L'acquisition de données (abrégée DAQ) désigne le processus de mesure d'un phénomène électrique ou physique tel que la tension, le courant, la température, la pression ou le son, à l'aide d'un ordinateur ou d'un dispositif d'enregistrement de données. Le dispositif utilisé pour effectuer cette mesure s'appelle un système d'acquisition de données, qui se compose généralement d'un ensemble de capteurs ou de transducteurs, d'un circuit de conditionnement du signal et d'un convertisseur analogique-numérique (ADC) qui convertit les signaux analogiques des capteurs en valeurs numériques pouvant être traitées par un ordinateur. Les systèmes d'acquisition de données sont utilisés dans une variété d'applications, notamment la recherche scientifique, la conception et le développement, la fabrication et le contrôle des processus, pour n'en citer que quelques-unes.

Un système d'acquisition de données se compose généralement de cinq éléments :

1. Capteurs ou transducteurs : Il s'agit de dispositifs qui convertissent un paramètre physique, tel que la température ou la pression, en un signal électrique qui peut être mesuré et traité.
2. Circuit de conditionnement du signal : ce circuit est utilisé pour amplifier, filtrer et/ou façonner les signaux provenant des capteurs afin qu'ils puissent être mesurés avec précision par le système d'acquisition de données.
3. Convertisseur analogique-numérique (ADC) : Le convertisseur analogique-numérique est utilisé pour convertir les signaux analogiques des capteurs en valeurs numériques qui peuvent être lues par un ordinateur ou un autre dispositif d'enregistrement des données.
4. Matériel d'acquisition de données (enregistrement) : Il s'agit du matériel qui collecte les données numériques provenant des ADC.  Il fait souvent appel à des concepts tels que le bus système (supportant la modularité), la synchronisation, le déclenchement, l'enregistrement, le stockage et même le prétraitement. Le matériel d'enregistrement des données est généralement connecté et interfacé à un ordinateur ou à un serveur pour fournir les données en vue de leur visualisation, de leur stockage et de leur post-traitement. Toutefois, les systèmes DAQ peuvent également fonctionner en mode autonome et indépendant sans connexion permanente à un PC.  
5. Logiciel : Le logiciel d'acquisition de données est utilisé pour contrôler le matériel d'acquisition de données, collecter et stocker les données, analyser et afficher les résultats des mesures d'une manière facilement perceptible et intuitivement compréhensible pour l'utilisateur.

Un système d'acquisition de données peut mesurer un large éventail de phénomènes électriques et physiques, en fonction du domaine d'application. Les systèmes d'acquisition de données qui se concentrent sur les systèmes électromécaniques, qui représentent un segment de marché important, couvrent généralement des quantités telles que

• Tension
• Courant
• Température
• Contrainte
• Débit
• Pression
• Accélération et vibration
• Pression acoustique et bruit
• Déplacement
• Régime, angle
• Résistance
• L'humidité  

Pour mesurer ces quantités physiques, il faut un capteur ou un transducteur qui convertit les quantités physiques primaires en un signal électrique adapté au traitement technique. En fonction du transducteur spécifique, ces signaux électriques analogiques nécessiteront un certain conditionnement du signal analogique : Cela peut impliquer l'amplification de niveaux de signaux petits et sensibles, le filtrage, et divers circuits et dispositions pour l'adaptation. 

Un convertisseur analogique-numérique (CAN) est utilisé pour convertir des signaux analogiques en données numériques dans un système d'acquisition de données. Un CAN fonctionne en échantillonnant le signal analogique à intervalles réguliers et en convertissant chaque échantillon en une représentation numérique, généralement sous la forme d'un nombre binaire.

L'ADC convertit le signal analogique en données numériques en effectuant les étapes suivantes :

1. Échantillonnage : Le signal analogique est échantillonné à intervalles réguliers, généralement à l'aide d'un signal d'horloge pour synchroniser le processus d'échantillonnage.
2. Quantification : Le signal analogique échantillonné est quantifié, ou divisé en niveaux discrets, en fonction de la résolution de l'ADC.
3. Encodage : Chaque niveau quantifié se voit attribuer un code numérique, généralement sous la forme d'un nombre binaire.
4. Conversion : Le signal analogique est converti en signal numérique en codant chaque échantillon sous forme de code numérique

Les données numériques produites par le CAN peuvent ensuite être lues et traitées par un ordinateur ou un autre dispositif d'enregistrement de données.

L'objectif principal d'un système d'acquisition de données est de fournir des données précises et fiables qui peuvent être utilisées pour optimiser les processus et prendre des décisions éclairées dans une variété d'applications.

• Collecte et stockage des données : Un système d'acquisition de données est utilisé pour collecter et mesurer des données provenant de diverses sources, telles que des capteurs ou des transducteurs, et les convertir sous une forme qui peut être traitée, analysée et stockée par un ordinateur.
• Visualisation des données : Un système d'acquisition de données peut transmettre les données à un écran ou à un PC connecté pour permettre la visualisation en temps réel des données, par exemple dans le cadre d'une application de surveillance. Les données enregistrées peuvent également être visualisées a posteriori à l'aide d'un logiciel de visualisation de données tel que l'imc FAMOS Reader.
• Analyse des données : Un système d'acquisition de données peut analyser les données collectées en temps réel ou hors ligne afin de détecter des tendances, d'identifier des modèles et de fournir des informations qui peuvent être utilisées pour optimiser les processus ou prendre des décisions en connaissance de cause.
• Données pour le contrôle en temps réel : Les données des systèmes d'acquisition de données sont souvent requises comme signaux d'entrée pour le contrôle en temps réel et le contrôle en boucle fermée dans les processus ou les applications de banc d'essai. Le contrôle peut être effectué sur un système de contrôle séparé comme un PLC, ou intégré dans le système DAQ - comme c'est souvent le cas chez imc, par exemple avec le système imc CRONOScompact system.

Domaines d'application typiques : 

• Contrôle des processus : Un système d'acquisition de données peut être utilisé pour surveiller et contrôler les processus industriels, tels que le raffinage du pétrole ou la production d'électricité, afin d'optimiser l'efficacité et la sécurité.
• Contrôle de la qualité : Un système d'acquisition de données peut être utilisé pour tester et évaluer les performances des produits afin de s'assurer qu'ils répondent aux normes spécifiées.
• Recherche : Un système d'acquisition de données peut être utilisé pour mesurer et enregistrer des données provenant d'expériences, ce qui permet aux chercheurs d'analyser et de comprendre des phénomènes complexes.
• Développement : Un système d'acquisition de données peut être utilisé pour mesurer des données sur des composants, des assemblages et des prototypes nouvellement développés afin d'identifier les faiblesses et de garantir la sécurité et le confort avant que le nouveau produit ne soit mis sur le marché.

Les capteurs et les transducteurs sont des dispositifs utilisés pour mesurer des quantités physiques, telles que la température, la pression, la déformation ou l'intensité lumineuse, et les convertir en un signal électrique qui peut être mesuré et traité par un système d'acquisition de données. Il existe de nombreux types de capteurs et de transducteurs, chacun étant conçu pour mesurer une grandeur physique spécifique.

• Thermocouples : Un thermocouple est un type de capteur utilisé pour mesurer la température. Il se compose de deux fils faits de métaux différents et reliés à une extrémité. Lorsque la jonction entre les deux fils est chauffée, une tension proportionnelle à la température est produite. La tension produite par le thermocouple peut être mesurée et utilisée pour déterminer la température.
• Thermistances : Un thermistor est un type de capteur utilisé pour mesurer la température. Il se compose d'un matériau semi-conducteur dont la résistance est sensible à la température. Lorsque la température de la thermistance change, la résistance du matériau change également. Ce changement de résistance peut être mesuré et utilisé pour déterminer la température.
• Détecteurs de température à résistance (RTD) : Un RTD est un type de capteur utilisé pour mesurer la température. Il se compose d'un fil fabriqué dans un matériau dont la résistance est sensible à la température. Lorsque la température du RTD change, la résistance du fil change également. Ce changement de résistance peut être mesuré et utilisé pour déterminer avec précision la température.
• Jauges de contrainte : Une jauge de contrainte est un type de transducteur utilisé pour mesurer la déformation, la force ou la pression. Elle se compose d'un fil fin ou d'une feuille attachée à un support souple. Lorsqu'une force est appliquée à la jauge de contrainte, le fil ou la feuille se déforme, ce qui entraîne une variation de la résistance électrique. Ce changement de résistance peut être mesuré et utilisé pour déterminer l'ampleur et la direction de la force appliquée.
• Cellules de charge : Une cellule de charge est un type de transducteur utilisé pour mesurer la force ou le poids. Il se compose d'une petite structure métallique qui se déforme lorsqu'une force est appliquée, entraînant un changement de la résistance électrique. Le changement de résistance peut être mesuré et utilisé pour déterminer l'ampleur de la force appliquée. Les cellules de charge sont couramment utilisées dans les systèmes d'acquisition de données pour mesurer le poids, la force ou la pression.
• Capteurs LVDT : Un capteur LVDT (transformateur différentiel variable linéaire) est un type de transducteur utilisé pour mesurer un déplacement ou une position linéaire. Il se compose d'un noyau entouré de deux enroulements primaires et d'un enroulement secondaire. Lorsque le noyau est déplacé, le champ magnétique produit par les enroulements primaires change, ce qui induit une tension dans l'enroulement secondaire. L'amplitude de la tension induite est proportionnelle au déplacement du noyau et peut être mesurée et utilisée pour déterminer la position du noyau.
• Accéléromètres : Un accéléromètre est un type de capteur utilisé pour mesurer l'accélération ou les vibrations. Il se compose d'une masse suspendue à un ressort ou à une flexion et reliée à un élément sensible, tel qu'un cristal piézoélectrique ou une plaque capacitive. Lorsque l'accéléromètre est soumis à une accélération, la masse se déplace, ce qui entraîne une modification des propriétés électriques de l'élément sensible. Cette modification des propriétés électriques peut être mesurée et utilisée pour déterminer l'accélération de l'accéléromètre.
• Microphones : Un microphone est un type de transducteur utilisé pour mesurer la pression ou l'intensité du son. Il se compose d'un diaphragme fixé à une bobine de fil ou à un élément piézoélectrique. Lorsque les ondes sonores frappent le diaphragme, celui-ci vibre, ce qui entraîne une modification des propriétés électriques de la bobine ou de l'élément piézoélectrique. Cette modification des propriétés électriques peut être mesurée et utilisée pour déterminer la pression acoustique au niveau du microphone.
• Transducteurs de courant : Un capteur de courant est un type de capteur utilisé pour mesurer le courant électrique. Il se compose d'un capteur inséré dans le circuit et utilisé pour mesurer le champ magnétique produit par le courant. L'ampleur du champ magnétique est proportionnelle au courant et peut être mesurée et utilisée pour déterminer le courant circulant dans le circuit.

Les conditionneurs de signaux (également appelés amplificateurs de mesure) sont utilisés dans un système d'acquisition de données pour amplifier, filtrer et/ou façonner les signaux provenant de capteurs ou de transducteurs afin qu'ils puissent être mesurés avec précision par le système d'acquisition de données. Ils sont généralement utilisés pour améliorer le rapport signal/bruit des signaux, ce qui les rend plus faciles à mesurer et à interpréter. 

Il existe de nombreux types de conditionneurs de signaux, chacun étant conçu pour remplir une fonction spécifique. Par exemple, un amplificateur peut être utilisé pour amplifier les signaux faibles provenant des capteurs afin de les rendre plus visibles pour le système d'acquisition de données. Un filtre peut être utilisé pour éliminer le bruit ou les composantes de fréquence indésirables des signaux, améliorant ainsi le rapport signal/bruit. Un circuit de mise en forme des impulsions peut être utilisé pour donner aux impulsions des capteurs un format spécifique, tel qu'une onde carrée ou un train d'impulsions, ce qui les rend plus faciles à mesurer et à interpréter.

Il existe plusieurs types de filtrage qui peuvent être utilisés dans un système d'acquisition de données pour éliminer le bruit ou les composantes de fréquence indésirables des signaux mesurés : 

• Filtrage passe-bas : Ce type de filtre élimine les composantes à haute fréquence des signaux et laisse passer les composantes à basse fréquence. Il est généralement utilisé pour supprimer le bruit ou éliminer les oscillations à haute fréquence des signaux.
• Filtrage passe-haut : Ce type de filtre élimine les composantes de basse fréquence des signaux, laissant passer les composantes de haute fréquence. Il est généralement utilisé pour supprimer les décalages en courant continu ou la dérive de la ligne de base des signaux.
• Filtrage passe-bande : Ce type de filtre laisse passer une gamme spécifique de fréquences, tout en éliminant les fréquences situées en dehors de cette gamme. Il est généralement utilisé pour isoler une fréquence ou une gamme de fréquences spécifique des signaux.
• Filtrage coupe-bande : Ce type de filtre élimine une gamme spécifique de fréquences des signaux, tout en laissant passer les fréquences en dehors de cette gamme. Il est généralement utilisé pour éliminer des composantes de fréquence spécifiques des signaux.
• Filtrage numérique : Ce type de filtrage utilise des techniques de traitement des signaux numériques pour éliminer le bruit ou les composantes de fréquence indésirables des signaux. Il peut être mis en œuvre dans un logiciel ou un matériel et est généralement utilisé pour améliorer le rapport signal/bruit des signaux.
• Filtrage anti-repliement : Ce type de filtrage empêche le repliement, ou la distorsion des signaux qui se produit lorsque le taux d'échantillonnage est insuffisant pour représenter avec précision les signaux mesurés. L'aliasing peut entraîner des erreurs dans la mesure des signaux et rendre difficile l'interprétation précise des données.

Le type de filtrage utilisé dans un système d'acquisition de données dépend des exigences spécifiques de l'application et des caractéristiques des signaux mesurés.

Dans un système d'acquisition de données, les convertisseurs analogiques-numériques (CAN ou convertisseurs AD) ont pour fonction de convertir les signaux analogiques, tels que la tension ou le courant, en valeurs numériques qui peuvent être lues et traitées par un ordinateur ou un autre dispositif d'enregistrement de données. Les CAN sont un élément essentiel d'un système d'acquisition de données, car ils permettent au système de mesurer et d'enregistrer des signaux analogiques et de les convertir en une forme qui peut être facilement analysée et comprise. 

Les CAN échantillonnent les signaux analogiques à intervalles réguliers et convertissent chaque échantillon en une représentation numérique, généralement sous la forme d'un nombre binaire. La résolution du CAN, qui est généralement mesurée en bits, détermine le nombre de valeurs numériques possibles qui peuvent être produites et, par conséquent, la précision de la conversion. Par exemple, un CAN avec une résolution de 8 bits peut produire 256 valeurs numériques possibles (2^8), un CAN avec une résolution de 16 bits peut produire 65 536 valeurs numériques possibles (2^16), et un CAN avec une résolution de 24 bits peut produire 16 777 216 valeurs numériques possibles (2^24). 

Globalement, l'objectif des CAN dans un système d'acquisition de données est de fournir des données numériques précises et fiables qui peuvent être utilisées pour analyser et comprendre des signaux analogiques complexes.

Le stockage des données est un aspect important d'un système d'acquisition de données, car il permet au système de conserver les données collectées pendant un certain temps, même lorsque le système n'est pas en train de collecter des données. Cet aspect est important car il permet d'analyser et de comprendre les données ultérieurement, en fournissant des informations précieuses qui peuvent être utilisées pour optimiser les processus ou prendre des décisions en connaissance de cause. 

Le stockage des données est également important car il permet d'accéder aux données et de les analyser à partir de plusieurs endroits, ce qui facilite le partage des données avec d'autres personnes ou la collaboration à l'analyse des données. Cela est particulièrement important dans les secteurs où les données sont collectées à partir de sources multiples ou lorsque l'analyse des données est effectuée par une équipe de personnes. 

Il existe de nombreuses façons de stocker des données dans un système d'acquisition de données : 

• Stockage local : Les données peuvent être stockées localement sur le matériel d'acquisition de données, par exemple sur un disque dur ou une mémoire flash. Cela permet d'accéder aux données et de les analyser directement à partir du système d'acquisition de données.
• Stockage portable : Les données peuvent être stockées sur un dispositif de stockage portable, tel qu'une clé USB ou une carte SD, et transférées vers un ordinateur ou un autre dispositif pour être analysées. Les données peuvent ainsi être facilement transportées et analysées sur différents appareils.
• Stockage en réseau : Les données peuvent être transmises via un réseau à un emplacement distant, tel qu'un serveur ou un espace de stockage en nuage, pour y être stockées et analysées. Cela permet d'accéder aux données et de les analyser à partir de plusieurs endroits.

Le rôle de la visualisation des données dans un système d'acquisition de données est de fournir une représentation visuelle des données collectées par le système, ce qui facilite la compréhension et l'interprétation des données. La visualisation des données peut être utilisée pour identifier des modèles et des tendances dans les données, ce qui permet aux utilisateurs de voir rapidement et facilement les relations entre différents points de données. 

La visualisation des données peut être utilisée dans un système d'acquisition de données à des fins diverses, notamment pour 

• Identification des problèmes : En visualisant les données, il est plus facile d'identifier les problèmes ou les anomalies dans les données, tels que les changements soudains ou les tendances inattendues. Cela peut aider les utilisateurs à identifier et à résoudre rapidement tout problème susceptible d'affecter le système.
• Prendre des décisions en connaissance de cause : La visualisation des données peut aider les utilisateurs à prendre des décisions éclairées en fournissant une représentation claire et intuitive des données. En visualisant les données, les utilisateurs peuvent mieux les comprendre et prendre des décisions plus éclairées sur la base de ces données.
• Communiquer les résultats : La visualisation des données peut être utilisée pour communiquer les résultats de l'analyse des données à d'autres personnes de manière claire et intuitive. En visualisant les données, il est plus facile d'en faire comprendre le sens à d'autres personnes, qu'elles soient techniques ou non.