數(shù)據(jù)采集技術(shù)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

數(shù)據(jù)記錄儀是一種從傳感器獲取測量結(jié)果，并將這些結(jié)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(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(shù)據(jù)。

隨著摩爾定律（下圖）的不斷發(fā)展，將創(chuàng)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(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)將充分利用這一技術(shù)，變得更智能、且功能更豐富。

在很多情況下，數(shù)據(jù)記錄的智能化應用已經(jīng)開始扮演舉足輕重的角色。 例如，在結(jié)構(gòu)監(jiān)測中，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的功能僅僅是將每個數(shù)據(jù)點記錄到磁盤上，即便被測的物理現(xiàn)象沒有明顯的變化，也會進行記錄。 這樣就會產(chǎn)生兆字節(jié)甚至千兆字節(jié)數(shù)據(jù)，通過離線才能進行分析和篩選。

相比之下，隨著系統(tǒng)變得越來越智能化，我們就能在迅速適應一定條件下連續(xù)監(jiān)視機器或結(jié)構(gòu)。 例如，系統(tǒng)可以緩慢地監(jiān)測加速度或結(jié)構(gòu)負載，并連續(xù)將存儲的數(shù)據(jù)覆蓋寫入磁盤，等待觸發(fā)條件的滿足。 一旦條件得到滿足，系統(tǒng)就能改變自身的行為，例如在短時間內(nèi)，以更高的速率進行采樣，同時確保觸發(fā)前后的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的多核處理器或可編程的邏輯中。 這些更高級的系統(tǒng)能夠在線分析數(shù)據(jù)，從而以更快地速度得出更有意義的數(shù)據(jù)結(jié)果，消除傳輸或存儲大量數(shù)據(jù)的無畏浪費。

在使用具有更多智能和處理能力的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)時，系統(tǒng)中運行的軟件將是區(qū)分供應商技術(shù)優(yōu)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(xiàn)系統(tǒng)配置及得到測量結(jié)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(tǒng)設(shè)計軟件），在這些系統(tǒng)中對處理器進行編程控制。編程工具為這些數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)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(yè)都需要在 他們的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)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(yè)已經(jīng)開始使用高性能的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。在電力方面，我們知道，電網(wǎng)在發(fā)生著巨 大的變化，公共設(shè)施建設(shè)部門正在投入大量的資源使其更加智能。讓電網(wǎng)變得更智能的方法之一就是集成更多的測量系統(tǒng)和設(shè)備。電能質(zhì)量分析儀就是這樣的一個設(shè) 備。一個典型的電能質(zhì)量分析儀可以采集和分析電網(wǎng)中的三相電壓，以此來計算國際標準中定義的電壓質(zhì)量。電壓質(zhì)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(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)無法提供所需要的處理能力。