Messdatenerfassung – Ein Leitfaden zu
Data Acquisition (DAQ)

Lösungen zur Messdatenerfassung von Measurement Computing sind für einen weiten Bereich von Anwendungen und Schnittstellen erhältlich. Ob Sie nun Strom, Spannung, Temperatur, Dehnung (DMS) oder digitale Signale erfassen wollen, MCC bietet qualitativ hochwertige Messgeräte und zugehörige Software und Treiber als flexibel und schnell anpassbare Lösungen zur Messdatenerfassung für Ihre individuelle Anwendung.

Was bedeutet Messdatenerfassung / Data Acquisition?

Messdatenerfassung, Data Acquisition oder kurz DAQ beschreibt die Digitalisierung von Daten aus der analogen Welt um uns herum, damit sie mit einem Computer visualisiert, analysiert und gespeichert werden können. Ein einfaches Beispiel ist die Erfassung der Raumtemperatur als digitaler Wert mittels eines Sensors, beispielsweise eines Thermoelementes. Moderne Systeme zur Messdatenerfassung können mit Software zur Datenanalyse und Protokollierung, Netzwerkanbindung, sowie Fernsteuerung und Fernüberwachung ausgerüstet werden.

Komponenten eines Systems zur Messdatenerfassung

Alle Systeme zur Messdatenerfassung bestehen aus drei wesentlichen Teilen – Sensor, Signalkonditionierung und Analog/Digital-Wandler (ADC).

Komponenten Messdatenerfassung

Analog/Digital-Wandler

Der zentrale Baustein jedes Systems zur Messdatenerfassung ist der Analog/Digital-Wandler (ADC). Wie der Name andeutet, übernimmt dieser Baustein Messdaten aus der analogen Welt und wandelt sie um in diskrete Werte, die ein Prozessor interpretieren kann. Diese diskreten Werte entsprechen der kleinsten erkennbaren Änderung im gemessenen Signal. Je höher die Bit-Zahl eines ADCs (12 Bit, 16 Bit, 18 Bit, usw.), umso größer ist die Anzahl der diskreten Werte, die das analoge Signal repräsentieren können und umso größer ist die Auflösung des ADCs. Die Auflösung des ADCs kann mit der Anzahl der Messstriche auf einem Maßstab verglichen werden. Ein Maßstab mit Markierungen für Millimeter besitzt eine höhere Auflösung als ein Maßstab mit Markierungen nur für Zentimeter. Ob Sie nun Werte in Millimeter oder Zentimeter benötigen, hängt von Ihrer Anwendung ab. Genauso verhält es sich mit der Auflösung der ADCs.

Sensoren (Messwertaufnehmer)

Sensoren oder auch Messwertaufnehmer verwandeln ein physikalisches Phänomen wie Temperatur, Kraft, Bewegung, Spannung oder Strom in Signale, die von einem ADC verarbeitet werden können. Gängige Sensoren umfassen Thermoelemente, Thermistoren und Widerstandssensoren für die Temperaturmessung, Beschleunigungsaufnehmer für die Bewegungsmessung und Dehnmesselemente zur Messung von Kraft. Bei der Auswahl des passenden Sensors für Ihre Anwendung müssen Faktoren wie die Genauigkeit des Sensors und die erforderliche Signalkonditionierung zur Erzeugung eines messbaren Signals berücksichtigt werden.

Signalkonditionierung

Für qualitativ hochwertige Messungen mit Messwertaufnehmern werden häufig zusätzliche Schaltungen zwischen dem Messwertaufnehmer und dem ADC benötigt. Diese Schaltungen werden oft als Signalkonditionierung oder Messwertaufbereitung bezeichnet und beinhalten Signalverstärkung, Filterung, Wheatstone‘sche Brückenergänzung, Sensorspeisung, Linearisierung, Kalibrierung und Kaltstellenkompensation (für Thermoelemente). Unterschiedliche Sensoren haben unterschiedliche Anforderungen an die Signalkonditionierung. Die Signalkonditionierung eines Dehnmesselementes beispielsweise erfordert Sensorspeisung, Brückenergänzung und Kalibrierung. Thermoelemente mit einem Signalhub im mV-Bereich müssen vor dem ADC verstärkt und gefiltert werden.

Oftmals ist die Signalkonditionierung bereits im Messgerät integriert, die Signalkonditionierung kann aber auch Teil des Messwertaufnehmers sein. Kraftmessdosen beispielsweise enthalten die Brückenergänzung, Kalibrierung und Verstärkung. Auch viele MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) Sensoren sind mit Signalkonditionierung ausgerüstet.

Optionen zur Messdatenerfassung

Zur Auswahl stehen unterschiedliche Systeme zur Messdatenerfassung:

DatenloggerDatenlogger

Datenloggen bezeichnet die Aufzeichnung der Messdaten über einen gewissen Zeitraum. Abhängig von der Anwendung können dies Temperaturmessungen, Spannungen, Strom, Feuchte oder andere Signale bzw. Ereignisse sein. Ein Datenlogger ist ein abgeschlossenes System zur Messdatenerfassung mit integriertem Prozessor und einer vorinstallierten Software auf dem Gerät. Datenlogger sind als autonome Geräte beliebt, da sie mobil und für einen bestimmten Anwendungszweck sehr einfach einsetzbar sind.

Alle Datenlogger besitzen einen lokalen Speicher für die Messdaten, der sich auf manchen Geräten über SD-Kartenslots erweitern lässt. Internetfähige Datenlogger können über das Netzwerk konfiguriert werden und auf diesem Weg Messdaten austauschen. Einige Datenlogger sind batteriebetrieben und dadurch noch mobiler einsetzbar.

MessgeräteMessgeräte

Ein Gerät zur Messdatenerfassung (über USB, Ethernet, PCI, usw.) beinhaltet die Signalkonditionierung und die Analog/Digital-Wandler, benötigt jedoch im Betrieb eine Verbindung zu einem Computer. Diese Geräte sind sehr flexibel einsetzbar und können in den unterschiedlichsten Anwendungen verwendet werden, was sie zu einer sehr beliebten Geräteklasse macht.

Anwender dieser Geräte können sowohl sofort lauffähige Anwendungen zur Messdatenerfassung wie DAQami™ oder Programmierumgebungen wie Python™, C++®, DASYLab®, MATLAB® und NI LabVIEW™ einsetzen. Diese Klasse von Messgeräten bietet mit unterschiedlichen Schnittstellen und der Flexibilität, die Software der Wahl verwenden zu können, eine für individuelle Anwendungen anpassbare Lösung.

MessdatenerfassungssystemSysteme zur Messdatenerfassung

Modulare Systeme zur Messdatenerfassung sind für hohe Kanalzahlen entwickelt und entsprechend komplexe Systeme zur Integration und Synchronisation unterschiedlicher Sensortypen. Diese Systeme sind aufwändiger zu integrieren, jedoch im Einsatz extrem flexibel.

Modulare Messsysteme sind die kostenintensivste Option zur Messdatenerfassung. Viele Anwendungen erfordern jedoch Funktionen, die nur ein beispielsweise auf PXI basierendes Messsystem bieten kann.

  Datenlogger  Data Acquisition
Messgerät
Data Acqusition
Messsystem
Kosten niedrig-mittel niedrig-mittel mittel-hoch
Bedienerfreundlichkeit hoch mittel-hoch niedrig
Flexibilität gering mittel hoch
Kanalzahl 1-16 Kanäle 4-32 Kanäle 8-1000 Kanäle