데이터 수집 시스템(Data Acquisition System)

데이터 수집 시스템이란?

데이터 수집 시스템은 센서, 측정 장치 및 컴퓨터로 구성된 시스템입니다. 데이터 수집 시스템은 수집된 데이터를 처리하는 데 사용되며, 전기적 또는 물리적 현상을 이해하는 데 필요한 정보를 수집합니다.

 

 

이 정보는 데이터 수집 시스템의 성능을 이해하는 데 필요합니다. 예를 들어, 데이터 수집 시스템은 물체를 특정 온도로 가열하는 데 사용되는 가열 코일의 온도를 테스트할 때 사용할 수 있습니다. 가열 코일의 성공 수준은 온도를 측정하여 파악할 수 있습니다. 온도를 측정하고 기록하는 간단한 작업을 데이터 수집이라고 하며 데이터 수집 시스템을 사용하여 수행됩니다. 데이터 수집 시스템이 작동하는 또 다른 예는 전기 저항기에서 전류 흐름의 전위차를 측정하고 기록할 때입니다.

데이터 수집 시스템을 사용하여 전기 및 물리적 현상을 측정하고 기록하는 이유는 추가 분석을 가능하게 하기 위한 것입니다. 데이터 수집 시스템은 소프트웨어를 사용하여 기능을 수행하며 다양한 방식으로 데이터를 신속하게 처리하고 저장할 수 있습니다. 데이터 수집 시스템은 실제 시스템에서 데이터를 캡처하고 추가 엔지니어링 또는 과학적 검토를 위해 쉽게 검색할 수 있는 간단한 형식으로 데이터를 저장할 수 있습니다.

데이터 수집 시스템은 휴대용이거나 원격으로 작동할 수 있습니다. 휴대용 데이터 수집 시스템은 물리적으로 상호 작용할 수 있는 검체의 판독치를 수집해야 하는 경우에 사용됩니다. 물체와의 직접적인 인간 상호 작용이 불가능하거나 필요하지 않은 경우, 이는 원격 데이터 수집 시스템을 사용하여 원격 DAQ(데이터 수집) 측정을 수행하는 경우입니다.

데이터 수집 시스템의 기본 구성 요소

측정할 물리적 현상이나 물리적 특성은 데이터 수집 프로세스에서 우선합니다. DAQ 시스템에서 흔히 고려되는 몇 가지 요인은 온도, 광도, 진동, 가스 압력, 유체 이동 및 힘입니다. 어떤 유형의 물리적 속성을 측정해야 하든 물리적 상태는 먼저 데이터 수집 시스템이 샘플링할 수 있는 형태로 통합되어야 합니다.

이러한 변경은 센서에 의해 수행됩니다. 데이터 수집 시스템으로 알려진 소프트웨어와 하드웨어의 앙상블을 통해 실제 환경에서 물체의 물리적 특성을 측정하거나 제어할 수 있습니다. 완전한 데이터 수집 시스템은 DAQ 하드웨어, 센서, 액추에이터, 신호 조절 기어 및 DAQ 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터로 구성됩니다. 또한 타이밍이 중요한 경우(예: 이벤트 모드 DAQ 시스템) 독립적인 타이밍 시스템을 사용해야 합니다.

 

 

센서

센서 또는 변환기는 측정된 대상과 상호 작용하는 목적을 수행합니다. 그들은 직접적 또는 간접적으로 주제와 상호작용하거나, 다시 말해 접촉 또는 비접촉으로 정의됩니다. 이러한 도구는 물리적 값을 변환하여 전기 신호를 출력합니다. 응용 프로그램의 특성에 따라 데이터 수집 시스템에 사용되는 센서의 유형은 다양합니다.

 

예를 들어, 온도를 측정할 때는 온도 센서를 사용하지만, 빛을 측정할 때는 태양광 센서를 사용합니다.

 

이러한 도구는 둘 다 온도, 빛, 속도 등의 아날로그 신호를 컴퓨터와 호환되는 디지털 신호로 변환하는 공통 기능을 가지고 있습니다. DAQ 시스템에서 사용되는 센서는 노이즈를 최소화하거나 전혀 발생하지 않고 정확한 판독값을 제공할 수 있는 고품질 센서입니다.

변속기/신호 조절기

센서에서 얻은 전기 신호는 노이즈 또는 기타 간섭을 포함할 수 있으며 수정이 필요할 수 있습니다. 이 신호는 그대로 직접 사용할 수 없습니다. 신호는 데이터 수집 시스템이 측정할 수 없을 정도로 약할 수도 있습니다. 따라서 신호를 최적화하기 위해 추가 회로가 사용됩니다. 이 추가 회로를 신호 조절기라고 합니다. 그런 다음 신호 조절은 신호를 최적화하는 프로세스입니다.

 

 

신호 조절기는 필터 회로를 사용하여 노이즈를 실제 신호와 분리하고 약한 신호를 강화하는 증폭 회로를 사용합니다. 이러한 기능은 변속기 또는 신호 조절기가 제공하는 가장 일반적인 기능 중 두 가지입니다.

적합한 신호 조절 회로는 선형화, 보정 및 여기와 같은 추가 프로세스를 달성할 수 있습니다. 신호 조절 회로의 선택은 DAQ 시스템에 사용되는 센서의 특성에 크게 좌우됩니다.

데이터 수집 하드웨어

데이터 수집 하드웨어는 센서와 컴퓨터 사이에 연결된 하드웨어입니다. 이 하드웨어는 USB 포트를 사용하는 컴퓨터에 연결되거나 마더보드에 있는 PCI 익스프레스 포트를 통해 연결됩니다. 데이터 수집 하드웨어는 센서로부터 신호를 받아 컴퓨터가 읽을 수 있는 디지털 신호로 변환하는 역할을 합니다. 이것은 DAQ 하드웨어가 수행하는 기능입니다.

아날로그-디지털 변환기

DAQ 시스템의 이 구성 요소는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 역할을 합니다. 이 구성 요소는 모든 데이터 수집 시스템의 핵심입니다. 이 칩은 환경에서 데이터를 가져와 프로세서가 해석할 수 있는 별도의 레벨로 변환하는 역할을 합니다. 이러한 개별 레벨은 측정된 신호에서 발견할 수 있는 가장 작은 감지 가능한 변화에 해당합니다.

아날로그-디지털 변환기의 비트 수가 많을수록 아날로그 신호를 나타내는 데 사용할 수 있는 이산 레벨 수가 증가하고 디지털 변환기에 대한 아날로그의 분해능이 증가합니다. 아날로그-디지털 변환기의 해상도는 기본적으로 측정 스틱의 표시와 유사합니다.

미터법 측정 스틱을 사용하면 mm 표시가 있는 측정 스틱은 cm 표시만 있는 것보다 해상도가 더 높습니다. 여기 미국에서는 특정 인치를 특징으로 하는 측정 스틱이 개별 발로만 분해되는 것보다 더 큰 해상도를 나타냅니다. mm 또는 cm의 필요성은 측정 대상에 따라 달라집니다. 아날로그-디지털 변환기 분해능도 마찬가지입니다.

디지털-아날로그 변환기

DAQ 시스템의 이 구성 요소의 기능은 이진 신호의 입력 및 출력을 지원하는 것입니다.

 

단일 엔드 입력 변환기

이 구성 요소는 단일 종단 와이어에서 입력을 받기 위한 지원 기능을 제공합니다.

일부 DAQ 하드웨어 유형은 독립 실행형이며 컴퓨터에 연결할 필요 없이 자체적으로 작동할 수 있습니다. 이는 데이터 수집 시스템의 하드웨어에 내장된 컴퓨팅 유닛뿐만 아니라 프로세서를 사용함으로써 가능합니다. 독립 실행형 데이터 수집 하드웨어는 사용자가 실시간 데이터를 표현할 수 있도록 지원합니다. 컴퓨터 없이도 작동할 수 있는 DAQ 시스템의 대표적인 예로는 독립 실행형 오실로스코프 및 특정 정보를 측정하는 데 사용되는 기타 데이터 로거 장치가 있습니다.

데이터 샘플링 속도

빈도 또는 F로 알려진 샘플링 속도는 모니터링되는 공정의 특성과 상식에 따라 결정됩니다. 디지털 데이터 수집을 통해 변환기는 컴퓨터가 디지털화할 신호를 출력합니다. 안타깝게도 컴퓨터는 연속적인 아날로그 시간 파형을 저장할 수 없으며 신호를 저장된 샘플로 나눕니다. 본질적으로 샘플링 속도 또는 샘플링 주파수는 연속 신호에서 얻은 시간 단위당 샘플 수이며, 헤르츠로 측정할 수 있습니다.

추세의 해석에 영향을 미칠 수 있는 데이터 수집의 한 측면은 샘플링 속도입니다. 샘플링 속도가 너무 느리면 중요한 추세를 놓치거나 숨길 수 있습니다. 몇 년 전에는 컴퓨터에 디스크 공간이나 메모리가 충분하지 않다는 것이 핑계였는데, 이것은 현대 컴퓨터에는 적용되지 않습니다.

샘플링 속도를 이해하는 것은 데이터 수집을 이해하는 데 필수적입니다. 대부분의 경우 고객은 단기 테스트를 수행할 때 빠른 샘플링 속도를 원합니다. 데이터 스토리지는 고객의 요구에 따라 다양한 형태를 취하며 샘플링 속도가 1초 이하인 프로세스를 장기적으로 검사하여 데이터를 보다 정확하게 해석할 수 있습니다.

컴퓨터

컴퓨터는 DAQ 체인의 끝 부분입니다. 컴퓨터의 기능은 추가 분석을 위해 DAQ 하드웨어를 통해 들어오는 모든 데이터를 수집하는 것입니다. 그러나 수집된 데이터를 이해하기 위해 DAQ 하드웨어를 컴퓨터에 연결하는 것만으로는 충분하지 않습니다. DAQ 하드웨어의 데이터를 사용하는 DAQ 소프트웨어는 여전히 읽기 쉽고 의미 있는 결과를 생성하기 위해 필요합니다. 이 데이터 수집 소프트웨어는 DAQ 하드웨어와 사용자 사이의 계층 역할을 합니다. DAQ에서 수집된 데이터를 사용하여 컴퓨터는 고차 계산을 수행하는 데 매우 중요합니다.

 

데이터 수집 시스템 측정

데이터 수집 시스템은 다양한 유형의 측정을 수행할 수 있습니다. 이러한 유형의 측정은 일반적으로 아날로그 신호에서 파생됩니다. 컴퓨터 시스템으로 전송하기 전에 디지털 형식이어야 합니다.

다음을 포함한 데이터 수집 시스템을 사용하여 다양한 파라미터를 측정할 수 있습니다:

     - 전류
     - 전압
     - 부하
     - 빈도 또는 시간 간격
     - 압력.
     - 온도
     - 거리
     - 진동
     - 각도
     - 디지털 신호
     - 무게

여러 개의 다중 입력 범용 데이터 수집 장치가 이러한 다양한 센서와 인터페이스할 수 있지만 별도의 모듈 또는 센서를 사용하여 서로 다른 특정 매개 변수를 측정할 수 있습니다. 데이터 수집 측정에 사용되는 센서 유형은 온도, 변위 또는 연구 중인 모든 측정으로 변환될 수 있기 때문에 일반적으로 전압 값을 반환합니다.

종종 센서뿐만 아니라 데이터 수집 모듈에서도 기본 측정 파라미터와 같은 전압을 생성하기 위해 어떤 종류의 변환기를 사용합니다. 이 측정을 1차 측정이라고 합니다. 그런 다음 필요에 따라 후속 매개 변수로 변환됩니다. 이러한 방식으로 데이터 수집 모듈은 만들거나 얻어야 할 필요가 있는 거의 모든 필수 파라미터를 측정할 수 있습니다.

결과적으로, 존재하는 방대한 DAQ 모듈은 거의 모든 가능성을 측정할 수 있습니다. 또한 매우 구체적인 요구사항을 충족할 수 있습니다. 그러나 특수 DAS 모듈이 필요한 센서 설계도 얻을 수 있습니다. 이러한 방식으로 특정 센서를 사용한 특정 측정을 위해 이러한 데이터 수집 모듈을 사용자 지정할 수 있습니다.

데이터 수집 카드 및 모듈

많은 데이터 수집 시스템에는 필요한 다양한 측정 기능을 제공하기 위한 카드로 채워진 랙 모듈이 있습니다. 이러한 카드는 분명히 전기 및 기계 인터페이스 모두에서 사용되는 전체 시스템을 준수해야 합니다. 사용되는 랙 시스템은 표준화된 경우가 많으며 사용되는 모듈은 많은 제조업체에서 제공하는 경우가 많기 때문에 선택이 더욱 편리합니다.

 

 

데이터 수집 소프트웨어

논리적 형식의 데이터를 수집, 저장 및 처리하는 데 필요한 전문 데이터 수집 소프트웨어를 사용할 수 있습니다. 데이터 수집 시스템에 사용되는 소프트웨어는 다양한 언어로 작성될 수 있으며 특정 애플리케이션을 위해 작성될 수 있습니다. 대신 사용할 수 있는 다양한 데이터 수집 소프트웨어 패키지가 있습니다.

독점적인 데이터 수집 소프트웨어 패키지의 이점은 모든 개발이 이미 수행되었고 시스템이 이미 배포되었기 때문에 대부분의 문제가 이미 발생했다는 것입니다. 소프트웨어 유지보수에 대한 비용이 부과되더라도 유사한 자체 데이터 수집 소프트웨어 패키지에서 유지보수를 수행하는 것보다 훨씬 저렴합니다.

따라서 대부분의 기업은 데이터 수집 소프트웨어를 구입한 다음 이를 사용하여 특정 용도의 테스트를 개발합니다.

데이터 수집 변환기 신호

변환기는 특정 소스에서 에너지를 전자 신호로 바꾸는 전자 장치입니다. DAQ 시스템이 측정하도록 설계된 특정 변수에 따라 출력 신호가 달라집니다. 데이터 수집 시스템은 일반적으로 생성되는 출력 신호의 측면에서 논의됩니다. 생성된 출력 신호는 디지털 또는 아날로그일 수 있습니다.

DAQ 시스템에서 사용하는 데이터 수집 방법

비트스트림 디스크-이미지 파일

이는 일부 매우 특정한 데이터 수집 시스템에서 사용되는 데이터 수집 방법입니다. 이 방법은 대부분 법의학 수사관들이 사용합니다. 유연한 데이터 수집 방법으로 원본 드라이브의 복사본을 하나 이상 만들 수 있습니다. 더 중요한 것은 상호 연결된 섹터 또는 클러스터를 포함하여 원래 드라이브의 모든 내용을 복사하여 나중에 삭제되거나 변조된 파일을 검색한다는 것입니다. 디스크-이미지 파일을 읽는 데 사용되는 일반적인 도구로는 EnCase, X-Ways, FTK, ILook Investigator 등이 있습니다.

비트스트림 D2D(Disk-to-Disk)

소프트웨어 또는 하드웨어 오류 또는 기타 비호환성으로 인해 비트 스트림 D2D(Disk-to-Image) 파일을 생성할 수 없는 경우 대신 비트 스트림 D2D(Disk-to-Disk) 방법이 사용되는 경우가 있습니다. 조사자가 이전 드라이브에서 데이터를 수집하려고 할 때 위에서 언급한 문제가 발생하면 원래 드라이브 또는 디스크의 비트스트림 D2D(Disk-to-Disk) 복사본을 만듭니다. 변조된 원래 드라이브의 D2D 비트스트림 복사본을 만드는 데 사용되는 도구에는 EnCase, SafeBack 및 Norton Ghost가 있습니다. 이러한 도구는 의심스러운 원래 드라이브에서 복사된 데이터와 일치하도록 대상 디스크의 지오메트리를 수정할 수 있습니다.

논리적 수집

이 방법은 개별 사례 조사에 필요한 파일만 수집하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 이메일 조사에서 Outlook .ost 또는 .pst 파일의 컬렉션과 대규모 RAID 서버에서 특정 레코드의 컬렉션이 이 절차를 통해 사용됩니다.

희소 획득
이 방법은 논리적 획득과 유사합니다. 이 방법을 사용하면 조사자는 할당되지 않은 데이터의 조각을 수집할 수 있습니다. 이 방법은 대부분 드라이브 전체를 검사할 필요가 없을 때 사용됩니다.

데이터 수집 시스템을 설정할 때 고려해야 할 사항

데이터 수집 시스템을 설정할 때 고려해야 할 사항은 다음과 같습니다:

중단 없는 런타임
무엇보다 먼저 시스템이 중단 없이 작동하는 시간을 확인해야 합니다. 하드웨어와 운영 체제의 선택은 이 기간의 영향을 크게 받을 것입니다. 또한 프로세서가 작업을 지속적으로 수행해야 하는 경우 버퍼 오버플로로 인해 데이터 흐름이 백업되고 그에 따른 오류가 발생할 가능성이 높습니다. 시스템의 하드 드라이브와 배터리가 마모되기 시작하여 10년 또는 그 이전에 중단됩니다. 따라서 DAQ 시스템을 고려할 때 고려해야 할 첫 번째 요인은 시스템 작동 시간입니다. 그래야만 여러분의 요구에 가장 적합한 옵션을 선택할 때 고려해야 할 다른 사항들을 고려할 수 있을 것입니다.

전원
동력원은 다음으로 생각해야 할 항목입니다. 시스템이 안정적인 전원 공급 장치에 액세스할 수 있는지 또는 DAQ 시스템에 보조 전원이 필요한지 여부를 결정해야 합니다. 2차 전원을 선택하는 것은 분명히 문제가 되지 않습니다. 1차 전원이 더 안정적일 수 있습니다. 일반적인 백업 전원으로는 발전기, 배터리 또는 태양 전지 패널이 있습니다. 신뢰할 수 있는 여러 에너지원을 사용할 수 있는 경우 전력 계산을 수행하는 것이 좋습니다. 그렇게 할 때는 실제 조건에서 작업할 때 주의를 기울이고 전력을 모니터링하는 것이 가장 좋습니다.