TEDS Vibrations-Sensoren

Transkript

1 TEDS Vibrations-Sensoren Orientierung: - Vortrag ist ausgerichtet auf Forderungen und Anwendungen von intelligenten Vibrationssensoren im Test und Produktentwicklung - Ansprüche an intelligente Sensoren im Bereich der Anlagenüberwachung, Qualitätskontrolle u.ä. sind anders gelagert und werden hier nicht berücksichtigt

2 Warum Intelligente Sensoren in Test und Produktentwicklung? - steigende Kanalzahlen bei Messsystemen durch sinkende Hardware-Preise - Reduzierung der Zeit und Kosten für die Instrumentierung eines Prüflings - Reduzierung der Fehlermöglichkeiten und Erhöhung der Datenverlässlichkeit - Fehlerüberwachung - Berücksichtigung von Anforderungen der ISO 9000

3 Historie intelligenter Sensoren - Erste Entwicklungen bereits Mitte der 80er Jahre - PCB Piezotronics (TWAM=Transducer With A Memory), Wilcoxon, Hewlett Packard - Keinerlei Normungen oder Standardisierung - Hoher Investitionsaufwand, da nur durch spezielle Bauteile realisierbar - Geringe Akzeptanz, da Investitionen sowohl bei Anwender und Lieferant nicht langfristig geschützt waren

4 Die IEEE 1451 Arbeitsgruppe - installiert in den frühen 90er Jahren - Ziel: Entwicklung eines Standards für die verschiedenen Ebenen intelligenter Sensorik - Beteiligung führender Firmen der Sensor-Industrie wie PCB Piezotronics, Endevco, B+K, Wilcoxon, aber auch Hersteller von Sensoren zur Prozessüberwachung wie z.b. Rosemount

5 Das IEEE 1451 Gesamtkonzept Network Capable Application Processor (NCAP) P Common Object Model P P P Smart Transducer Interface Module Channel Interface Module Mixed-Mode Transducer Network

6 Mixed Mode ICP -TEDS Sensoren IEEE-P TEDS TEDS Physikalischer Anschluss: 2-Leiter Mixed-Mode (Analogsignal und digitale Daten) Punkt zu Punkt Verbindung oder auch gemultiplexte Verbindung mehrerer Sensoen zu einem Gerät Netzwerk TEDS Prüfling TEDS Messwerterfassung MuLtiplexen Prozessor TEDS P Transducer P T-Block Parameter Aktivitäten Position Methoden

7 Funktionsweise eines Mixed Mode ICP - Vibrationssensors ICP - Versorgung TEDS Speicher 4ma -5 V

8 Forderungen an einen Mixed Mode Vibrationssensor - Kein zusätzliches Gewicht - Keine größeren Abmessungen - Keine zusätzliche Leistungsaufnahme -Keine hohen Zusatzkosten -Keine zusätzlichen Messleitungen

9 Resultierende Konsequenzen für die Entwicklung - Rückgriff auf vorhandene Bauteile (Dallas Microlan) - begrenzte Speicherkapazität (256 Bit) - Anwendung von Kompressionsalgorithmen - Kodierung/Dekodierung beim Schreiben/Lesen erforderlich

10 Struktur des elektronischen Datenblattes Read Only Bereich: Sensor-Idenfikation - Hersteller - Art des Sensors - Modell-Bezeichnung - Serien-Nummer

11 Struktur des elektronischen Datenblattes Read/Write Bereich: Sensor-Eigenschaften - Kalibrier-Datum - Empfindlichkeit - Referenz-Bedingungen - Transferfunktion - Temperatur-Koeffizient

12 Struktur des elektronischen Datenblattes Read/Write Bereich: Applikations-Idenfikation - Messort-Bezeichnung - Koordinaten - Orientierung - in anwendungsspezifischen Templates!

13 Übersicht der IEEE 1451 Templates (Teil 1) Teil 1: Sensoren und Verstärker mit Selbst-Identifkation - Template Accelerometer v0.9 - Template Accelerometer, transfer function - Template Charge amplifier - Template Charge amplifier plus accelerometer - Template Charge amplifier, transfer function plus accelerometer - Template Microphone, integrated preamplifier - Template Microphone, integrated preamplifier, transfer function - Template Microphone preamplifier - Template Microphone preamplifier plus microphone Template - Template Microphone preamplifier, transfer function - Template Microphone preamplifier, transfer function plus microphone - Template Accelerometer, transfer function v0.91

14 Übersicht der IEEE 1451 Templates Teil 2: konfigurierbare Sensoren und Verstärker - Template Accelerometer, 2 gains - Template Accelerometer, 2 gains, transfer function - Template Charge amplifier, 2 gains - Template Charge amplifier, 2 gains plus accelerometer - Template Charge amplifier, 2 gains, transfer function plus accelerometer - Template Microphone, integrated preamplifier, 2 gains, transfer function - Template Microphone preamplifier, 2 gains - Template Microphone preamplifier, 2 gains plus microphone - Template Microphone preamplifier, 2 gains, transfer function - Template Microphone preamplifier, 2 gains, transfer function plus microphone

15 Vibrations - Sensoren mit TEDS - eine Vielzahl von uni- und triaxialen Sensoren ist verfügbar T333B32 T352C34 T354C03 - Grenzen: - Arbeitstemperaturen bis 120 C, - darüber externe Inline-Verstärker - Gewicht ab ca. 10 gr T356A02

16 Mikrophone mit TEDS - vorpolarisierte Präzisionsmikrofone mit ICP -Verstärker und Option - preisgünstige Arraymikrofone

17 Andere ICP -Sensoren mit TEDS prinzipiell alle ICP -Sensoren können mit TEDS ausgestattet werden - Kraftaufnehmer - Impuls-Prüfhämmer - Druck-Aufnehmer

18 andere Sensoren mit TEDS - für piezoelektrsiche Sensoren mit Ladungsausgang sind Charge/ICP - Verstärker verfügbar, die einen TEDS - Chip enthalten - 2 Arbeitsgruppen innerhalb der IEEE-Gruppe definieren Standards für Sensoren auf DMS-Basis, Temperatursensoren und Sensoren mit internem Verstärker - hier sind allerdings zusätzlichen Signalleitungen für die Übertragung der digitalen Daten erforderlich (Class 2-Sensoren)

19 Voraussetzung für das Arbeiten mit Sensoren - Messwerterfassungskomponenten müssen Hardware-Interface enthalten (Reverse Bias) - Messwerterfassungskomponenten müssen Templates erkennen (sog. T-Block-Software)

20 Lesen und Schreiben von TEDS Daten Templates Templates Manufacturer Manufacturer Templates Templates User User Templates Templates Binary Binary TEDS TEDS < < > > T-BLOCK T-BLOCK Software Software Decoded Decoded TEDS TEDS < < Field Field >,< >,< Data Data > > < < Field Field >,< >,< Data Data > > < < Field Field >,< >,< Data Data > > < < Field Field >,< >,< Data Data > >

21 kompatible Messwerterfassungssysteme - Signalaufbereitungssysteme, trennen analoge und digitale Daten, Identifikationsdaten werden über eine Schnittstelle bereitgestellt - Vielkanal-Messsysteme mit integrierter Schnittstelle - Recordersysteme mit integrierter Schnittstelle - Dedizierte Systeme für Modal- und Strukturuntersuchungen oder Schallanalysen mit integrierter Schnittstelle

22 TEDS unterstützende Lösungen - TEDS Programmierer auf Basis eines PDA - TEDS Programmierer auf Basis eines Notebooks - TEDS Entwicklerkit zur Entwicklung der Hardware-Schnittstellen - Venona Library: Bibliothek mit Sammlung von T-Blocks für die 16 häufigsten Templates

23 Systeme im Umfeld - Digitalisierer zur Bestimmung der Raumkoordinaten von Vibrationssensoren und Speicherung der Information in entsprechende Templates - Kalibriersystem zur automatischen Speicherung der aktuellen Kalibrierdaten in TEDS Sensoren

24 Zusammenfassung - Echte Plug & Play Technik - Reduzierung der Fehlermöglichkeiten - Kein individuelles Verfolgen der Messleitungen - Vorhandene Messleitungen weiter nutzbar - Keine Buchführung mehr über die angeschlossenen Sensoren - Einfache Prüfung der Kalibrierinformation - Flexibilität hinsichtlich anwendungsspezifischen Forderungen