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データ収集とは、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、得られたサンプルをコンピュータで処理可能なデジタル数値に変換するプロセスです。データ収集システム（ DAS、DAQ、DAUなどの略語で呼ばれる）は、通常、アナログ波形をデジタル値に変換して処理します。データ収集システムの構成要素は以下のとおりです。
データ収集アプリケーションは通常、アセンブリ言語、BASIC、C、C++、C#、Fortran、Java、LabVIEW、Lisp、Pascalなど、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。
また、様々な（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ツールをすべて提供するオープンソースのソフトウェアパッケージも存在します。これらのツールは、複雑な実験において高速で柔軟性があり、適応性の高いソフトウェアが必要とされる科学コミュニティから生まれています。これらのパッケージは通常、特定の用途に合わせてカスタマイズされますが、Maximum Integrated Data Acquisition Systemのような汎用的なDAQパッケージは容易にカスタマイズでき、多く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ました。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ます。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よって凌駕されました。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ました。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
データ取得は、測定対象となる物理現象または物理特性から始まります。例としては、温度、振動、光強度、ガス圧、流体流量、力などが挙げられます。測定対象となる物理特性の種類に関わらず、測定対象となる物理状態は、まずデータ取得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。このような変換を行うのは、センサーと呼ばれるデバイスです。データ取得システムとは、現実世界の物体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体です。完全なデータ取得システムは、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）、別途補償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あり、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データ収集システムは、それらの特性を検出するのに適したセンサに依存します。トランスデューサからの信号が使用する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場合があります。ほとんどの場合、信号はフィルタリング、整形、または増幅される必要があります。信号調整の他の例としては、ブリッジ接続、センサへの電流または電圧励起の供給、絶縁、線形化などがあります。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は、差動信号に変換できます。デジタル化された信号は、伝送エラーを低減および訂正するために符号化できます。
DAQハードウェアは、通常、信号とPC間のインターフェースとして機能します。これは、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、またはPCマザーボードやモジュラークレート（CAMAC、NIM、VMEなど）のスロット（ S-100バス、AppleBus、ISA、MCA、PCI、PCI-Eなど）に接続するカードの形をとります。場合によってはアダプタが必要となり、その場合は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、マルチプレクサ、ADC、DAC、TTL-IO、高速タイマー、RAMなど、複数のコンポーネントが含まれていることがよくあります。これらは、バスを介してマイクロコントローラからアクセスでき、マイクロコントローラは小さなプログラムを実行できます。コントローラはハードワイヤードロジックよりも柔軟性があり、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しても問題ありません。例えば、トリガーを待機し、ADCを起動し、時刻を調べ、ADCの処理が完了するまで待機し、値をRAMに移動させ、マルチプレクサを切り替え、TTL入力を取得し、DACに電圧ランプ処理を実行させます。
現在では、一部のセンサーやデータ収集システムからの信号をBluetooth経由でストリーミングすることが可能です。
DAQハードウェアをPCと連携させるには、 DAQデバイスドライバが必要です。デバイスドライバは、ハードウェア上で低レベルのレジスタ書き込みと読み出し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を提供します。
データ収集（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。