数据采集系统（DAQ）原理、类型与测量速度优化策略

一、数据采集系统（DAQ）概述

数据采集系统（Data Acquisition，简称 DAQ）是一套集硬件与软件于一体的综合性系统，其核心功能是借助传感器或转换器，对电压、电流、温度、应力等各类物理参数进行精准采样。该系统能够对这些样本进行调理，并将其转换为数字数据，以便后续的捕获、实时监控以及深入分析。这一过程为工程师和研究人员提供了获取关键信息的重要手段，广泛应用于工业自动化、科研实验、环境监测等众多领域。

二、静态 DAQ 与动态 DAQ 的区别

（一）静态 DAQ

静态 DAQ 在工作过程中，针对每个输入通道通常仅进行单次测量。它以固定的采样率开展测量工作，当存在多个输入通道时，会进行一次或多次测量。这种测量方式更适用于那些变化相对缓慢的物理量，例如温度或湿度测量。由于测量频率较低，静态 DAQ 能够以较为稳定的方式获取数据，满足对缓慢变化参数的监测需求。

（二）动态 DAQ

动态 DAQ 则采用快速连续的测量方式，对每个输入通道进行多次测量。这种特性使其能够精准捕获快速变化的信号，如振动、声学或结构应力信号等。在高速变化的场景中，动态 DAQ 的高频率测量能力能够及时捕捉信号的瞬态变化，为工程师提供更详细、准确的数据，以便进行深入分析和研究。

三、DAQ 数据记录仪的作用

DAQ 数据记录仪在数据采集过程中扮演着重要角色。它依据预先设定的扫描间隔和数据记录周期，精确捕获并记录相关数据。DAQ 系统通过多路输入通道开关多路复用器、内置信号调理器以及控制系统的高效协同工作，实现了对传感器信号的自动捕获。这种自动化的数据记录方式不仅提高了数据采集的效率，还减少了人为干预可能带来的误差，确保了数据的准确性和可靠性。

四、动态数据采集系统的优势

（一）高采样率采样

动态数据采集系统配备了内置硬件信号数字化仪，能够以高采样率对单个或多个传感器的动态信号进行快速采样。这一特性使其可以精准捕获电压、电流、振动或结构应力等参数变化的瞬态信号，为分析动态过程提供了丰富的数据支持。

（二）时域与频域分析

现代动态 DAQ 系统内置了快速傅里叶变换（FFT）数学算法，这一强大的功能能够将时域信号显示转换为频域信号显示。工程师可以根据实际需求，在时域和频域中对动态信号进行全面分析。时域分析有助于了解信号随时间的变化情况，而频域分析则能够揭示信号的频率成分，为深入理解信号特性提供了多维度的视角。

五、优化数据采集（DAQ）测量速度的策略

数据采集（DAQ）硬件在测量精度和速度方面存在一定的局限性，测量精度和测量速度之间往往存在折衷关系。当测量速度和事务处理速度的重要性高于对精度的极致追求时，可采取以下策略对中端 DAQ 系统（如是德科技的 DAQ970A 系统）的测量速度进行优化，以满足大多数设计验证测试的要求。

（一）选择正确的多路复用器

中端主机 DAQ970A 为接口模块提供了 3 个插槽，同时具备用于远程连接的局域网和 USB 接口。从接口读取速度来看，局域网和 USB 每秒能够轻松地远程传输 5000 个读数。若数据采集系统的其他部分不存在吞吐量限制，理论上可以实现更高的读取速度。然而，在实际应用中，DAQ 系统的速度瓶颈往往出现在多路复用器接口模块的机械开关速度上。因此，选择具有高速机械开关的多路复用器是提高 DAQ 系统测量速度的关键因素之一。

（二）配置硬件以提高阅读速度的技巧

1. 减少系统开销

在自动测试过程中，DAQ 主机的显示器和信号器等非必要组件会占用系统的处理时间，从而影响测量速度。为了提高测量效率，可以使用远程命令禁用整个前面板显示。通过这种方式，减少不必要的系统资源消耗，使 DAQ 系统能够更专注于数据采集和处理任务，从而提高整体的测量速度。

2. 合理选择 DAQ 数字万用表分辨率

数字万用表（DMM）分辨率的选择直接影响测量速度和精度。在选择分辨率时，应根据实际需求提供所需的详细信息，确保精度足够但不过度。例如，如果实际只需要 5.5 位数的精度，而将数字万用表设置为 6.5 位数，则会浪费处理时间，导致不必要的测量时间消耗。因此，合理选择数字万用表分辨率，能够在满足测量要求的前提下，有效提高测量速度。

数据采集系统（DAQ）作为获取物理参数信息的重要工具，在不同应用场景中发挥着关键作用。静态 DAQ 和动态 DAQ 各有其适用范围，而 DAQ 数据记录仪和动态数据采集系统则进一步拓展了数据采集的功能和应用领域。在优化 DAQ 测量速度方面，通过选择正确的多路复用器以及合理配置硬件参数，如减少系统开销和选择合适的数字万用表分辨率等，可以在满足测量精度要求的前提下，显著提高测量速度，提高数据采集的效率，为工程设计和科研实验提供更有力的支持。