Acquisition de données

L'acquisition de données est le processus d' échantillonnage de signaux qui mesurent les conditions physiques du monde réel et de conversion des échantillons résultants en valeurs numériques pouvant être manipulées par un ordinateur. Les systèmes d'acquisition de données, abrégés par les acronymes DAS, DAQ ou DAU, convertissent généralement les formes d'onde analogiques en valeurs numériques pour traitement. Les composants des systèmes d'acquisition de données comprennent :

• Capteurs , pour convertir des paramètres physiques en signaux électriques .
• Circuit de conditionnement de signal , pour convertir les signaux des capteurs en une forme pouvant être convertie en valeurs numériques.
• Convertisseurs analogique-numérique , pour convertir les signaux de capteurs conditionnés en valeurs numériques.

Les applications d'acquisition de données sont généralement contrôlées par des programmes logiciels développés à l'aide de divers langages de programmation à usage général tels que Assembly , BASIC , C , C++ , C# , Fortran , Java , LabVIEW , Lisp , Pascal , etc. Les systèmes d'acquisition de données autonomes sont souvent appelés enregistreurs de données .

Il existe également des logiciels open source fournissant tous les outils nécessaires pour acquérir des données à partir de différents équipements matériels, généralement spécifiques. Ces outils proviennent de la communauté scientifique où les expériences complexes nécessitent des logiciels rapides, flexibles et adaptables. Ces packages sont généralement personnalisés, mais des packages DAQ plus généraux comme le Maximum Integrated Data Acquisition System peuvent être facilement personnalisés et sont utilisés dans plusieurs expériences de physique.

En 1963, IBM a produit des ordinateurs spécialisés dans l'acquisition de données. Parmi ceux-ci, on compte le système d'acquisition de données IBM 7700 et son successeur, le système d'acquisition et de contrôle de données IBM 1800. Ces systèmes spécialisés coûteux ont été dépassés en 1974 par les ordinateurs S-100 à usage général et les cartes d'acquisition de données produits par Tecmar / Scientific Solutions Inc. En 1981, IBM a lancé l' ordinateur personnel IBM et Scientific Solutions a lancé les premiers produits d'acquisition de données pour PC.

L'acquisition de données commence par le phénomène physique ou la propriété physique à mesurer. Il s'agit par exemple de la température, des vibrations, de l'intensité lumineuse, de la pression des gaz, du débit des fluides et de la force. Quel que soit le type de propriété physique à mesurer, l'état physique à mesurer doit d'abord être transformé en une forme unifiée qui peut être échantillonnée par un système d'acquisition de données. La tâche d'effectuer de telles transformations incombe à des dispositifs appelés capteurs . Un système d'acquisition de données est un ensemble de logiciels et de matériel qui permet de mesurer ou de contrôler les caractéristiques physiques de quelque chose dans le monde réel. Un système d'acquisition de données complet se compose de matériel DAQ, de capteurs et d'actionneurs, de matériel de conditionnement de signaux et d'un ordinateur exécutant un logiciel DAQ. Si une synchronisation est nécessaire (comme pour les systèmes DAQ en mode événement), un système de synchronisation distribué compensé distinct est requis.

Un capteur , qui est un type de transducteur , est un dispositif qui convertit une propriété physique en un signal électrique correspondant (par exemple, une jauge de contrainte , une thermistance). Un système d'acquisition pour mesurer différentes propriétés dépend des capteurs adaptés pour détecter ces propriétés. Le conditionnement du signal peut être nécessaire si le signal du transducteur n'est pas adapté au matériel DAQ utilisé. Le signal peut avoir besoin d'être filtré, mis en forme ou amplifié dans la plupart des cas. Divers autres exemples de conditionnement du signal peuvent être la complétion du pont, la fourniture d'une excitation de courant ou de tension au capteur, l'isolation et la linéarisation. À des fins de transmission, des signaux analogiques asymétriques , qui sont plus sensibles au bruit, peuvent être convertis en signaux différentiels . Une fois numérisé, le signal peut être codé pour réduire et corriger les erreurs de transmission.

Le matériel DAQ est généralement l'interface entre le signal et un PC. Il peut se présenter sous la forme de modules pouvant être connectés aux ports de l'ordinateur ( parallèle , série , USB , etc.) ou de cartes connectées à des emplacements ( bus S-100 , AppleBus, ISA, MCA , PCI, PCI-E, etc.) dans une carte mère de PC ou dans un boîtier modulaire ( CAMAC , NIM , VME ). Parfois, des adaptateurs sont nécessaires, auquel cas un boîtier de dérivation externe peut être utilisé.

Les cartes DAQ contiennent souvent plusieurs composants (multiplexeur, ADC, DAC, TTL-IO, temporisateurs à grande vitesse, RAM). Ceux-ci sont accessibles via un bus par un microcontrôleur , qui peut exécuter de petits programmes. Un contrôleur est plus flexible qu'une logique câblée, mais moins cher qu'un processeur, il est donc permis de le bloquer avec de simples boucles d'interrogation. Par exemple : attente d'un déclencheur, démarrage de l'ADC, recherche de l'heure, attente de la fin de l'ADC, déplacement de la valeur vers la RAM, changement de multiplexeur, obtention d'une entrée TTL, laisser le DAC procéder à la rampe de tension.

Aujourd’hui, les signaux de certains capteurs et systèmes d’acquisition de données peuvent être diffusés via Bluetooth.

Les pilotes de périphériques DAQ sont nécessaires pour que le matériel DAQ fonctionne avec un PC. Le pilote de périphérique effectue des écritures et des lectures de registres de bas niveau sur le matériel tout en exposant l'API pour le développement d'applications utilisateur dans divers programmes.

• Scanner 3D
• Convertisseur analogique-numérique
• Convertisseur temps-numérique

• Système automatisé de mesure et de contrôle par ordinateur (CAMAC)
• Ethernet industriel
• USB industriel
• Extensions LAN pour l'instrumentation
• Contrôleur d'interface réseau
• Extensions PCI pour l'instrumentation
• Bus VME
• VXI

Un logiciel DAQ spécialisé peut être fourni avec le matériel DAQ. Les outils logiciels utilisés pour créer des systèmes d'acquisition de données à grande échelle incluent EPICS . D'autres environnements de programmation utilisés pour créer des applications DAQ incluent la logique à relais , Visual C++ , Visual Basic , LabVIEW et MATLAB .