利用软件工具实现数据的采集和分析

许多应用都要求对采集的数据进行分析，例如工程师可能需要监视恒温箱的温度，以验证PCB在预定指标范围内工作。如果PCB超差，就需要识别超差现象和关断电源。化学工程师可能需要监视最终产品，如汽油或饮料的流量，当流量达到最小或最大极限时就要调整流量。在设计验证中，工程师要通过测量保证最终产品能在不同工作条件下达到预定指标。例如对于电源参数，测试工程师要在各种负载条件下测量电源的输出。电源输出必须在所有负载条件下稳定，同时要保持产品机箱内的最小温升。

选择适宜的测量设备和软件工具能帮助数据的采集和分析，使数据更加有用。在本文中我们将考察这些产品特性描述实例，说明如何选择正确的测量设备和软件工具，以帮助数据采集和分析。

选择测量设备

在数据采集中，许多测量是用传感器把物理现象变换成电压、电阻或频率，然后用适合的测量设备，如数字万用表测量电信号。

温度是数据采集中最常测量的物理量，可以利用热电偶、RTD(电阻温度探测器)或热敏电阻传感器完成温度测量。热电偶是由两种不同金属构成的结，当结受热时，热电偶就产生一个电压，它与参考结的电压差确定了相关温度。RTD 和热敏电阻都是基于电阻的传感器。在温度改变时，传感器的输出电阻也随之改变。传感器的选择应基于要进行的测量类型，以及应用对精度和线性度的要求。

几乎所有的万用表都可用于测量传感器产生的电压或电阻，但并非所有万用表都能把电压或电阻变换为物理测量值。例如，如果你用热电偶测量温度，就需要使用有自动变换例程的万用表。通过内置变换，原始热电偶测量结果就从电压变为被测温度。

除了使用带自动变换例程的仪器外，下面这些仪器特性可帮助对数据的采集和分析：

仪器支持数学等式，因此不支持的传感器输出也能在仪器中直接变换；

在测量超出预期极限值时有硬件报警信号；

仪器前端上有把许多测量点或传感器接到一台测量仪器的多路复用器；

仪器提供能帮助数据采集和分析的软件。

采集和分析数据的软件工具

软件工具能使你更容易地采集和分析数据。这些工具一般很容易与仪器连接，并提供无需编程的数据采集设置。最常用的数据分析工具之一是微软公司的Excel。绝大多数PC上都配有Excel，它也得到最广泛的使用。Excel 是极为强大的电子表应用程序，它允许插入公式，并有许多内置的制图特性。有些厂商提供Excel插件(Plug-in)，以帮助数据的设置和采集。这些产品借用微软的专业知识，可把所采集的数据直接送入该应用程序。然后用微软的内置公式和制图工具处理和绘制数据。图1给出了在Excel中采集数据以及为进行分析绘制图形。

图1：Microsoft Excel 中采集的数据

有些仪器厂商提供独立软件工具，这些工具直接支持仪器，可帮助数据的采集和分析。这些产品容易与仪器连接，允许为特定测量配置每一个通道。它也能使用像标定(scaling)和数学公式这些特性，从而能为了进行数据分析很容易地处理数据，并能分别绘制经过计算的通道测量结果。

下面的三个步骤说明如何在不同负载条件下评估电源。所捕获的数据是温度、电压和数字测量结果。在所有负载条件下，电压输出必须稳定，并要同时保持产品机箱内的最小温升。

第一步：为测量配置通道

在完成仪器连接后，你可建立新的配置，为电源中的不同测量扫描多个通道。首先选择扫描中包括的通道，给予每一通道自己的名称，选择不同的测量功能、量程和分辨率。

在图2中，通道1001-1005设置为测量电源内的不同电压输出，通道1006-1010配置为测量电源机箱内不同位置的温升。由于该仪器有热电偶的自动变换例程，因此不需要另外的变换。通道2001-2002用于读取电源状态。

图2：为测量配置通道

其它支持的测量包括各通道上的AC/DC电压、2线和4线电阻、频率、周期和AC/DC电流。

用图中Res栏规定DC电压测量的分辨率和以摄氏度、华氏度或绝对温度为单位的温度测量标度。标度函数Mx + B 用于对各通道读数施加增益和偏置。其中：

M=增益

x = 倍乘系数

B= 偏置

标度读数 = (增益×测量结果)＋偏置

这可用于定制的线性变换，对于校准损耗、增益或偏置是非常有用的。

要为每一通道设置报警。把各测量结果与报警限值比较，如果超出测量范围，对测试结果进行标记。通道1001-1005具有用于电压稳定性的低?高报警设置。因此如果电压输出低于9.9DCV或高于10.1DCV，硬件报警 1 就被触发。你在这里捕获超出限制值的电压测量点，如有必要，你也可以设置报警以关闭另一开关，切断电源。

通道1006-1010报警设置为控制机箱温度。如果机箱内温度过高 ，硬件报警2被触发，闭合开关以提高变速风扇的转速。当温度降到低于下限值时，报警3被触发，把变速风扇再次调整到低速。

可为分析的目的增加计算通道。计算通道支持基本数学运算、功率方程和应力方程：

数学运算：加、减、乘、除、平方、平方根。

功率方程：dBM、dBV

应力方程：全桥(挠度)、半桥(挠度)、四分之一桥

第二步：配置扫描

具有扫描配置的灵活性始终是一件好事情。该软件包上有几种选择：你可立即开始扫描，在触发时开始扫描，或指定开始扫描的日期和时间，你也能确定何时完成扫描。你可以在数日内，甚至数周内运行扫描，以保证产品的可靠性。

该扫描可以在24 小时的周期内运行，因此能在长的时间周期内评估数据。

第三步：采集数据，为显示和分析制图

一旦扫描开始，你就有几种如何显示数据的选择。你可实时地一边采集一边监视数据，也可等到采集完全部数据后，再把它输出到另一种分析工具。

图3：数据制图

图3中有两幅不同的显示图形，你能在一幅图上看到电压测量结果，在另一幅图上看到温度测量结果。注意被测温度如何直接用工程单位显示。为便于辨别，不同通道用不同的颜色显示。图形数据使你更容易分析数据，你能从图上识别异常现象，进行通道比较和看到变化趋势。该工具支持具有统计和附加显示选项的带状图和柱状图，包括数据标记和报警指示，以及在单通道的AVG、MIN和MAX结果。

本文总结

综上所述，光是采集数据往往是不够的，使用正确的测量硬件和软件工具能使工作更容易，也使数据更有意义。所使用的仪器应包括的特性有自动变换例程、数学运算功能、报警和多通道输入。提供软件工具的仪器也使数据采集分析的设置和执行更加容易，软件工具能帮助你配置测量设备，捕获用于分析和显示的数据。