Sistem Akuisisi Data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki. Jenis serta metode yang dipilih pada umumnya bertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses. Sebelum ditemukannya instrumentasi digital dan komputer (pc), proses pengolahan data dilakukan secara manual hampir 100% oleh manusia.

Sehingga pada saat itu besaran fisik diubah menjadi kebesaran yang langsung dapat diamati oleh panca indera manusia. Selanjutnya dengan adanya teknologi dibidang elektrikal, kebesaran fisik yang diukur sebagai data tersebut dikonversikan kedalam sinyal listrik dan ditampilkan dalam bentuk simpangan jarum, pendaran cahaya, dan sebagainya. Sejak ditemukannya teknologi digital dan komputer, sistem akuisisi data mengalami perkembangan dan perubahan  yang sangat signifikan baik pada cara pengambilan data, mengumpulkan data, menyimpannya hingga mengolahnya menjadi data yang siap untuk diproses lebih lanjut. Berikut ini elemen-elemen dasar dari sistem atau konsep akuisisi data berbasis komputer (PC) :

1. Fenomena fisik

Fenomena Fisik yang diukur bisa seperti suhu, tegangan, posisi, laju atau kecepatan, gaya, tekanan, radioaktivitas, intenstitas cahaya, resistansi, kelembaban, konsentrasi gas, medan magnet, frekuensi, level suara dan lain sebagainya dan ditangkap oleh transduser.

2. Transduser

Transduser atau sensor berfungsi mendeteksi fenomena fisik (baik suhu, tekanan dan lainnya) kemudian mengubahnya menjadi sinyal-sinyal listrik. Misalnya termokopel, RTD (Resistive Temperature Detectors), thermistor, flow-meter, photo-coupler dan lain-lain. Pada masing-masing kasus, adakalanya sinyal listrik yang dihasilkan sebanding dengan parameter fisik yang dialami/diamati.

3. Pengkondisi Sinyal

Pengkondisi sinyal pada sistem akuisisi data tahap awal biasanya akan melakukan penguatan (amplification). Hal tersebut dikarenakan sinyal-sinyal listrik yang dihasilkan oleh transduser harus dikonversi ke dalam bentuk yang dikenali oleh papan akuisisi data yang dipakai. Penguatan sinyal sebaiknya dilakukan untuk meningkatkan resolusi pengukuran sehingga diperoleh hasil pengukuran lebih teliti, misalnya sinyal-sinyal lemah yang berasal dari termokopel. Sebaiknya penguat ditempatkan sedekat mungkin dengan transduser untuk menekan gangguan atau interferensi yang timbul pada kabel penghubung antara transduser dengan komputer (pc)

Selain melakukan penguatan sinyal, pengkondisi sinyal juga bertugas melakukan linearisasi. Aplikasi lainnya dari pengkondisi sinyal adalah melakukan isolasi sinyal dari transduser terhadap komputer untuk keamanan, seperti pada pengamatan tegangan tinggi atau medan elektromagnetik tingkat tinggi yang dapat merusak komputer atau bahkan melukai operatornya. Adakalanya pengkondisi sinyal melakukan penapisan sinyal yang diamati. Misalnya sebuah pengkondisi sinyal dilengkapi dengan Tapis-Lolos-Bawah digunakan untuk meloloskan sinyal-sinyal frekuensi rendah dan menahan (meredam) sinyal-sinyal frekuensi tinggi sehingga keluarannya benar-benar bersih dari interferensi sinyal yang tidak dikehendaki.

4. Perangkat Keras Akuisisi Data

4.1. Masukan Analog.

Spesifikasi dari perangkat keras sistem akuisisi data meliputi jumlah kanal, laju pencuplikan, resolusi, jangkauan, ketepatan (akurasi), derau dan ketidak-linieran, yang semuanya berpengaruh pada kualitas sinyal yang terdigitasi. Sesuai jumlah kanal masukan analog ada dua sistem yaitu sistem kanal-tunggal dan sistem kanal-banyak. Sistem kanal tunggal merupakan yang paling sederhana karena hanya melibatkan satu masukan analog. Sedangkan pada sistem kanal banyak jumlah masukan bisa terdiri dari dua atau lebih sehingga dibutuhkan multiplexer yang diletakkan tepat sebelum ADC (Analog to Digital Converter) pada papan akuisisi data.

ADC yang bersangkutan mencuplik sebuah kanal, kemudian berganti ke kanal berikutnya dan mencuplik kanal tersebut, berganti lagi ke kanal berikutnya dan seterusnya. Karena menggunakan sebuah ADC untuk mencuplik beberapa kanal, maka laju efektif pencuplikan pada masing-masing kanal berbanding terbalik dengan jumlah kanal yang dicuplik. Misalnya sebuah papan akuisisi data mampu mencuplik dengan laju pencuplikan 150-kcuplik/detik pada 10 kanal, maka masing-masing kanal secara efektif memilki laju pencuplikan :

150/10    = 15 kcuplik/detik

Dengan kata lain laju pencuplikan menurun seiring dengan bertambahnya kanal yang di multiplex. Laju pencuplikan yang cepat akan menghasilkan data yang lebih banyak dan akan menghasilkan penyajian-ulang sinyal asli yang lebih baik. Menurut Teorema Pencuplikan Nyquist bahwa “Laju atau Frekuensi Pencuplikan harus Lebih Besar dari Dua Kali Komponen Frekuensi Maksimum yang ingin di Deteksi (di Akuisisi)”. Dengan demikian kita bisa memilih atau mengatur laju pencuplikan perangkat keras akuisisi data sesuai dengan kebutuhan.

Sebagai contoh, sebuah perangkat keras akuisisi data dengan laju pencuplikan rendah sudah mencukupi untuk digunakan pada akuisisi data suhu/temperatur karena suhu/temperatur tidak akan berubah secara cepat (pada kebanyakan aplikasi). Namun tidak demikian pada akuisisi data sinyal audio yang memiliki komponen frekuensi hingga 20 kHz. Untuk mendigitasi sinyal ini maka diperlukan perangkat keras akuisisi data dengan frekuensi pencuplikan lebih dari 40 kHz (40.000 cuplikan per detik). Pada banyak penerapan digunakan laju pencuplikan 44,1 kHz (44.100 cuplikan per detik).

Selain dari laju pencuplikan, Resolusi juga merupakan salah satu hal yang cukup penting pada ADC. Resolusi adalah istilah untuk jumlah atau lebar bit yang digunakan oleh ADC dalam penyajian-ulang sinyal analog. Semakin besar resolusi ADC maka semakin besar pembagi jangkauan tegangan masukan sehingga semakin kecil perubahan tegangan yang bisa dideteksi sehingga pengukuran oleh komputer (pc) lebih optimal.

Sebagai contoh, sebuah masukan analog 0 – 10 Volt DC akan diubah menjadi Digital oleh ADC. Maka Sebuah ADC dengan Resolusi 3 bit hanya mampu melakukan konversi masukan analog ke digital sebanyak  (2 pangkat 3) = 8 perubahan. Sedangkan sebuah ADC dengan Resolusi 8 bit akan mampu melakukan konversi masukan analog ke digital sebanyak  (2 pangkat 8) = 256 perubahan. Dengan demikian :

ADC 3 bit hanya akan mampu menghasilkan akurasi perubahan tegangan analog yang bisa dideteksi sebesar :

10/8       = 1,25 Volt

Sedangkan ADC 8 bit akan mampu menghasilkan akurasi perubahan tegangan analog yang bisa dideteksi sebesar :

10/256  = 0.039 Volt

Pada papan akuisisi data ragam-fungsi biasanya memiliki jangkauan yang bisa dipilih sedemikian rupa sehingga mampu dikonfigurasi untuk menangani berbagai macam jangkauan tegangan yang berbeda-beda. Jangkauan ini berkaitan dengan tegangan minimum dan maksimum yang bisa ditangani oleh ADC yang bersangkutan.

Selain jangkauan dan resolusi, penguatan (gain) pada papan-akuisisi data juga menentukan seberapa kecil perubahan tegangan yang mampu dideteksi. Perubahan tegangan ini menyatakan 1 LSB (Least Significant Bit) pada nilai digital dan sering dinamakan sebagai Lebar_Kode (Code Width) yang nilai idealnya ditentukan menggunakan persamaan :

Lebar_Kode_ideal = jangkauan_tegangan/(penguatan x jumlah_konversi)

Contoh : Jika diketahui jangkauan tegangan 0 sampai 10 Volt dan penguatan 100 dan resolusi 8 bit, maka diperoleh :

Lebar_Kode_ideal =  10/(100 x 256) = 390 mikro Volt

Bersambung ke Bagian Dua