Datenerfassungstechnologien von Dewesoft einfach erklärt

Die DualCoreADC®-Technologie

Eine große Herausforderung, mit der sich Ingenieure über viele Jahre auseinandersetzen mussten, ist die Konfiguration der optimalen Verstärkung für Eingangskanäle. Was ist, wenn wir ein Signal von normalerweise unter 5 Volt haben, dessen Wert aber manchmal dramatisch auf 100 V nach oben schnellen kann?

Stellen wir die Auflösung des A/D-Wandlers (ADC) auf den Bereich 0–5 V ein, dann wird das System überlastet, wenn das Signal einen höheren Wert erreicht; stellen wir die Verstärkung aber auf 100 V ein, dann ist bei Signalen unter 5 V die Auflösung der Amplitudenachse schlecht.

Eine Lösung wäre es, zwei Kanäle zu verwenden, die auf unterschiedliche Verstärkungen eingestellt sind, und dann den einen für die 0- bis 5-V-Daten und den anderen für die Daten mit höherer Amplitude zu nutzen. Das wäre allerdings sehr ineffizient. Wir können unmöglich für jedes Eingangssignal zwei Kanäle verwenden, da wir dann doppelt so viele Datenerfassungssysteme bräuchten, um die gleiche Arbeit zu erledigen. Außerdem würde die Analyse der Daten nach jedem Test sehr viel komplexer und zeitaufwändiger ausfallen.

Für dieses Verstärkungsproblem gab es keine gute Lösung, bis Dewesoft DualCoreADC® erfand.DualCoreADC®.

Die DualCoreADC®-Technologie von Dewesoft löst dieses Problem, indem sie zwei separate 24-Bit-ADCs pro Kanal verwendet und durch automatisches Umschalten in Echtzeit zwischen ihnen einen einzigen, nahtlosen Kanal erzeugt. Dabei messen die beiden ADC stets die hohe und die niedrige Verstärkung des Eingangssignals. So wird der potentielle Messbereich des Sensors vollständig abgedeckt, und das Clipping des Signals wird verhindert.

Und das gilt nicht nur für dynamische Signale. Auch bei sehr langsamen Signalen, wie denen der meisten Thermoelemente, kann es von entscheidender Bedeutung sein, über eine größtmögliche Auflösung der Amplitudenachse zu verfügen.

Stellen Sie sich ein Thermoelement vor, das einen 1500 °C breiten Messbereich besitzt: Je größer die Amplitudenachse beim A/D-Wandler ist, desto besser ist auch die Auflösung des Temperatursignals. Denken Sie daran, dass sich die Auflösung der vertikalen Achse mit jedem zusätzlichen Bit effektiv verdoppelt. Die DualCoreADC-Technologie von Dewesoft ist ein wichtiger Fortschritt, wenn es darum geht, Messungen unabhängig davon, wie groß oder klein das Signal zu einem bestimmten Zeitpunkt sein mag, mit dem höchstmöglichen Dynamikbereich durchzuführen.

Mit der DualCoreADC®-Technologie erreichen SIRIUS-Datenerfassungssysteme ein Signal-Rausch-Verhältnis von mehr als 130 dB und einen Dynamikbereich über 160 dB. Das ist 20-mal besser als bei üblichen 24-Bit-Systemen, und das bei 20-mal geringerem Rauschen. Die DualCoreADC-basierten SIRIUS-Datenerfassungssysteme von Dewesoft bieten Abtastraten von bis zu 200 kS/s pro Kanal.

Was aber, wenn Sie ein System benötigen, das Kanäle mit hohem Dynamikbereich und Anti-Aliasing-Funktionen, aber auch deutlich höhere Abtastraten auf anderen Kanälen bietet? Dann ist die HybridADC-Technologie genau richtig für Sie. 

Die HybridADC-Technologie

Seit Jahren stehen Ingenieure vor der schwierigen Entscheidung zwischen Delta-Sigma- und SAR-A/D-Wandlern (sukzessive Approximation). 

Während Delta-Sigma-ADCs einen beeindruckenden Dynamikbereich, eine 24-Bit-Auflösung und integrierte Anti-Aliasing-Funktionen bieten, haben SAR-ADCs eine höhere Bandbreite und geben Impulssignale wie Rechteckwellen perfekt wieder.

Bei Anwendungen, die eine Kombination aus Hochgeschwindigkeitsabtastung und hoher Auflösung mit Anti-Aliasing-Filterung erforderten, musste auf eine dieser Eigenschaften verzichtet werden, oder man musste zwei separate DAQ-Systeme anschaffen, um die verschiedenen Anforderungen zu erfüllen.

Dewesoft hat dieses Problem mit der HybridADC-Technologie, die speziell für die
SIRIUS-XHS-Produktlinie entwickelt wurde, ein für alle Mal gelöst. Diese Technologie ermöglicht es dem Benutzer, zwischen zwei Betriebsarten zu wählen:

1. Modus mit hoher Bandbreite (Filter Aus): Mit einer Bandbreite von 5 MHz und einer Abtastrate von 15 MS/s ist der SIRIUS XHS in der Lage, Impuls-, Schritt- und Rechtecksignale perfekt zu erfassen, ohne dass es zu Ringing oder Überschwingen kommt. Dieser Erfassungsmodus ist perfekt für die Transientenaufzeichnung und Leistungsanalyse geeignet Das Verhalten ähnelt dem typischer SAR-A/D-Wandler, bietet aber eine höhere Abtastrate und Bandbreite.

2. Aliasing-freier, hochdynamischer Modus: Bandbreite bis zu 1,875 MHz und Abtastrate bis zu 1 Ms/s bei einem Dynamikbereich von 150 dB. Die Daten sind aliasing-frei, d. h. alle höheren Frequenzen werden vollständig unterdrückt. Diese Anti-Aliasing-Filterung mit einer Bandbreite nahe der Nyquist-Grenze wird für die Frequenzbereichsanalyse z. B. von Schall- oder Schwingungssignalen verwendet. Bei Rechteckwellen und anderen Impulssignalen kommt es zu einem gewissen Ringing/Überschwingen. Dieses Verhalten ähnelt dem typischer Sigma-Delta-A/D-Wandler, bietet aber eine viel höhere Abtastrate und Bandbreite.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass jeder Kanal einzeln auf einen dieser Modi und eine unterschiedliche Abtastrate eingestellt werden kann. Daher müssen sich Messtechniker nicht für ein bestimmtes Gerät anstelle eines anderen entscheiden, sondern können für alle ihre wichtigsten Anwendungen ein und dasselbe Dewesoft-Gerät verwenden. 

Und obwohl einige Kanäle mit hoher Bandbreite und andere aliasing-frei und sogar unterschiedliche Abtastraten gewählt werden können, ist die Filterung so gestaltet, dass alle Signale zeitlich perfekt aufeinander abgestimmt sind und keine Phasenverschiebung aufweisen.

Die HybridADC-Technologie von Dewesoft ist ein enormer Fortschritt in der Welt der Datenerfassung. Sie kombiniert eine ringing-freie Hochgeschwindigkeitsabtastung mit hohem Dynamikbereich mit einer Anti-Aliasing-Performance und deckt so alle wesentlichen Datenerfassungsanwendungen mit einem einzigen Gerät ab.instrument.

Erfahren Sie mehr:

Was ist ein Analog-Digital-Wandler?Der ultimative Leitfaden für ADC-Wandler (Analog-Digital-Wandler). Erfahren Sie, was sie tun und welche Typen für Datenerfassungsanwendungen am besten geeignet sind.

Die SIRIUS® XHS-Technologie

Die Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungssysteme der Reihe SIRIUS® XHS enthalten die HybridADC-Signalkonditionierungstechnologie von Dewesoft (siehe oben) und andere fortschrittliche Funktionen. Sie sehen genauso aus wie die berühmten SIRIUS-DAQ-Module, die seit 2010 erhältlich sind, sind jedoch mit einem komplett überarbeiteten Herz und Gehirn ausgestattet.

SIRIUS-XHS-Geräte bieten die ultimative Leistung und Vielseitigkeit bei der Datenerfassung mit:

• der revolutionären Hybrid-A/D-Wandler-Technologie, die die Umwandlung analoger Signale in digitale Signale mit 15 MS/s pro Kanal und 5 MHz Bandbreite ermöglicht und darüber hinaus in der Lage ist, sowohl ringing-freie 16-Bit-Abtastungen mit hoher Bandbreite als auch aliasing-freie 24-Bit-Sigma-Delta-Abtastungen mit bis zu 1 MHz Bandbreite pro Kanal durchzuführen;

• neu gestalteten Verstärkern, die die höheren Bandbreiten des Hybrid-A/D-Wandlers unterstützen;

• einer leistungsfähigen programmierbaren Logikgatter-Anordnung (FPGA) mit ARM-Prozessor und Linux-Betriebssystem;

• einer neuen Hauptplatine mit weiter verbesserter Technologie zur galvanischen Kanal-zu-Kanal- und Kanal-zu-Masse-Isolierung;

• verbesserten Datenübertragungsschnittstellen (USB 3.0 und GLAN) zur Unterstützung der Hochgeschwindigkeits-Datenstromübertragung auf den Festspeicher (alle acht Kanäle können auf 15 MS/s pro Kanal konfiguriert werden und über USB 3.0 kontinuierlich auf den Festspeicher streamen);

• modernen Datenschnittstellen wie USB 3.0, GLAN, XCP, CAN oder OPC UA mit PTPv2-Synchronisation zur Gewährleistung einer offenen und flexiblen Konnektivität.

SIRIUS XHS ist zudem abwärtskompatibel und kann mit allen anderen Dewesoft-Datenerfassungssystemen, wie z. B. den standardmäßigen SIRIUS-, KRYPTON-, IOLITE- oder DEWE-43-Systemen, synchronisiert werden.

PTP-Zeitsynchronisation

Das auf den DAQ-Systemen der neueren Generation (SIRIUS XHS, OBSIDIAN) verfügbare PTPv2 ist die neueste Version des Netzwerkprotokolls Precision Time Protocol (PTP). Es verwendet eine Referenzuhr (Clock Master) zur Synchronisierung aller Uhren in einem Computernetzwerk. 

PTPv2 bietet eine Taktgenauigkeit von ca. 1 µs im gesamten Netz. PTPv2 stellt einen großen Fortschritt gegenüber dem ursprünglichen PTPv1 aus dem Jahr 2002 dar. PTPv2 bietet die für Datenerfassungsanwendungen erforderliche Zeitgenauigkeit und -stabilität.

Das gesamte PTPv2-Netzwerk kann auf eine beliebige externe Zeitquelle (wie IRIG, GPS PPS, NTP usw.) referenziert werden, so dass alle Geräte im Netzwerk mit dieser Uhr synchronisiert werden.

Wenn Sie mehrere Datenerfassungsgeräte einsetzen, können Sie einen externen Taktgeber oder ein Dewesoft-DAQ-Gerät (Clock Slave) als PTP-Zeitquelle verwenden.

Die SuperCounter®-Technologie

Fast jedes heute auf dem Markt befindliche Datenerfassungssystem bietet neben analogen Eingängen auch einen oder mehrere digitale Eingänge. Digitale Eingänge, die eingehende Impulse zählen können, werden häufig benötigt, um die Ausgangssignale von Tachometern, Näherungssensoren und anderen Signalquellen mit Impulsausgang aufzuzeichnen.

Die SuperCounter®-Eingänge von Dewesoft sind mit einer breiten Palette von Drehgebern, Zahnradsensoren, Näherungssensoren usw. kompatibel. Digitale SuperCounter-Eingänge sind für alle Dewesoft-Datenerfassungssysteme verfügbar.

Die Systeme können mit einem oder mehreren SuperCounter-Eingängen konfiguriert werden. Diese sind normalerweise mit einem robusten verriegelbaren LEMO-Stecker ausgestattet, bei einigen Modellen gibt es aber auch andere Anschlussmöglichkeiten.

Drei Eingänge sind zur Unterstützung der A-, B- und Z-Ausgangssignale von Inkrementalgebern vorgesehen. Wenn Sie diskrete Eingangssignale (TTL-EIN-/AUS-Signale) messen möchten, können Sie diese drei Eingänge statt als Zähler auch als unabhängige diskrete Eingänge verwenden. Darüber hinaus stehen zwei Sensorversorgungsspannungen (+12V und +5V), ein digitaler Ausgang und ein Masseanschluss zur Verfügung.

Das eigentlich Besondere an den SuperCountern ist jedoch, wie sie Zählerdaten präzise mit analogen und anderen Daten synchronisieren.

Die heute in den meisten DAQ-Systemen verfügbaren Standardzähler liefern nur Werte mit Integer-Auflösung (z. B. 1, 1, 2, 2). Infolgedessen sind ihre Ausgangssignale gegenüber den analogen Sensordaten immer um ein Sample verzögert. Dies kann bei Anwendungen wie Rotations- oder Torsionsschwingungen, wo eine Phasenverschiebung oder sogar ein einzelner Abtastwert das Messergebnis verändern kann, ein echtes Problem darstellen.

Die SuperCounter-Technologie löst dieses Problem vollständig, indem sie Fließkommazahlen (z. B. bei 1,37; 1,87; 2,37) extrahiert und diese zeitgenau mit den restlichen Daten synchronisiert. Tatsächlich ist ein SuperCounter zwei Zähler in einem. Das Eingangssignal wird parallel in beide Zähler eingespeist, und der Unterzähler misst die genaue Zeit der steigenden Signalflanke. So wird der tatsächliche Zählerwert in Bezug auf die Analogwerte berechnet und perfekt synchronisiert.

Das Video unten lässt erkennen, wie SuperCounter-Messungen vollständig mit den analogen Kanälen synchronisiert sind. Es zeigt einen realen Vergleich zwischen dem normalen Zählmodus und dem SuperCounter-Modus.

Daten aus anderen Quellen (wie CAN-Bus oder Video) werden in allen Dewesoft-Systemen  ebenfalls mit den analogen Daten synchronisiert.

Das andere „Geheimnis“ hinter dieser Technik ist, dass die SuperCounter-Eingänge von Dewesoft auf einer Zeitbasis von 102,4 MHz arbeiten, die nicht nur unabhängig von der analogen Abtastrate ist, sondern auch viel höher als diese.

Das Ergebnis dieses technologischen Durchbruchs ist, dass sich analoge Daten und digitale oder Zählerdaten jetzt präzise synchronisieren lassen, selbst wenn sie mit sehr unterschiedlichen Raten abgetastet werden. Weitere wichtige Merkmale der SuperCounters sind:

• Galvanische Trennung: verhindert, dass Rauschen und Nebengeräusche fälschlicherweise als Datenpunkte bewertet werden

• Vom Benutzer wählbare Filterung: 100 ns bis 5 μs zum Schutz der Integrität aller Messungen

• Mehrere Betriebsmodi: einschließlich Ereigniszählung, Sensormodi und Wellenform-Timing-Modi

• Diskreter Eingangsmodus: Die Zählereingänge können statt als Zähler auch als drei separate isolierte diskrete Digitaleingänge verwendet werden.

• Sensorunterstützung: Inkrementalgeber, Zahnradsensoren, Bandsensoren, Drehzahlsensoren, Widerstandsthermometer (CDM) u. a.

Zur einfachen Konfiguration aller Parameter wird die SuperCounter-Hardware in der DewesoftX vollständig unterstützt. DewesoftX enthält eine Sensordatenbank, die es Messtechnikern ermöglicht, ihre eigenen Sensoren (einschließlich Encodern, Tachos, Zahnradsensoren und anderen) einzurichten, zu bearbeiten und wiederzuverwenden. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Konfiguration. Beliebige Sensoren können mit wenigen Klicks zu dieser Datenbank hinzugefügt und später nach Name ausgewählt werden, wenn man sie für einen Test benötigt.

Technologien zur galvanischen Trennung

In der Welt der Prüf- und Messtechnik ist die Vermeidung oder Beseitigung von Masseschleifen und Gleichtaktspannungsüberlastungen von entscheidender Bedeutung für genaue Messungen. Lassen Sie uns also einen Blick auf die Hauptursachen dieser Probleme werfen und in Erfahrung bringen, wie sie durch galvanische Trennung vermieden oder beseitigt werden können.

Gleichtaktspannungen (CMV) sind unerwünschte Signale, die in die Messkette gelangen. Ihren Ursprung haben sie in der Regel in einem Kabel, das einen Sensor mit dem Messsystem verbindet. Diese manchmal auch als „Rauschen“ bezeichneten Störspannungen verzerren das reale Signal, das gemessen werden soll. Je nach Amplitude kann das Problem von einem „kleinen Ärgernis“ bis hin zur völligen Überlagerung des ursprünglichen Signals und Zerstörung der Messung reichen.

Der einfachste Ansatz zur Unterdrückung von Gleichtaktsignalen ist die Verwendung eines Differenzverstärkers. Dieser Verstärker hat zwei Eingänge – einen positiven und einen negativen – und misst die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen. Elektrisches Rauschen auf dem Sensorkabel sollte auf beiden Adern, also auf der positiven Signalader und auf der Masseader (bzw. - negativen Signalader), vorhanden sein. 

Solche Gleichtaktspannungen, die auf beide Eingänge gleich einwirken, werden vom Differenzverstärker zurückgewiesen, und nur das eigentliche Signal wird durchgelassen.

Das funktioniert bis zu einem gewissen Punkt gut, allerdings kann der Verstärker Gleichtaktspannungen nur innerhalb bestimmter Grenzen unterdrücken. Überschreitet die auf den Signalleitungen anliegende CMV den maximalen Gleichtakt-Eingangsspannungsbereich des Differenzverstärkers, dann wird sie beschnitten. Das Ergebnis ist ein verzerrtes und damit unbrauchbares Ausgangssignal.

Dies bringt uns zur besten Lösung: Isolierung. Bei Trennverstärkern „schweben“ die Eingangssignale gewissermaßen über der Gleichtaktspannung. Sie sind mit einer Isolationsbarriere mit einer Durchschlagspannung von 1000 Volt oder mehr ausgelegt Dadurch sind sie in der Lage, selbst sehr starkes Gleichtaktspannungsrauschen zu unterdrücken und Masseschleifen zu neutralisieren.

Trennverstärker erzeugen diese Isolationsbarriere, die dazu dient, das Eingangs- vom Ausgangssignal zu trennen, mithilfe von Kleinsttransformatoren, kleinen Optokopplern oder durch kapazitive Kopplung. Die letzten beiden Methoden bieten in der Regel die beste Bandbreitenleistung.

Wenn Sie sich die SIRIUS-DualCore- und SIRIUS-HS-Messverstärker von Dewesoft anschauen, werden Sie sehen, dass ihre Eingänge eine Isolationsspannung von 1000 V bieten.

In der realen Welt der Datenerfassung gibt es oft mehr als nur Eingangssignale: Messverstärker liefern häufig auch eine Erregerspannung bzw. einen Erregerstrom zur Versorgung der Sensoren. Dehnungsmessstreifen, Widerstandsthermometer, Differentialtransformatoren und IEPE-Beschleunigungsmesser sind einige Beispiele für Sensoren, die eine Stromversorgung benötigen.

Hersteller von Datenerfassungssystemen übersehen mitunter, dass die Erregerleitungen isoliert sein müssen. Dewesoft bietet über die gesamte Produktlinie eine galvanische Trennung und/oder Differenzeingänge und einen Schutz gegen Überspannung und direkten Kurzschluss gegen Masse. Dieses Sicherheitsmerkmal schützt die Geräte und ihre Bediener vor Masseschleifen.

Erfahren Sie mehr:

Bedeutung der Isolation in DAQ SystemenGalvanische Trennung ist eine Trennung eines Stromkreises von anderen elektrischen Potentialquellen. Erfahren Sie mehr über die Bedeutung der galvanischen Trennung in DAQ-Systemen.

Gleichzeitige Messungen in mehreren Domänen

Während die meisten DAQ-Systeme nur Daten in einem bestimmten Bereich aufzeichnen, tun die Datenerfassungssysteme von Dewesoft dies gleichzeitig in der Zeit-, der Winkel- und der Frequenzdomäne und gewährleisten dabei eine zuverlässige Synchronisation zwischen ihnen.

Die DewesoftX-Software ist einzigartig, was die Unterstützung von Ein- und Ausgangsschnittstellen betrifft. Keine andere Datenerfassungssoftware unterstützt die vollständig synchronisierte Erfassung, Speicherung, und Visualisierung von Daten von so vielen verschiedenen Schnittstellen in einer einzigen Datei.

Zu den unterstützten Schnittstellen zählen:

All diese verschiedenen Datentypen können von einem Dewesoft-DAQ-System in unzähligen Kombinationen erfasst werden. und zwar simultan und voll synchronisiert, obwohl sie mit unterschiedlichen und manchmal sogar mit variierenden Raten eingehen.

Im obigen Beispiel sehen Sie, wie wir Daten im Inneren eines Elektroautos aufzeichnen. Wir messen dabei gleichzeitig Spannungssignale des Motors und der Mikrofone im Zeitbereich, führen Phasen- und Energieberechnungen durch und zeigen diese numerisch und in einem Vektorskop an. 

Außerdem werden mit einer Armaturenbrett-Kamera Echtzeit-Videos aufgezeichnet und GPS-Geschwindigkeits- und Positionsdaten erfasst und angezeigt. Normalerweise wären dafür mindestens drei verschiedene Instrumente erforderlich, dank Dewesoft reicht aber ein einziges Datenerfassungssystem aus.

Die DewesoftX-Datenerfassungssoftware

Als DewesoftX im Jahr 2000 auf den Markt kam, war der technische Stand der Datenerfassungssoftware noch weit vom heutigen entfernt. Messtechniker hatten nur die Wahl zwischen zwei Arten von Software, nämlich

• proprietärer, unveränderlicher Software, die lediglich die Hardware des Herstellers steuerte, und

• vollständig benutzerdefinierter Software, die von den Technikern selbst oder von einem Auftragnehmer geschrieben wurde, um ganz bestimmte Aufgaben zu erfüllen.

Datenlogger und DAQ-Systeme waren in den 1990er-Jahren Allzweckinstrumente. Sie boten nur ein paar Arten von Analogeingängen und vielleicht ein paar diskrete digitale Eingangsleitungen. Die Software musste nicht viel mehr leisten, als die Konfiguration der Signalkonditionierungsschaltungen zu ermöglichen, analoge Wellenformen in digitale umzuwandeln und dann Daten zu sammeln. Ihre andere Aufgabe bestand in der Aufzeichnung der Daten auf einem internen Speichermedium, in der Regel einer rotierenden Festplatte, und in der Anzeige der Daten auf einem Bildschirm.

Die Datenerfassungssoftware war so elementar, dass sie oft nicht in der Lage war, spezielle Funktionen, wie z. B. eine Modalanalyse, eine Schalldruckprüfung, einen Fahrzeugbremsentest oder eine Leistungsprüfung normgerecht auszuführen. Zudem fehlten diesen proprietären Softwarepaketen flexible Berichterstellungs- oder Nachanalysefunktionen.

Diese Einschränkungen führten dazu, dass sich viele Techniker Entwicklungsplattformen wie LabVIEW® von NI zuwandten. Labview ist eine Programmierumgebung für Datenerfassungs- und Steuerungszwecke. Mit ihr war man endlich in der Lage, eine breite Palette an benutzerdefinierten Online- und Offline-Funktionen nach eigenen Wünschen zu erstellen. 

Der Nachteil war, dass man diese benutzerdefinierten Systeme selbst programmieren (oder einen LabVIEW-Programmierer beauftragen) und anschließend rigoros testen musste. Hinzu kam ein nicht enden wollender Wartungsaufwand. Viele Techniker kamen zu dem Schluss, dass sie praktisch selbst zu Programmierern werden mussten, wenn diese benutzerspezifischen Lösungen funktionieren sollten. Oder es mussten einer oder mehrere Vollzeit-LabVIEW-Experten eingestellt werden, um das System zu programmieren und dann am Laufen zu halten.

In den späten 1990er-Jahren bestand ein klarer Bedarf an einer DAQ-Softwareplattform, die die Vorteile einer schlüsselfertigen Lösung mit der Flexibilität, Skalierbarkeit und Leistungsfähigkeit einer benutzerdefinierten Lösung verband, ohne Testingenieuren einen großen Programmieraufwand und hohe Wartungskosten aufzubürden.

Erweiterung des Datenerfassungssystems über analoge Signale hinaus

Das Herzstück der meisten Datenerfassungssysteme war die Aufzeichnung eines physikalischen Phänomens, wie z. B. Spannung. Es gab aber zusätzliche Schnittstellen, die von Prüftechnikern immer häufiger nachgefragt wurden. 

Fahrzeugtechniker etwa mussten CAN-Bus-Daten aufzeichnen und – wie auch Luft- und Raumfahrttechniker – Positionsdaten von GPS-Satelliten erfassen und zur Zeitsynchronisation verwenden. Und wäre es nicht schön, wenn man eine Videokamera anschließen könnte, um Testabläufe aufzuzeichnen?

Aber die verfügbaren DAQ-Systeme boten keine solchen Möglichkeiten. So gab es damals nur die Option, eine benutzerspezifische Lösung zu entwickeln, die hunderte oder tausende Stunden an Programmierarbeit und anschließend einen nie endenden Wartungsaufwand erforderte.

Die erste kommerzielle Version der Datenerfassungssoftware DewesoftX sollte die Lücke zwischen funktionell sehr begrenzten schlüsselfertigen Softwarelösungen und offenen Entwicklungssystemen wie LabVIEW schließen. DewesoftX stellte den größten einzelnen Durchbruch im Bereich der Datenerfassungssoftware seit LabVIEW selbst dar, und ist es bis heute geblieben.

DewesoftX ermöglichte es Anwendern, mithilfe integrierter grafischer Widgets und frei definierbarer Bildschirme eigene Anzeigen zu erstellen. Schon in der Anfangszeit unterstützte es unter anderem mehrere Drittanbieter-CAN-Bus-Schnittstellen sowie DirectX-Kameras, Mikrofone und GPS-Sensoren. Mit der Software revolutionierte Dewesoft die Welt der Datenerfassung.

Eine der wesentlichen Innovationen von Dewesoft war die Synchronisierung aller aus verschiedenen Quellen und mit unterschiedlichen Abtastraten erfassten Daten. Die Software-Ingenieure leisteten sehr harte Arbeit, bis sie diese Herausforderung bewältigt hatten. 

CAN-Bus-Nachrichten werden zum Beispiel asynchron zueinander übermittelt, und Webcams liefern Bilder nicht nach einem festen Takt, sondern wenn sie es können. Auch müssen die Standard-Digitaleingänge von Datenerfassungssystemen mit einer im Vergleich zur analogen Abtastrate wesentlich höheren Rate abgetastet werden. Trotzdem verwendeten andere Hersteller die analoge Abtastrate als Haupttakt und büßten dabei einen wertvollen Teil der Zeitachsenauflösung ein, da sich die digitalen Werte der niedrigeren Rate anpassen mussten.

Die Dewesoft-Ingenieure entwickelten eine Methode zur Zeitstempelung aller Daten nach Vorgabe eines Hardware-Master-Taktgebers mit mehr als 100 MHz, und zwar unabhängig von der Eingangsgeschwindigkeit der Daten. So wurden alle Daten exakt miteinander synchronisiert. Wenn eine Webcam Bilder mit einer inkonsistenten Rate produzierte, spielte das keine Rolle mehr: Jedes Bild wurde mit einem Zeitstempel versehen, der angab, wann es tatsächlich empfangen wurde, so dass die Synchronisation mit allen anderen Daten gewährleistet war.

Außerdem konnte diese „Hauptuhr“ unabhängig laufen oder mit einer präzisen externen Zeitquelle wie einem PPS- (Puls pro Sekunde) und einem Zeit-/Datumssignal von GPS-Satelliten oder der IRIG-Zeit gekoppelt werden.

Inzwischen ist die DewesoftX-Software (jetzt in der Version DewesoftX 2020) sogar noch leistungsfähiger. Sie unterstützt eine schier endlose Liste von Schnittstellen in der Automobilbranche, Luft- und Raumfahrt und Industrie. Außerdem ist sie mit einer breiten Anwendungspalette für sehr spezifische Prüfprotokolle ausgestattet, darunter:

Was die externe Zeitsynchronisation angeht, ist die neueste Entwicklung die für die SIRIUS-XHS-Systeme verfügbare PTP-Synchronisation, die sich durch extreme Präzision und Genauigkeit auszeichnet.

Die Datenerfassungssoftware DewesoftX 2020 unterstützt das schnelle Streaming von Daten an einen internen oder externen Host-Computer. Die neueste DAQ-Hardware, SIRIUS XHS, kann auf 8 Kanälen kontinuierlich mit 15 MS/s pro Kanal über USB 3.0 an den Host streamen.

Dewesoft ist auch in der Lage, in zahlreichen Industrie-, Automobil- und Luftfahrtanwendungen Echtzeitdaten mit einer niedrigeren Abtastrate an EtherCAT-Master zu übertragen. So werden die Welten der Hochgeschwindigkeits-Messung und der vollständig deterministischen Steuerungssysteme zusammengebracht. Messtechniker bekommen das Beste beider Systemen in einem einzigen, bei reduzierten Kosten und höherer Datenintegrität.

Dewesoft führte bereits in den ersten Jahren mathematische Funktionen ein, die im Laufe der Zeit immer zahlreicher und leistungsfähiger geworden sind. So steht inzwischen nicht nur eine breite Palette an integrierten mathematischen Funktionen zur Verfügung, sondern auch eine frei konfigurierbare Mathematikkanal-Engine, die es Messtechnikern erlaubt, Tausende von Funktionen ohne jegliche Programmierung zu erstellen. 

Darüber hinaus können mathematische Funktionen sowohl in Echtzeit (während der Erfassung) als auch offline ausgeführt werden. Die Techniker können Daten erfassen und diese dann neu laden, um die gewünschten mathematischen Funktionen, einschließlich Filterung, auf sie anzuwenden.  Mathematikfunktionen, die in Echtzeit ausgeführt wurden, können nach der Aufzeichnung editiert und neu verarbeitet werden.

Die robuste API-Schnittstelle ermöglicht auch die Entwicklung benutzerdefinierter Plugins, die dann vollständig in die Software integriert werden können.

DewesoftX wurde mit Programmiersprachen wie Delphi und C++ entwickelt. Benutzer benötigen aber keinerlei Programmierkenntnisse, um die umfangreichen Funktionspalette zu nutzen. Es gibt einen integrierten Sequencer, mit dem sich viele Funktionen automatisieren lassen, sowie benutzerdefinierbare mathematische Funktionen. Das alles geschieht auf höchstem Niveau, was die Effizienz verbessert und es den viel beschäftigten Messtechnikern erlaubt, sich auf ihre wichtige Arbeit zu konzentrieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass DewesoftX sich von einer revolutionären Idee im Jahr 2000 zur leistungsfähigsten und flexibelsten Datenerfassungssoftware der Welt entwickelt hat.

Erfahren Sie mehr:

• Dewesoft Entwickler-Portal

Sofortige Überprüfung riesiger Datensätze

Die DAQ-Software DewesoftX hat eine leistungsstarke Aufzeichnungsfunktion, die Daten mit mehr als 500 MB/s schreiben kann. Bei einer schnellen Abtastung über längere Zeiträume hinweg entstehen große Datendateien. Das Laden dieser Dateien zur Überprüfung und Analyse auf herkömmliche Weise ist aufgrund des begrenzten Arbeitsspeichers des Rechners nicht möglich. Dewesoft hat aber ein patentiertes Dateispeicher- und -abfragesystem entwickelt, das es erlaubt, selbst Multi-Gigabyte-Dateien in Sekundenschnelle zu öffnen.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass DewesoftX in der Lage ist, synchrone und asynchrone analoge und digitale Daten, Vektordaten und Matrixkanaldaten in ein und derselben Datei aufzuzeichnen.

Die innovative Dateistruktur ermöglicht es Dewesoft-Systemen, die Kanal- und die Anzeigekonfiguration, alle Vorgänge sowie schnelle analoge und langsame asynchrone Daten aus verschiedenen Quellen in eine einzige Datei zu schreiben und diese dann in wenigen Sekunden neu zu laden.

Lassen Sie uns als Beispiel eine 1-GB-Datendatei in DewesoftX aufzeichnen:

Unmittelbar nachdem eine Datei gespeichert wurde, können Ingenieure in den Analysemodus wechseln und die Datei öffnen. In unserem Beispiel dauerte das weniger als eine Zehntelsekunde:

Dateien werden innerhalb von Sekunden geöffnet, egal wie groß sie sind. Dies ist möglich, weil DewesoftX nicht jeden einzelnen Datenpunkt in den Arbeitsspeicher lädt. Es wird eine Darstellung der gesamten Datei angezeigt, und Sie können die Cursor auf der Zeitachse verwenden, um in einen beliebigen Teil hineinzuzoomen. Die Cursor sind die weißen vertikalen Linien, die oben mit „I“ oder „II“ gekennzeichnet sind.

Wenn Sie zwischen den Cursor klicken, zoomt der Bildschirm in den von ihnen eingegrenzten Bereich.

In diesem Fall sind die Wellenformen sehr dicht, und es wird noch immer eine so große Menge an Daten dargestellt, dass die Wellenformen selbst nicht zu erkennen sind. Wir können aber weiter hineinzoomen, indem wir die beiden Cursor zunächst per Klick an eine gewünschte Stelle innerhalb der Datei bewegen und dann erneut in den Bereich zwischen ihnen klicken. Mit der rechten Maustaste kann Schritt für Schritt wieder herausgezoomt werden.

Lassen Sie uns nun aber so weit hineinzoomen, dass die Wellenformen erkennbar werden:

Die Software zieht sich sofort den gewünschten Bereich aus der Datendatei. Sie können so lange hinein- oder herauszoomen, bis Sie die gewünschte Auflösung gefunden haben. Dabei geht es umso schneller, je weiter Sie hineinzoomen, da weniger Datenpunkte abgerufen werden.

Nun können Sie die Cursor verwenden, um Messungen vorzunehmen, und den gewünschten Bereich ausdrucken oder in ein anderes Dateiformat exportieren. Sie können aber auch ganz herauszoomen und die gesamte Datendatei exportieren, wenn Sie dies wünschen.

Zudem haben Sie die Möglichkeit, die Daten durch Klicken auf die Schaltfläche PLAY in der Taskleiste genau so wiedergeben, wie sie zum Zeitpunkt der Aufzeichnung und Speicherung aussahen. Dabei können Sie die Abspielgeschwindigkeit erhöhen oder verringern und die Aufnahme sogar rückwärts laufen lassen.

Unabhängig davon, wie stark Sie hinein- oder herauszoomen, wird oberhalb der Wellenformen immer die gesamte Datei in Balkenform angezeigt. Sie können einen beliebigen Kanal auswählen. Der hervorgehobene Teil des Anzeigebalkens zeigt die Breite des Zoomfensters und die Position innerhalb der Datei an. Im Beispiel unten sehen Sie also, dass wir momentan nur einen kleinen Teil der gesamten Datei betrachten:

Der Referenzkanal im oberen Balken ist an den Enden mit der Uhrzeit und dem Datum des Beginns bzw. Endes markiert:

Am linken und rechten Ende des obigen Referenzkanalbalkens ist zu erkennen, dass die Datenspeicherung um 11:10:33 Uhr begann und um 11:10:43 Uhr, also 10 Sekunden später, beendet wurde.

Die Zeitpunkte der jeweiligen Cursorposition (Start- und Endzeit des gezoomten Bereichs) werden an den unteren Enden der Zoom-Cursor angezeigt.

Die patentierte Dateispeicher- und -abfragesoftware von DewesoftX erlaubt es Messtechnikern, mehr Zeit mit der Aufzeichnung und Analyse und weniger Zeit mit dem Warten auf das wiederholte Laden großer Dateien zu verbringen. Da die Dateien immer größer werden und immer mehr verschiedene Datentypen enthalten (CAN-Bus-Daten, EtherCAT-Daten, Telemetriedaten, Videodaten usw.), wird dies von Tag zu Tag wichtiger.

Robuste KRYPTON®-Datenerfassungsmodule für Tests in rauen Umgebungen

Datenerfassungssysteme sind meist für den Labor- oder leichten Feldeinsatz konzipiert. Dewesoft jedoch hat die KRYPTON-Serie speziell für die rauesten Umgebungen entwickelt, in denen Messungen durchgeführt werden können. 

So führen etwa Pkw- und Lkw-Hersteller an extrem kalten Orten (z. B. in Schweden oder Kanada) oder in Kältekammern, in denen Temperaturen von -40 °C erreicht werden, Kältetests und an extrem heißen Orten (z. B. in Arizona), wo die Umgebungstemperatur bis zu 48 °C erreichen kann, Hitzetests mit ihren Fahrzeugen durch.

Es gibt Situationen, in denen Datenerfassungssysteme Stößen und Vibrationen in einem Maß ausgesetzt werden, das normale elektronische Geräte innerhalb weniger Minuten beschädigen oder zerstören würden. Dazu gehören Aufpralltests aller Art, Fahrzeug-Crashtests, Raketenstarts, ballistische Tests, Explosionstests und viele mehr. 

Darüber hinaus sind normale Geräte nicht spezifisch gegen Flüssigkeiten, Staub und andere Partikel abgedichtet. Werden sie beispielsweise mit Wasser besprüht oder in Wasser getaucht, führt dies zu einem Kurzschluss und es besteht Stromschlaggefahr.

Aber es geht nicht nur um Wasser; auch durch Nebel, Sand, eine hohe Luftfeuchtigkeit, salzhaltige Luft oder andere Flüssigkeiten, wie Öle, können Betriebsumgebungen entstehen, der normale elektronische Geräte einfach nicht gewachsen sind.

Schauen wir uns einmal an, wie KRYPTON solche extremen Bedingungen bewältigt.

Umfangreicher Betriebstemperaturbereich

KRYPTON-Systeme kommen bei Tests bei extremen Temperaturen – und zwar sowohl hohen als auch niedrigen – zum Einsatz: -40 °C bis +85 °C.

Für Testingenieure ist es ein wichtiger Vorteil, über ein einzelnes Gerät zu verfügen, das für den Einsatz im Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C geeignet ist, da sich die Größe, die Komplexität und die Kosten des Prüfsystems verringern.

Wasser- und staubdicht gemäß IP67

Die IP-Schutzart zeigt durch zwei Kennziffern an, welchen Schutzumfang des Systemgehäuse gegen Berûhrung bzw. Fremdkörper (erste Ziffer) und gegen Flüssigkeiten (zweite Ziffer) bietet. In unserem Fall bedeutet

• IP6x, dass KRYPTON vollständig staubdicht ist, und

• IPx7, dass KRYPTON für etwa 30 Minuten in bis zu 1 Meter tiefes Wasser getaucht werden kann. Neben dem Eintauchen sind auch Spritz- und Strahlwasser eingeschlossen. 

Hohe Stoß- und Vibrationsbeständigkeit

KRYPTON-Module sind dafür ausgelegt, selbst während des Betriebs (und der Lagerung!) starken Stößen und Schwingungen standzuhalten. Sie wurden getestet auf:

• Schockfestigkeit: SIST EN 60068-2-27:2009 (100 g, 6 ms) 

• Vibrationsbeständigkeit (zufällige Schwingungen): (13 g eff)

EtherCAT-Kabel für raue Umgebungen

Wenn die Datenerfassungshardware wasser- und staubdicht ist und Temperaturen von -40 °C standhält, muss die Verkabelung natürlich ebenfalls für solche extremen Umgebungsbedingungen geeignet sein. Andernfalls würde das System allein aufgrund der Kabel ausfallen.

Aus diesem Grund hat Dewesoft für die Verbindung der robusten KRYPTON-Datenerfassungsmodule spezielle EtherCAT-Kabel entwickelt. Im folgenden Video zeigen wir, wie diese Kabel ihre Flexibilität selbst dann behalten, wenn sie bei -40 °C eingefroren werden.

Die KRYPTON-Serie wurde von Grund auf so konzipiert, dass sie auch extreme Stoß-, Vibrations-, Temperatur- und Umgebungsbedingungen übersteht und weiter funktioniert. KRYPTON bietet Schutzart IP67 gegen Flüssigkeiten, Rauch und Staub und kann in einem extremen Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C betrieben werden. Hinzu kommt eine Schockfestigkeit bis 100 g.

IOLITE®-Instrumente für integrierte Datenerfassung und Steuerung

Bis vor kurzem gab es nur entweder Echtzeit-Steuerungs- oder Datenerfassungssysteme:

• Echtzeit-Steuerungssysteme wurden entwickelt, um auf Ereignisse so schnell wie möglich und mit hochdeterministischen Daten zu reagieren. Die Datenaufzeichnung war dabei zweitrangig. 

• Datenerfassungssysteme sind darauf ausgelegt, Daten so schnell wie möglich zu erfassen. Die Bereitstellung von Echtzeitdaten für ein Steuersystem war weitgehend oder komplett unmöglich.

Das Datenerfassungs- und Steuerungssystem IOLITE von Dewesoft ist ein bahnbrechender Fortschritt bei der Verbindung von Steuerungs- und DAQ-Systemen. IOLITE ist mit zwei parallel laufenden EtherCAT-Bussen ausgestattet. Der Primärbus wird für die gepufferte High-Speed-Datenerfassung auf der Festplatte eines PC verwendet, während der Sekundärbus der Echtzeit-Datenübertragung mit niedriger Latenz an ein EtherCAT-basiertes Fremdsteuerungssystem dient.

IOLITE verbindet nicht nur die Welten der Hochgeschwindigkeits-Datenerfassung und der Übertragung von Daten mit niedriger Latenz an eine SPS miteinander, sondern leistet noch viel mehr. Während sich die meisten Datenerfassungssysteme auf die Verarbeitung diverser analoger Eingangssignale beschränken, verfügt IOLITE auch über mehrkanalige digitale Ausgänge, die es in die Lage versetzen, Aktuatoren direkt anzusteuern.

Mit diesen digitalen Ausgängen kann IOLITE den Einsatz einer SPS-Hardware überflüssig machen, da sie es ermöglichen, einen EtherCAT-Master softwarebasiert auf einem PC zu implementieren, der in der Lage ist, die IOLITE-Ausgänge vollständig zu steuern. 

Da zwischen der SPS und dem Datenerfassungsgerät nur eine einzige EtherCAT-Leitung erforderlich ist, wird der Verkabelungsaufwand erheblich reduziert und eine redundante Analog-Digital-Wandlung der gleichen Signale vermieden. Zudem werden die Welten von Steuerung und Datenerfassung in einem einzigen eleganten System vereint.

Phase-3-Integration bedeutet, dass das Datenerfassungssystem deterministisch mit dem Echtzeit-Steuerungssystem integriert ist. Tatsächlich muss es Teil des Netzwerks werden, nicht einfach ein asynchrones Peripheriegerät bleiben. Geräte, die EtherCAT verwenden, lassen sich in die Gruppen Steuerung und Messung einteilen: Steuerungsgeräte wie SPSen sind Master im EtherCAT-Netzwerk, während Messgeräte wie Datenerfassungssysteme Slaves sind.

Durch die Installation eines EtherCAT-Slave-Ports in den Datenerfassungssystemen von Dewesoft werden die Beschränkungen der Phase-1- und Phase-2-Integrationen aufgehoben und das DAQ-System wird direkt in das Echtzeit-Steuerungssystem eingebunden:

IOLITE ist eine Phase-3-Implementierung, da das DAQ-System als echter Slave-Knoten im EtherCAT-Netzwerk fungiert, der zeitgestempelte (deterministische) Daten in Richtung des Hosts sendet. Es gibt keine redundante A/D-Wandlung oder nicht-deterministischen Ethernet-Daten mehr.

Endlich steht damit ein einzelnes Gerät zur Verfügung, dass die Welten der Messdatenerfassung und der Echtzeitsteuerung in sich vereint.