많은 회사의 많은 제품들 중 어떤 것을 선택할 지에 따라 시스템 구성의 효율성 및 기능 뿐 아니라
가격 또한 많은 차이를 갖게 됩니다.
DAQ 시스템 구성 시, 특히나 많은 채널 측정을 위한 시스템 구성 시 중요 고려 요소는 아래 다섯 개의 포인트로 생각해 볼 수 있습니다.
•어떤 유형의 신호를 측정하거나 생성해야 합니까?
•신호 컨디셔닝이 필요합니까?
•신호의 샘플을 얼마나 빠르게 수집하거나 생성해야 합니까?
•환경을 고려해야 하는 상황입니까?
•디바이스 혹은 채널의 동기화(Synchronization)가 필요합니까?
1. 어떤 유형의 신호를 측정하거나 생성해야 합니까?
신호 유형이 다르면 측정이나 생성 방법도 달라야 합니다. 센서(또는 트랜스듀서)는 물리적 현상을 전압 또는 전류 같은 측정 가능한 전기 신호로 변환하는 디바이스입니다. 또한 측정 가능한 전기 신호를 센서로 보내어 물리 현상을 만들어 낼 수도 있습니다. 이 때문에 각기 다른 신호 유형과 그에 따른 속성을 이해하는 것이 중요합니다. 어플리케이션의 신호를 고려하면 어떤 DAQ 사용할 것인지 결정할 수 있습니다.
DAQ 디바이스의 기능
아날로그 신호를 측정하는 아날로그 입력
아날로그 신호를 생성하는 아날로그 출력
디지털 신호를 측정하고 생성하는 디지털 입출력
디지털 이벤트를 세거나 디지털 펄스/신호를 생성하는 카운터/타이머
디바이스 중에는 위 목록의 기능 중 한 가지만 전용으로 하는 디바이스도 있고 모든 기능을 지원하는 다기능 디바이스도 있습니다. 아날로그 입력, 아날로그 출력, 디지털 입출력, 또는 카운터 같은 단일 함수에 채널 개수가 고정된 DAQ 디바이스를 사용할 수도 있지만, 필요 시에 채널 개수를 늘릴 수 있도록 현재 필요한 채널 개수보다 더 많은 채널의 디바이스를 구매하는 것이 좋습니다. 현재 어플리케이션을 위한 기능만을 갖춘 디바이스를 구입하면 새로운 어플리케이션에 하드웨어를 사용하기 어려울 것입니다.
다기능 DAQ 디바이스에는 채널 개수가 고정되어 있지만, 아날로그 입출력, 디지털 입출력, 카운터를 조합하여 사용할 수 있습니다. 다기능 디바이스는 각 다른 I/O 유형을 지원하므로 단일 기능 DAQ 디바이스에 비해 더욱 다양한 어플리케이션을 해결할 수 있습니다.
다른 옵션으로는 요구에 맞게 직접 사용자 정의할 수 있는 모듈형 플랫폼이 있습니다. 모듈형 시스템은 타이밍 및 동기화를 제어하기 위한 섀시와 다양한 I/O 모듈로 구성됩니다. 모듈형 시스템을 사용할 때의 장점은 고유한 목적을 위해 제작된 여러 모듈을 선택할 수 있기 때문에 더욱 다양한 구성이 가능하다는 점입니다. 이 옵션을 사용하면 사용자는 다기능 디바이스보다 한 가지 기능을 더욱 정밀하게 수행하는 모듈을 사용할 수 있습니다. 모듈형 시스템의 또 다른 장점은 섀시의 슬롯 개수를 선택할 수 있다는 것입니다. 섀시에는 슬롯 개수가 고정되어 있지만, 미래에 확장할 수 있도록 현재 필요한 개수보다 더 많은 슬롯이 있는 섀시를 구입할 수 있습니다.
2. 신호 컨디셔닝이 필요합니까?
일반적인 범용 DAQ 디바이스는 +/-5V 또는 +/-10V를 측정하거나 생성할 수 있습니다. 일부 센서는 이런 DAQ 디바이스 유형으로 직접 측정하기에 너무 어렵거나 위험한 신호를 생성합니다. 대부분의 센서는 DAQ 디바이스가 신호를 효율적이고 정밀하게 측정할 수 있도록, 측정 이전에 증폭 또는 필터링과 같은 신호 컨디셔닝이 필요합니다.
예를 들어, 열전쌍은 mV 범위로 신호를 출력하므로 아날로그-디지털 컨버터 (ADC)의 한계값을 최적화하기 위해 증폭이 필요합니다. 또한 열전쌍 측정에는 고주파수 노이즈를 제거하는 저역 통과 필터링이 유용합니다. 신호 컨디셔닝은 DAQ 시스템의 성능과 측정 정확도를 동시에 개선하므로 DAQ 디바이스만을 사용하는 것보다 분명히 유리합니다.
표 1은 여러 센서 및 측정에 일반적인 신호 컨디셔닝을 표로 간략히 나타낸 것입니다.
표 1. 각 센서 및 측정 유형을 위한 신호 컨디셔닝
현재 사용 중인 센서가 표 1에 있다면 신호 컨디셔닝을 고려하는 것이 좋습니다. 외부 신호 컨디셔닝을 추가하거나 신호 컨디셔닝이 내장된 DAQ 디바이스를 사용할 수 있습니다. 또한 많은 디바이스에는 편리한 센서 통합을 위해 특정 센서를 위한 연결이 내장되어 있습니다.
3. 신호의 샘플을 얼마나 빠르게 수집하거나 생성해야 합니까?
DAQ 디바이스의 ADC가 신호의 샘플을 얻는 속도인 샘플링 속도는 DAQ 디바이스의 가장 중요한 사양 중 하나입니다. 일반적인 샘플링 속도는 하드웨어 또는 소프트웨어 타이밍에 의한 것이며 최대 2MS/s입니다. 어플리케이션의 샘플링 속도는 측정하거나 생성하려는 신호의 최대 주파수 성분에 의해 결정됩니다.
나이퀴스트 정리에 따르면 관심 최고 주파수 성분 2배를 샘플링하면 신호를 정확하게 재구성할 수 있습니다. 그러나, 실제에서는 신호의 모양을 표현하기 위해 최고 주파수의 최소 10배를 샘플링해야 합니다. 관심 신호 주파수의 최소 10배를 샘플링하는 DAQ 디바이스를 선택하면 신호를 더욱 정확한 모습으로 측정하거나 생성할 수 있습니다.
예를 들어, 어플리케이션에서 주파수가 1kHz인 사인파를 측정한다고 생각해봅시다. 나이퀴스트 정리에 따라 최소 2kHz로 샘플링해야 하지만 더욱 정확하게 신호를 측정하거나 생성하려면 10kHz로 샘플링하는 것이 좋습니다. 그림 1은 2kHz와 10kHz로 측정된 1kHz 사인파를 비교한 것입니다.
그림 1. 1kHz 사인파가 10kHz와 2kHz로 측정된 모습 비교
측정하거나 생성하고자 하는 신호의 최고 주파수 성분을 알고 있다면, 어플리케이션에 적합한 샘플링 속도를 제공하는 DAQ 디바이스를 선택할 수 있습니다.
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