數(shù)據(jù)采集技術(shù)要點(diǎn)剖析（二）

—— Mariano Kimbara, 高級(jí)趨勢(shì)分析專(zhuān)家, 弗若斯特沙利文咨詢(xún)公司

數(shù)據(jù)記錄儀是一種從傳感器獲取測(cè)量結(jié)果，并將這些結(jié)果存儲(chǔ)起來(lái)備用的電子儀器，其常用的測(cè)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(guò)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(hào)。由于這一變化，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和記錄器可以更多地集成決策過(guò)程，而不是 像過(guò)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(qiáng)、成本更低、功耗更低、尺寸更小的處理器，而未來(lái)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(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始扮演舉足輕重的角色。 例如，在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的功能僅僅是將每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)記錄到磁盤(pán)上，即便被測(cè)的物理現(xiàn)象沒(méi)有明顯的變化，也會(huì)進(jìn)行記錄。 這樣就會(huì)產(chǎn)生兆字節(jié)甚至千兆字節(jié)數(shù)據(jù)，通過(guò)離線才能進(jìn)行分析和篩選。

相比之下，隨著系統(tǒng)變得越來(lái)越智能化，我們就能在迅速適應(yīng)一定條件下連續(xù)監(jiān)視機(jī)器或結(jié)構(gòu)。 例如，系統(tǒng)可以緩慢地監(jiān)測(cè)加速度或結(jié)構(gòu)負(fù)載，并連續(xù)將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)覆蓋寫(xiě)入磁盤(pán)，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(shí)間內(nèi)，以更高的速率進(jìn)行采樣，同時(shí)確保觸發(fā)前后的數(shù)據(jù)記錄都沒(méi)有丟失。 此外，隨著處理能力進(jìn)一步的提高，信號(hào)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(jí)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(chǔ)大量數(shù)據(jù)的無(wú)畏浪費(fèi)。

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(shí)，系統(tǒng)中運(yùn)行的軟件將是區(qū)分供應(yīng)商技術(shù)優(yōu)劣的主要指標(biāo)。其中一種思路是，工程師可以使用可快速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置及得到測(cè)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(xué)家們可以利用一個(gè)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(jì)軟件），在這些系統(tǒng)中對(duì)處理器進(jìn)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(hào)處理方法，以及能夠嵌入任何類(lèi)型的智能算法。但相比于交鑰匙工具，它們有一個(gè)陡峭的學(xué)習(xí)曲線。

各種應(yīng)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(chē)、交通運(yùn)輸和電力公司等行業(yè)已經(jīng)開(kāi)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(mén)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(cè)量系統(tǒng)和設(shè)備。電能質(zhì)量分析儀就是這樣的一個(gè)設(shè) 備。一個(gè)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(lái)計(jì)算國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)、三相電壓的不 平衡、諧波譜、總諧波失真以及信號(hào)電壓的電平來(lái)描述。在這種應(yīng)用中，需要進(jìn)行大量的分析和高速測(cè)量，一個(gè)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)無(wú)法提供所需要的處理能力。