データ収集

データ取得とは、現実世界の物理的状態を測定する信号をサンプリングし、その結果得られたサンプルをコンピュータで操作できるデジタル数値に変換するプロセスです。データ取得システムは、 DAS、 DAQ、またはDAUの略称で呼ばれ、通常、アナログ波形をデジタル値に変換して処理します。データ取得システムのコンポーネントには、次のものがあります。

• センサーは物理的なパラメータを電気信号に変換します。
• センサー信号をデジタル値に変換できる形式に変換する信号調整回路。
• 調整されたセンサー信号をデジタル値に変換するアナログ-デジタル コンバーター。

データ収集アプリケーションは通常、アセンブリ、BASIC、C、C++、C#、Fortran、Java、LabVIEW、Lisp、Pascalなどのさまざまな汎用プログラミング言語を使用して開発されたソフトウェアプログラムによって制御されます。スタンドアロンのデータ収集システムは、データ ロガーと呼ばれることがよくあります。

さまざまな、通常は特定のハードウェア機器からデータを取得するために必要なすべてのツールを提供するオープンソース ソフトウェア パッケージもあります。これらのツールは、複雑な実験に高速で柔軟性があり、適応性の高いソフトウェアを必要とする科学コミュニティから提供されています。これらのパッケージは通常、カスタム フィットですが、Maximum Integrated Data Acquisition Systemなどのより一般的な DAQ パッケージは簡単に調整でき、いくつかの物理実験で使用されています。

1963年、IBMはデータ収集に特化したコンピュータを製造した。これにはIBM 7700データ収集システムとその後継機であるIBM 1800データ収集および制御システムが含まれる。これらの高価な専用システムは、1974年にTecmar /Scientific Solutions Inc.が製造した汎用S-100コンピュータとデータ収集カードに追い抜かれた。1981年にIBMはIBMパーソナルコンピュータを発表し、Scientific Solutionsは最初のPCデータ収集製品を発表した。^{[1] [2] [3] [4] [5]}

データ収集は、測定対象となる物理現象または物理的特性から始まります。この例としては、温度、振動、光強度、ガス圧、流体の流れ、力などがあります。測定対象となる物理的特性の種類に関係なく、測定対象となる物理的状態は、まず、データ収集システムでサンプリングできる統一された形式に変換する必要があります。このような変換を実行するのは、センサーと呼ばれるデバイスです。データ収集システムは、現実世界の物理的特性を測定または制御できるようにするソフトウェアとハ​​ードウェアの集合です。完全なデータ収集システムは、DAQ ハードウェア、センサーとアクチュエータ、信号調整ハードウェア、および DAQ ソフトウェアを実行するコンピュータで構成されます。タイミングが必要な場合 (イベント モード DAQ システムなど)、別途補正された分散タイミング システムが必要です。

センサはトランスデューサの一種で、物理的特性を対応する電気信号に変換する装置です（例：ひずみゲージ、サーミスタ）。さまざまな特性を測定するための収集システムは、それらの特性を検出するのに適したセンサによって異なります。トランスデューサからの信号が使用しているDAQハードウェアに適していない場合は、信号調整が必要になることがあります。ほとんどの場合、信号はフィルタリング、整形、または増幅する必要があります。信号調整のその他の例としては、ブリッジ補完、センサへの電流または電圧励起の提供、絶縁、線形化などが挙げられます。伝送の目的で、ノイズの影響を受けやすいシングルエンドの アナログ信号を差動信号に変換できます。デジタル化された信号は、伝送エラーを削減および修正するためにエンコードできます。

DAQ ハードウェアは、通常、信号と PC の間のインターフェイスです。コンピュータのポート (パラレル、シリアル、USBなど)に接続できるモジュールの形、またはPC マザーボードまたはモジュラー クレート (CAMAC、NIM、VME) 内のスロット ( S -100 バス、AppleBus、ISA、MCA、PCI、PCI-E など)に接続されたカードの形をとることがあります。アダプタが必要な場合、外部ブレークアウト ボックスを使用できます。

DAQ カードには、多くの場合、複数のコンポーネント (マルチプレクサ、ADC、DAC、TTL-IO、高速タイマー、RAM) が含まれています。これらは、小さなプログラムを実行できるマイクロコントローラによってバス経由でアクセスできます。コントローラは、ハードワイヤード ロジックよりも柔軟ですが、CPU よりも安価なので、単純なポーリング ループでブロックできます。たとえば、トリガーを待機し、ADC を開始し、時間を調べ、ADC の終了を待機し、値を RAM に移動し、マルチプレクサを切り替え、TTL 入力を取得し、DAC で電圧ランプを続行します。

現在、一部のセンサーやデータ収集システムからの信号は Bluetooth 経由でストリーミングできます。

DAQ ハードウェアを PC で動作させるには、 DAQデバイス ドライバーが必要です。デバイス ドライバーは、ハードウェア上で低レベルのレジスタ書き込みと読み取りを実行すると同時に、さまざまなプログラムでユーザー アプリケーションを開発するための API を公開します。

• 3Dスキャナー
• アナログ-デジタルコンバータ
• 時間-デジタルコンバータ

• コンピュータ自動計測制御(CAMAC)
• 産業用イーサネット
• 産業用USB
• 計測機器向け LAN 拡張
• ネットワークインターフェースコントローラ
• 計測機器向け PCI 拡張
• VMEバス
• 8XI の

DAQ ハードウェアには、専用の DAQ ソフトウェアが付属している場合があります。大規模なデータ収集システムの構築に使用されるソフトウェア ツールには、EPICSなどがあります。DAQ アプリケーションの構築に使用されるその他のプログラミング環境には、ラダー ロジック、Visual C++、Visual Basic、LabVIEW、MATLAB などがあります。

• ブラックボックス
• データ収集（同義語）
• データロガー
• データストレージデバイス
• データサイエンス
• センサー
• 信号処理
• トランスデューサー

ウィキメディア・コモンズには、データ取得に関連するメディアがあります。

• Simon McBeath (2002)。競技用車両データロギング: 実用ハンドブック。JH Haynes & Co. ISBN 978-1-85960-653-7。
• Simon S. Young (2001)。生命科学のためのコンピュータによるデータ取得と分析。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-56570-7。
• WR Leo (1994)。核物理学および素粒子物理学実験のテクニック。Springer。ISBN 978-3-540-57280-0。
• V. ゴンザレス (2012)。素粒子物理学実験におけるデータ収集。InTech。ISBN 978-953-51-0713-2。
• チャールズ・D・スペンサー（1990年）。『コンピュータデータ取得のためのデジタル設計』ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-37199-5。
• BG トンプソンと AF クックス (1989)。研究室のIBM-PC。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-32199-0。
• バディ・フェイ（1996年）。データパワー：レースカーデータ取得の使用。Towery Pub. ISBN 978-1-881096-01-6。
• Francesco Fornetti (2013)。MATLABによる計測制御、データ取得および処理。Explore RF Ltd. ISBN 978-0957663503。
• Tomaž Kos、Tomaž Kosar、Marjan Mernik。ドメイン固有のモデリング言語を使用したデータ収集システムの開発。Computers in Industry、63(3):181–192、2012年。[1] doi :10.1016/j.compind.2011.09.004