高效能數據採集系統
硬體選型與性能優化
關鍵字：資料擷取系統（DAQ）、極速掃描、靈活通用、多功能、電源管控、高電值讀
在建構高效能數據採集系統（DAQ）時，開發者常須在「取樣速率」、「量測穩定度」與「擴展成本」間進行權衡。固緯電子（GW Instek）推出的 DAQ-9600 採用 3 插槽主機架構，整合 6½ 位精密萬用電錶（DMM），旨在於高通道密度下，維持極高精準度的量測品質。
以下針對DAQ-9600各模組的重點特性進行逐一說明，以協助您選用合適模組建立高效率系統：
1. DAQ-900 (極速掃描): 適用於對測試效率有快速且大量記錄溫度的自動化測試環境
• 掃描速度高達每秒 450 個通道，是所有模組中速度最快的。
• 採用固態繼電器 (Solid-state Relay)，無機械接點、磨損，具備高速響應能力，能減少因更換損耗組件而停機的時間。
•內建溫度冷接點參考，適合需要快速且大量記錄溫度的應用。
2. DAQ-901 (靈活通用): 適用於需要量測多種不同訊號，且追求量測配置靈活性的場景
• 混合量測能力：同一個模組可混合使用 2 線式和 4 線式通道。
• 內建電流量測：額外提供 2 個電流通道（最大 1A），不需外接分流電阻器即可直接量測，簡化接線時間。
• 掃描速度為每秒 80 個通道，提供 300 V 的切換電壓。
3. DAQ-903 (高密通道): 適用於電池測試或元件特性分析等 common-low 應用
• 極大化通道數：單一模組提供 40 個通道（單端共地），單台 DAQ-9600 插滿三張卡即可達到 120 個通道，極大化單次量測的樣本數。
• 適用於電池測試、元件特性分析等common-low 應用。
4. DAQ-904 (彈性切換): 適用於多個待測點與多台不同儀器間頻繁切換的複雜測試系統
•靈活連接：4 x 8 矩陣允許將不同儀器同時連接到待測物的多個點，且切換速度僅需3ms。
•可透過串接建立更大的矩陣（如 8 x 8），最高單機可建置 96 個交叉點。
5. DAQ-907 (感控整合): 適用於需要高度整合「感測」與「控制」功能的自動化監控系統
• 整合數位與類比：包含 16 位元數位 I/O、100 kHz 累加器以及類比輸出（±12V 或 ±24mA）。
• 警報即時記錄：甚至能在掃描之間擷取警報，強化自動化測試的反應時效。
6. DAQ-908 (電源管控): 專用於控制待測物的電源狀態
•獨立繼電器控制：擁有 20 個獨立的單刀雙擲 (SPDT) 繼電器，可用於循環供電、控制指示燈或啟動外部大電力繼電器。
•可處理高達 50W 的切換功率，適合建構客製化的自動開關系統。
7. DAQ-909 (高電值讀): 適用於高功率測試環境，免去外部轉接裝置的複雜性
•高電壓設計：支援 直流 600V / 交流 400Vrms 的電壓量測。
• 高電流直讀：額外 2 個電流通道可直接量測 2A 電流，不需外接分流器。
8. DAQ-919 (千伏高壓): 針對直流高電壓量測環境，免去外部分壓器的轉接，如 AI server power / 充電樁的 ±400V 或 800V AI server power 應用
• 高電壓設計：支援 直流 1000V 的電壓量測。
| 型號說明 | 類型 |
速度 (ch/sec) |
最大電壓 | 最大電流 | 頻寬 | 熱偏移 | 備註 |
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DAQ-900 |
固態繼電器 (可選 2/4 線式) |
450 | 120 V | 10 MHz | < 4 μV | 內建參考冷接點 | |
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DAQ-901 |
電樞繼電器 (可選 2/4 線式) |
80 | 300 V | 1 A | 10 MHz | < 4 μV | 內建參考冷接點 2 個額外電流通道 |
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DAQ-903 |
電樞繼電器 (common low) |
80 | 300 V | 10 MHz | < 1 μV | 無 4 線式量測 | |
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DAQ-904 |
電樞繼電器 | 300 V | 10 MHz | < 1 μV | |||
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DAQ-907 |
16 位元 數位輸入和輸出 |
42 V | 汲極開路 | ||||
| 100 kHz 累加器輸入 |
42 V | 100 kHz | 可選擇輸入閥值 | ||||
| 兩個 18 位元 類比輸出 |
± 12 V | ± 24 mA | 每模組最大 40 mA 總輸出 | ||||
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DAQ-908 |
SPDT/form C | 300 V | 10 MHz | < 4 μV | |||
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DAQ-909 |
電樞繼電器 (可選 2/4 線式) |
60 | DC 600 V AC 400 V |
2 A | 10 MHz | < 4 μV | 2 個額外電流通道 |
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DAQ919 |
電樞繼電器 | 60 |
DC 1000 V
|
10 MHz | < 4 μV |
建立高效率系統的關鍵建議
• 軟體自動化：搭配固緯提供的免費 DAQ 軟體，可透過各種顯示選項記錄並可視化結果，加速數據分析進程。
• 介面選用：系統標配 LAN、USB 與 Digital I/O 介面，若現有架構需求也可選購 mini GPIB，確保與電腦端的資料傳輸效率。
• 精準度保障：系統具備取樣率最高 38.4 k SPS 與 100 k 筆非揮發性內存記憶，確保在高速量測下依然保有 0.0035% 的直流電壓基本準確度。
透過上述模組的精確選用，您可以針對測試目標（如：DAQ-900 追求掃描速度、DAQ-903 追求通 道密度）優化「時間」成本，建立一個高效且穩定的自動化測試系統。
優化資料擷取（DAQ）系統以提升效率（特別是量測速度與數據量）的方法，除前述適切的硬體 選用外，還可從參數配置、傳輸延遲及特定量測三個面向著手優化：
1. 優化參數配置減少系統損耗
不當的設定會產生不必要的處理時間，以下是優化建議：
• 停用主機顯示幕：在自動化測試期間，可以透過遠端指令關閉前板顯示器，減少主機處理顯示所需的資源。
• 設定適當的解析度：根據需求選擇足夠的解析度即可。例如，若 5.5 位數已足夠，則無需設定為 6.5 位數，以節省處理時間。
• 固定量測檔位/量測參數：避免使用自動跳檔（Auto-range），因為主機在每次量測時判斷正確檔位會消耗額外時間。特別是量測過程中參雜多種的參數時(如同時具有電壓、溫度…等)。
• 優化積分時間（PLC）：根據雜訊抑制需求選擇正確的電源線週期（PLC）整合時間，找到最佳平衡點可為每筆讀值節省數百毫秒。
2. 降低傳輸與交易延遲
• 合併指令字串：不要一次發送一個指令，而是將多個指令串接在一起（例如：ROUT:CLOS; :ROUT:OPEN;）。這樣可以大幅減少交易延遲，最高可節省 50% 的交易時間。
• 將運算移至電腦端：例如在量測溫度時，如果程式能力許可，可以將電壓轉換為溫度的數學運算交由電腦處理，而非由 DAQ 主機執行。
3. 特定量測類別的優化技巧
溫度量測:
• 感測器選用：熱電耦（Thermocouple）量測速度通常比熱敏電阻或 RTD 快，因為其輸出的是電壓。
• 減少參考接點量測頻率：減少量測熱電耦冷接點（Reference Junctions）的次數，以換取更多的量測時間。
電阻量測:
• 電壓量測模式：若使用恆流源，可以設定 DAQ 僅量測電壓，並在電腦端透過歐姆定律計算電阻，以優化電阻量測速度。
電流量測:
• 針對多點電流量測需求，傳統外接分流器（Shunt）常因接線端子緊固程度（Torque）不一，產生接觸電阻變動。DAQ-909 模組在電路板上預留了分流器焊墊，允許使用者將高精密電阻直接焊接於模組上。此舉不僅消除了機械連接的誤差，更可將該模組轉化為「專用多通道電流採集卡」。
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註: SHUNT 建議:
• 1 Ω: 用於 mA 電流量測
• 0.1 Ω: 用於 A 電流量測(不建議超過 2 A)
使用 DAQ-Data Logger 軟體時，將功能選擇在 DCV，再配合 MX+B 將數值結果轉換為電流單位(A)
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