到 10 個頻道的多任務切換能力是相當常見的。在 DMM 儀器面板上所固有的準確度及功能會維持不變，但彈性則有限，因為無法擴充到超過擴充槽所能容納的頻道數，一般會用一部外接的PC 來處理數據擷取和分析的工作。

　　4.PC 插入卡

　　PC 插入卡是一種單一電路板的量測系統，可使用 PC內的 ISA 或 PCI 總線的擴充槽，讀取速率通常能達到每秒 100,000 次左右。常見的頻道數為 8 到 16 個，所擷取到的數據會直接儲存到計算機中，然后在計算機上進行分析。由于這種插入卡基本上是計算機的一部份，因此很容易進行測試的設定。PC 插入卡的價格也相當便宜，部分原因是它可以靠主機計算機來提供電源、外殼、以及使用者操作接口。

　　PC 插入卡的缺點是分辨率通常只有 12 位而已，因此無法察覺出輸入信號的微小變動。此外，PC 內的電子環境有很多噪聲，有高速的頻率和總線噪聲會到處輻射，往往這種電子干擾就是 PC 插入卡的準確度比掌上型 DMM 來得低的緣故。這些插入卡也只能量測相當有限的直流電壓范圍，若要量測其它的輸入信號，如交流電壓、溫度或電阻等，則需要外接某種的信號調節配件才行。其它的考慮還包括校準問題多以及整體的系統成本過高等，特別是如果您需要購買額外的信號調節配件，或是一部 PC來安裝這種插入卡的話。在充分考慮這些因素之后，如果您的需求與這種插入卡的功能和限制范圍相符的話，PC 插入卡也不失為一種吸引人的資料搜集方法。

　　5.數據記錄器

　　數據記錄器通常是一種單機的儀器，一旦設定好之后，可以無須操作人員或是計算機的介入，自動地量測、記錄和顯示數據。這種數據記錄器可以處理多種的輸入信號，有時可以擁有多達 120 個頻道。其準確度足以媲美單機式的桌上型 DMM，具有 22 位的分辨率和 0.004%的準確度效能。有些數據記錄器還具有調整量測結果、依據使用者自訂的限制值來檢查量測結果、以及輸出控制信號等能力。

　　使用數據記錄器的優點之一是它已內建信號調節能力，大部分都可以直接量測多種不同的輸入信號，無須另外使用信號調節配件。您可以使用其中一個頻道來監測熱電耦，另一個頻道來監測電阻式溫度組件(RTD)，而仍然可以使用第三個頻道來監測電壓。一般，其多任務器模塊卡中都會內建熱電耦參考補償功能，可進行準確的溫度量測。

　　數據記錄器內建的智能功能可以協助您設定測試例程，并指定每個頻道的參數。一旦您完成這些設定之后，數據記錄器就可以獨立地開始運作，就像一部記錄器一樣。數據可以直接儲存在其內部的內存中，大約可以容納 50,000 個或更多的讀值。透過與 PC 的連接，很容易將數據傳送到您的計算機上，進行深入的分析。大部分數據記錄器的設計都是以彈性和簡單設定及操作為目標，而且很多都可以提供利用電池或其它方法進行遠地操作的選項。

　　視所使用的 A/D 轉換器技術而定，有些數據記錄器讀取數據的速率相對而言比較慢 (特別是與許多PC 插入卡的速度相較之下)，不過，每秒 250 個讀值的讀取速度還是相當常見的。要記住：許多所監測的現象本質上都是物理性的，如溫度、壓力和氣流等，其變化的速度相當慢。此外，由于數據記錄器具有優異的量測準確度，因此不需要進行多次的讀取和平均運算，但這些在 PC 插入卡的解決方案中通常都是必要的。

　　6.資料擷取前端 (front end)

　　數據擷取前端通常是模塊式的，且一般會連接到 PC或控制器上，常在自動化的測試應用中使用，以擷取數據和控制及繞接信號到測試設置中的其它組件上。這種數據擷取前端可以達到非常高的效能，不論在速度或準確度上都足以與最佳的單機式儀器相比擬。數據擷取前端有多種的實做方式，包括 VXI 版本，如Agilent E1419A 多功能量測與控制 VXI 模塊，以及一些專用的特殊卡槽箱 (card cage) 等。雖然前端的價位已持續降低當中，但這種系統還是相當昂貴，因此除非您需要這種系統所具備的高性能，否則其價格可能會讓您打退堂鼓。就優點來說，這種系統可以提供相當大的彈性和極佳的量測能力。

　　數據記錄器的應用

　　一部好的低價位數據記錄器，也就是具有適中的頻道數 (20 – 60 個頻道) 以及相對低的掃描速率，對工程師常會碰到的許多應用來說已經很夠用了，一些主要的應用包括：

　　· 產品的特性量測

　　· 電子產品的熱效應特性分析

　　· 環境測試、環境監測

　　· 零組件特性量測

　　· 電池測試

　　· 大型家電用品 (white-goods) 測試

　　· 建筑物與計算機室監測

　　· 生產制程監測、評估與問題排除

　　壹、數據記錄器的應用：

　　評估原型 IC 的自動化測試機臺

　　1. 在測試用 PC 板上有一個快速安裝座

　　2. 將 PC 板固定在加熱器/冷卻器上，以便在不同的溫度條件下測試 IC

　　3. 使用 Visual Basic、GPIB 儀器以達到完全的自動化

　　結果：

　　· 可將評估時間縮短為一半

　　· 可得到準確且一致的結果

　　· 容易編寫成文件

　　貳、數據記錄器的應用：

　　量測新設計之電源供應器的特性

　　1. 檢查輸出電壓和噪聲位準

　　2. 仿真負載 (使用功率電阻來進行)，并檢查溫度上升情形和轉換效率

　　3. 量測主要零組件的絕對溫度

　　結果：

　　· 可縮短開發的時間

　　· 可透過限制內部的溫度來提高可靠度

　　可得到驗證過的電源供應器輸入規格

　　哪一種數據擷取系統最適合您?

　　沒有任何一種數據擷取系統可以完全適合所有的應用，回答下列的問題或許可以協助您決定哪一種最符合您的需求：

　　1. 該系統是否與您的應用需求相符?

　　· 系統的量測分辨率、準確度與噪聲效能為何?

　　· 掃描的速度有多快?

　　· 所支持的傳感器和量測功能為何?

　　· 能否透過升級或擴充來滿足未來的需求?

　　· 可移植性如何?

　　· 能以單機儀器的方式運作嗎?

　　2. 成本多高?

　　· 軟件是否包含在內?或是需要另外購買?

　　· 需要再外加信號調節配件嗎?

　　· 保固期有多長?

　　· 校準的容易度和費用如何?

　　3. 使用的容易度如何?

　　· 規格容易了解嗎?

　　· 使用者操作界面容易使用嗎?

　　· 針對新的應用重新配置設定的困難度有多高?

　　· 數據能否很容易地移轉到新的應用上?

　　· 支持哪些套裝應用軟件?

　　結論

　　數據擷取的方法有很多種，從紙、筆、加上量測設備的方法，到硬件儀器與軟件分析工具所組成的高精密系統皆是。使用者在選購數據擷取設備或系統時，第一步要考慮的是必須先確定手邊的工作性質以及所需的輸出形式，然后再選擇符合條件的設備類型和規格范圍。所有買得到的精密設備和分析工具都是設計來協助使用者了解所要監測的現象，因此工具不過是一種達到目的的方法而已。