Ein Datenerfassungssystem besteht in der Regel aus fünf Komponenten:  

1. Sensoren oder Messwandler: Dies sind Geräte, die einen physikalischen Parameter, wie z. B. Temperatur oder Druck, in ein elektrisches Signal umwandeln, das gemessen und verarbeitet werden kann.
2. Signalkonditionierung: Diese Schaltungen dienen dazu, die Signale der Sensoren zu verstärken, zu filtern und/oder zu konditionerien, damit sie vom Datenerfassungssystem genau gemessen werden können.  
3. Analog-Digital-Wandler (ADC): Der ADC wird verwendet, um die analogen Signale der Sensoren in digitale Werte umzuwandeln, die von einem Computer oder einem anderen Datenerfassungsgerät gelesen werden können.
4. Hardware zur Datenerfassung (Protokollierung): Dies ist die Hardware, die die digitalen Daten von den ADCs sammelt. Sie umfasst häufig Konzepte wie Systembus (zur Unterstützung der Modularität), Synchronisierung, Triggerung, Aufzeichnung, Speicherung und sogar Vorverarbeitung. Die Datenerfassungshardware wird in der Regel an einen Computer oder Server angeschlossen und mit diesem verbunden, um die Daten für die anschließende Visualisierung, Speicherung und Nachbearbeitung bereitzustellen. DAQ-Systeme können jedoch auch im eigenständigen und autonomen Standalone-Modus ohne ständige Verbindung zu einem PC arbeiten.
5. Software: Die Datenerfassungssoftware dient der Steuerung der Datenerfassungshardware, der Erfassung und Speicherung von Daten, der Analyse und der Darstellung der Messergebnisse in einer für den Benutzer leicht erkennbaren und intuitiv verständlichen Form. 

Ein Datenerfassungssystem kann je nach Anwendungsbereich ein breites Spektrum an elektrischen und physikalischen Phänomenen messen. Datenerfassungssysteme, die sich auf elektromechanische Systeme konzentrieren, was ein großes und wichtiges Marktsegment darstellt, decken typischerweise Größen wie  

• Spannung 
• Strom  
• Temperatur  
• Dehnung  
• Durchfluss  
• Druck  
• Beschleunigung und Vibration  
• Schalldruck und Lärm  
• Abstand, Weg 
• Drehzahl, Winkel  
• Widerstand  
• Luftfeuchtigkeit 

Zur Messung dieser physikalischen Größen wird ein Sensor oder Aufnehmer benötigt, der die primären physikalischen Größen in ein elektrisches Signal umwandelt, das für die technische Verarbeitung geeignet ist. Je nach Messwertaufnehmer benötigen diese analogen elektrischen Signale eine bestimmte analoge Signalaufbereitung: Dies kann eine Verstärkung kleiner und empfindlicher Signalpegel, eine Filterung sowie diverse Schaltungen und Anpassungsmaßnahmen umfassen.  
 
Ein Analog-Digital-Wandler (ADC) wird zur Umwandlung analoger Signale in digitale Daten in einem Datenerfassungssystem verwendet. Ein ADC arbeitet, indem er das analoge Signal in regelmäßigen Abständen abtastet und jede Abtastung in eine digitale Darstellung umwandelt, normalerweise in Form einer Binärzahl.  
 
Der ADC wandelt das analoge Signal in digitale Daten um, indem er die folgenden Schritte durchführt:

1. Abtastung: Das analoge Signal wird in regelmäßigen Abständen abgetastet, wobei in der Regel ein Taktsignal zur Synchronisierung des Abtastvorgangs verwendet wird.
2. Quantisierung: Das abgetastete Analogsignal wird quantisiert oder in diskrete Pegel unterteilt, basierend auf der Auflösung des ADC.
3. Kodierung: Jeder quantisierten Stufe wird ein digitaler Code zugewiesen, in der Regel in Form einer Binärzahl.
4. Konvertierung: Das analoge Signal wird in ein digitales Signal umgewandelt, indem jeder Abtastwert als digitaler Code kodiert wird.  

Die vom ADC erzeugten digitalen Daten können dann von einem Computer oder einem anderen Datenerfassungsgerät gelesen und verarbeitet werden.  

Der Hauptzweck eines Datenerfassungssystems besteht darin, genaue und zuverlässige Daten zu liefern, die zur Optimierung von Prozessen und für fundierte Entscheidungen in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden können.  

• Datenerfassung und -speicherung: Ein Datenerfassungssystem dient der Erfassung und Messung von Daten aus verschiedenen Quellen, z. B. Sensoren oder Messwertgebern, und wandelt diese in eine Form um, die von einem Computer verarbeitet, analysiert und gespeichert werden kann.
• Datenvisualisierung: Ein Datenerfassungssystem kann die Daten an ein angeschlossenes Display oder einen PC übertragen, um eine Echtzeit-Visualisierung der Daten z. B. in einer Überwachungsanwendung zu ermöglichen. Alternativ können die aufgezeichneten Daten mit einer Datenvisualisierungssoftware wie imc FAMOS Reader
• Datenanalyse: Ein Datenerfassungssystem kann die gesammelten Daten in Echtzeit oder offline analysieren, um Trends zu erkennen, Muster zu identifizieren und Erkenntnisse zu gewinnen, die zur Optimierung von Prozessen oder für fundierte Entscheidungen genutzt werden können.
• Steuer- und Regelungen: Die Daten von Datenerfassungssystemen werden häufig auch als Eingangssignale für Echtzeit-Steuerung und -Regelung von Prozessen oder Prüfstandsanwendungen benötigt. Die Steuerung kann auf einem separaten Steuerungssystem wie einer SPS erfolgen oder in das DAQ-System integriert werden - wie es bei imc z.B. mit dem imc CRONOScompact System [https://www.imc-tm.com/products/daq-systems/imc-cronoscompact/overview/] üblich ist.

  Typische Anwendungsgebiete:

• Prozesssteuerung: Ein Datenerfassungssystem kann zur Überwachung und Steuerung von industriellen Prozessen, wie z.B. der Raffination von Öl oder der Stromerzeugung, eingesetzt werden, um Effizienz und Sicherheit zu optimieren.
• Qualitätskontrolle: Ein Datenerfassungssystem kann dazu verwendet werden, die Qualität von Produkten zu testen und zu bewerten, um sicherzustellen, dass sie den vorgegebenen Standards entsprechen.
• Forschung: Ein Datenerfassungssystem kann zur Messung und Aufzeichnung von Daten aus Experimenten verwendet werden und ermöglicht es Forschern, komplexe Phänomene zu analysieren und zu verstehen.
• Entwicklung: Ein Datenerfassungssystem kann Daten an neu entwickelten Komponenten, Baugruppen und Prototypen erfassen, um Schwachstellen zu ermitteln und Sicherheit und Komfort zu gewährleisten, bevor das neue Produkt auf den Markt kommt.

Sensoren und Messwandler sind Geräte, die zur Messung physikalischer Größen wie Temperatur, Druck, Dehnung oder Lichtintensität verwendet werden und diese in ein elektrisches Signal umwandeln, das von einem Datenerfassungssystem gemessen und verarbeitet werden kann. Es gibt viele verschiedene Arten von Sensoren und Messumformern, die jeweils für die Messung einer bestimmten physikalischen Größe ausgelegt sind. 

• Thermoelemente: Ein Thermoelement ist ein Sensortyp, der zur Messung der Temperatur verwendet wird. Es besteht aus zwei Drähten aus verschiedenen Metallen, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Wenn die Verbindungsstelle zwischen den beiden Drähten erhitzt wird, entsteht eine Spannung, die proportional zur Temperatur ist. Die vom Thermoelement erzeugte Spannung kann gemessen und zur Bestimmung der Temperatur verwendet werden.
• Thermistoren: Ein Thermistor ist ein Sensortyp, der zur Temperaturmessung verwendet wird. Er besteht aus einem Halbleitermaterial, das einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist. Wenn sich die Temperatur des Thermistors ändert, ändert sich auch der Widerstand des Materials. Diese Widerstandsänderung kann gemessen und zur Bestimmung der Temperatur verwendet werden.
• Widerstandstemperaturdetektoren (RTDs): Ein RTD ist ein Sensortyp, der zur Temperaturmessung verwendet wird. Er besteht aus einem Draht, der aus einem Material besteht, dessen Widerstand temperaturabhängig ist. Wenn sich die Temperatur des RTDs ändert, ändert sich auch der Widerstand des Drahtes. Diese Widerstandsänderung kann gemessen und zur genauen Bestimmung der Temperatur verwendet werden.
• Dehnungsmessstreifen: Ein Dehnungsmessstreifen ist ein Messwandler, der zur Messung von Dehnung, Kraft oder Druck verwendet wird. Er besteht aus einem dünnen Draht oder einer Folie, die an einer flexiblen Unterlage befestigt ist. Wenn eine Kraft auf den Dehnungsmessstreifen ausgeübt wird, verformt sich der Draht oder die Folie, was zu einer Änderung des elektrischen Widerstands führt. Diese Widerstandsänderung kann gemessen und zur Bestimmung der Größe und Richtung der aufgebrachten Kraft verwendet werden.
• Wägezellen: Eine Wägezelle ist eine Art Messwertaufnehmer, der zur Messung von Kraft oder Gewicht verwendet wird. Sie besteht aus einer kleinen Metallstruktur, die sich bei Krafteinwirkung verformt und eine Änderung des elektrischen Widerstands bewirkt. Die Änderung des Widerstands kann gemessen und zur Bestimmung der Größe der aufgebrachten Kraft verwendet werden. Wägezellen werden in der Regel in Datenerfassungssystemen zur Messung von Gewicht, Kraft oder Druck eingesetzt.
• LVDT-Sensoren: Ein LVDT-Sensor (Linear Variable Differential Transformer) ist ein Messwertaufnehmer, der zur Messung linearer Verschiebungen oder Positionen verwendet wird. Er besteht aus einem Kern, der von zwei Primärwicklungen und einer Sekundärwicklung umgeben ist. Wenn der Kern bewegt wird, ändert sich das von den Primärwicklungen erzeugte Magnetfeld, wodurch eine Spannung in der Sekundärwicklung induziert wird. Die Größe der induzierten Spannung ist proportional zur Verschiebung des Kerns und kann gemessen und zur Bestimmung der Position des Kerns verwendet werden.
• Beschleunigungssensoren: Ein Beschleunigungsmesser ist ein Sensor, der zur Messung der Beschleunigung oder Vibration verwendet wird. Er besteht aus einer Masse, die an einer Feder oder einem Biegeelement aufgehängt und mit einem Sensorelement, z. B. einem piezoelektrischen Kristall oder einer kapazitiven Platte, verbunden ist. Wenn der Beschleunigungsmesser einer Beschleunigung ausgesetzt wird, bewegt sich die Masse, was eine Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensorelements bewirkt. Diese Änderung der elektrischen Eigenschaften kann gemessen und zur Bestimmung der Beschleunigung des Beschleunigungsmessers verwendet werden.
• Mikrofone: Ein Mikrofon ist eine Art Wandler, der zur Messung des Schalldrucks oder der Schallintensität verwendet wird. Es besteht aus einer Membran, die mit einer Drahtspule oder einem piezoelektrischen Element verbunden ist. Wenn Schallwellen auf die Membran treffen, vibriert diese, was zu einer Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Spule oder des piezoelektrischen Elements führt. Diese Änderung der elektrischen Eigenschaften kann gemessen und zur Bestimmung des Schalldrucks am Mikrofon verwendet werden.
• Stromwandler: Ein Stromwandler ist ein Wandlertyp, der zur Messung des elektrischen Stroms verwendet wird. Er besteht aus einem Sensor, der in den Stromkreis eingefügt wird und dazu dient, das durch den Strom erzeugte Magnetfeld zu messen. Die Größe des Magnetfelds ist proportional zum Strom und kann gemessen werden, um den im Stromkreis fließenden Strom zu bestimmen.

Signalkonditionierer (auch als Messverstärker bezeichnet) werden in einem Datenerfassungssystem verwendet, um die Signale von Sensoren oder Messwertaufnehmern zu verstärken, zu filtern und/oder aufzubereiten, damit sie vom Datenerfassungssystem genau gemessen werden können. Sie werden in der Regel eingesetzt, um das Signal-Rausch-Verhältnis der Signale zu verbessern, so dass sie leichter zu messen und zu interpretieren sind. 
Es gibt viele verschiedene Arten von Signalkonditionierern, die jeweils für eine bestimmte Funktion ausgelegt sind. Ein Verstärker kann zum Beispiel schwache Signale von Sensoren verstärken, damit sie für das Datenerfassungssystem besser sichtbar sind. Ein Filter kann verwendet werden, um Rauschen oder unerwünschte Frequenzkomponenten aus den Signalen zu entfernen und so das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Eine Impulsformungsschaltung kann verwendet werden, um die Impulse von Sensoren in ein bestimmtes Format zu bringen, z. B. eine Rechteckwelle oder eine Impulsfolge, wodurch sie leichter zu messen und zu interpretieren sind.

Es gibt verschiedene Arten der Filterung, die in einem Datenerfassungssystem verwendet werden können, um Rauschen oder unerwünschte Frequenzkomponenten aus den gemessenen Signalen zu entfernen: 

• Tiefpassfilterung: Diese Art von Filter entfernt hochfrequente Komponenten aus den Signalen und lässt niederfrequente Komponenten passieren. Er wird in der Regel verwendet, um Rauschen oder hochfrequente Schwingungen aus den Signalen zu entfernen.
• Hochpass-Filterung: Diese Art von Filter entfernt niederfrequente Komponenten aus den Signalen und lässt hochfrequente Komponenten passieren. Er wird in der Regel verwendet, um Gleichstromabweichungen oder Grundliniendrift aus den Signalen zu entfernen.
• Bandpassfilterung: Diese Art von Filter lässt einen bestimmten Frequenzbereich passieren, während Frequenzen außerhalb dieses Bereichs entfernt werden. Er wird in der Regel verwendet, um eine bestimmte Frequenz oder einen bestimmten Frequenzbereich aus den Signalen zu isolieren.
• Band-Stopp-Filterung: Dieser Filtertyp entfernt einen bestimmten Frequenzbereich aus den Signalen, während er Frequenzen außerhalb dieses Bereichs durchlässt. Sie wird in der Regel verwendet, um bestimmte Frequenzkomponenten aus den Signalen zu entfernen.
• Digitale Filterung: Bei dieser Art der Filterung werden digitale Signalverarbeitungstechniken eingesetzt, um Rauschen oder unerwünschte Frequenzkomponenten aus den Signalen zu entfernen. Sie kann in Software oder Hardware implementiert werden und wird in der Regel verwendet, um das Signal-Rausch-Verhältnis der Signale zu verbessern.
• Anti-Aliasing-Filterung: Diese Art der Filterung verhindert Aliasing, d. h. die Verzerrung von Signalen, die auftritt, wenn die Abtastrate nicht ausreicht, um die zu messenden Signale genau darzustellen. Aliasing kann zu Fehlern bei der Messung der Signale führen und die genaue Interpretation der Daten erschweren.

Welche Art der Filterung in einem Datenerfassungssystem verwendet wird, hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und den Eigenschaften der zu messenden Signale ab. 

Der Zweck von Analog-Digital-Wandlern (ADCs oder AD-Wandlern) in einem Datenerfassungssystem besteht darin, analoge Signale, wie Spannung oder Strom, in digitale Werte umzuwandeln, die von einem Computer oder einem anderen Datenerfassungsgerät gelesen und verarbeitet werden können. ADCs sind ein wesentlicher Bestandteil eines Datenerfassungssystems, da sie es dem System ermöglichen, analoge Signale zu messen und aufzuzeichnen und sie in eine Form umzuwandeln, die leicht analysiert und verstanden werden kann. 

ADCs arbeiten, indem sie die analogen Signale in regelmäßigen Abständen abtasten und jeden Abtastwert in eine digitale Darstellung umwandeln, normalerweise in Form einer Binärzahl. Die Auflösung des ADC, die in der Regel in Bits gemessen wird, bestimmt die Anzahl der möglichen digitalen Werte, die erzeugt werden können, und damit auch die Genauigkeit der Umwandlung. Ein ADC mit einer Auflösung von 8 Bits kann beispielsweise 256 mögliche digitale Werte erzeugen (2^8), während ein ADC mit einer Auflösung von 16 Bits 65.536 mögliche digitale Werte erzeugen kann (2^16), während ein ADC mit einer Auflösung von 24 Bits 16.777.216 mögliche digitale Werte erzeugen kann (2^24). 

Insgesamt besteht der Zweck von ADCs in einem Datenerfassungssystem darin, genaue und zuverlässige digitale Daten zu liefern, die zum Analysieren und Verstehen komplexer analoger Signale verwendet werden können. 

Die Datenspeicherung ist ein wichtiger Aspekt eines Datenerfassungssystems, da sie es dem System ermöglicht, die gesammelten Daten über einen bestimmten Zeitraum aufzubewahren, auch wenn das System nicht aktiv Daten erfasst. Dies ist wichtig, da die Daten zu einem späteren Zeitpunkt analysiert und verstanden werden können, was wertvolle Erkenntnisse für die Optimierung von Prozessen oder das Treffen fundierter Entscheidungen liefert. 

Die Datenspeicherung ist auch deshalb wichtig, weil sie den Zugriff auf die Daten und deren Analyse von mehreren Standorten aus ermöglicht, was die gemeinsame Nutzung der Daten mit anderen oder die Zusammenarbeit bei der Datenanalyse erleichtert. Dies ist besonders wichtig in Branchen, in denen Daten aus verschiedenen Quellen gesammelt werden oder in denen die Datenanalyse von einem Team von Mitarbeitern durchgeführt wird. 

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, Daten in einem Datenerfassungssystem zu speichern, darunter:

• Lokale Speicherung: Die Daten können lokal auf der Datenerfassungshardware gespeichert werden, z. B. auf einer Festplatte oder einem Flash-Speicher. So können die Daten direkt vom Datenerfassungssystem abgerufen und analysiert werden.
• Tragbare Speicherung: Die Daten können auf einem tragbaren Speichermedium, z. B. einem USB-Laufwerk oder einer SD-Karte, gespeichert und zur Analyse auf einen Computer oder ein anderes Gerät übertragen werden. So können die Daten leicht transportiert und auf verschiedenen Geräten analysiert werden.
• Netzwerkspeicherung: Die Daten können zur Speicherung und Analyse über ein Netzwerk an einen entfernten Ort, z. B. einen Server oder einen Cloud-Speicher, übertragen werden. So können die Daten von mehreren Standorten aus abgerufen und analysiert werden.

ie Rolle der Datenvisualisierung in einem Datenerfassungssystem besteht darin, eine visuelle Darstellung der vom System erfassten Daten zu liefern, um das Verständnis und die Interpretation der Daten zu erleichtern. Mit Hilfe der Datenvisualisierung lassen sich Muster und Trends in den Daten erkennen, so dass die Benutzer die Beziehungen zwischen verschiedenen Datenpunkten schnell und einfach erkennen können. 

Die Datenvisualisierung kann in einem Datenerfassungssystem für eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt werden, z. B: 

• Identifizierung von Problemen: Durch die Visualisierung der Daten ist es einfacher, Probleme oder Anomalien in den Daten zu erkennen, wie z. B. plötzliche Veränderungen oder unerwartete Trends. Dies kann den Benutzern helfen, Probleme, die sich auf das System auswirken können, schnell zu erkennen und zu beheben.
• Entscheidungen treffen: Die Datenvisualisierung kann Benutzern helfen, fundierte Entscheidungen zu treffen, indem sie eine klare und intuitive Darstellung der Daten liefert. Durch die Visualisierung der Daten können die Benutzer die Daten besser verstehen und fundiertere Entscheidungen auf der Grundlage der Daten treffen.
• Veranschaulichung von Ergebnissen: Die Datenvisualisierung kann verwendet werden, um die Ergebnisse der Datenanalyse anderen auf klare und intuitive Weise zu vermitteln. Durch die Visualisierung der Daten ist es einfacher, anderen die Bedeutung der Daten zu vermitteln, unabhängig davon, ob es sich um technische oder nichttechnische Personen handelt.