Was ist TEDS Sensortechnologie gemäß IEEE 1451.4?

Was ist TEDS?

„TEDS“ ist ein Akronym für Transducer Electronic Data Sheet (Elektronisches Sensordatenblatt). Es ist ein standardisiertes Verfahren zur Speicherung von Schlüsselinformationen über Transducer (Sensoren und Aktoren). 

TEDS ermöglicht es Sensoren, tatsächlich per Plug-and-Play zu funktionieren, indem es die Notwendigkeit manueller Eingaben während der Konfiguration teilweise oder vollständig überflüssig macht und gewährleistet, dass alle vorgenommenen Einstellungen korrekt sind. Mit TEDS ausgestattete Sensoren werden mitunter auch als „intelligente Sensoren“ bezeichnet.

Stellen Sie sich einen winzigen nichtflüchtigen EEPROM vor, der im Sensor selbst installiert ist und zum Beispiel die folgenden Informationen enthält:

• Sensortyp

• Seriennummer

• Modellbezeichnung

• Kalibrierdatum

• Name des Herstellers

Diese Informationen können vom Messsystem ausgelesen werden, wenn der Sensor angeschlossen wird, und so seine Konfiguration vereinfachen. Mehr dazu finden Sie im nächsten Abschnitt.

Das TEDS wurde vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) als Teil ihres „Intelligente Sensorik“-Standards für Sensoren und Aktoren entwickelt. Dieser allgemein als IEEE 1451 bezeichnete Standard definiert das digitale Kommunikationsprotokoll für das Lesen und Schreiben von Daten auf Sensoren. Ausführliche Informationen zum TEDS finden Sie in der unter IEEE Std 1451.4 (2004)™ verlinkten Übersicht.

Da es sich um einen offenen Standard handelt, sollten TEDS-Sensoren unabhängig vom Hersteller plattformübergreifend und austauschbar sein. Ausführliche technische Informationen sind beim IEEE unter P1451.4 - Standard for A Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators-Mixed-Mode Communication Protocols and Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) Formats erhält1lich.

Klassen von TEDS-Sensoren

Es gibt zwei Klassen von TEDS-Sensoren nach IEEE 1451.4:

• Sensoren der Klasse 1 verwenden dieselben Leitungen für die analogen Signale und die digitale TEDS-Kommunikation. Es gibt keine Interferenzen, da während der Messung kein Zugriff auf das TEDS stattfindet, wenn der Sensorausgang zum Lesen der digitalen Daten aus dem TEDS-EEPROM vorübergehend in Sperrrichtung vorgespannt wird.

• Sensoren der Klasse 2 verwenden getrennte Leitungen für das Analogsignal und die digitale TEDS-Kommunikation. Dies ist üblich, wenn ein TEDS-Chip nachträglich zu einem Sensor hinzugefügt wurde.

Die Flexibilität von TEDS zeigt sich in der Unterstützung von Mixed-Mode Kommunikationsprotokollen wie bei den oben genannten Klassen 1 und 2. DAQ Systeme von Dewesoft können beide Klassen von TEDS-Sensoren lesen.

Schauen Sie sich die modernen digitalen Dewesoft-Datenerfassungssysteme mit vollständiger TEDS-Kompatibilität an

Was wird mit TEDS bezweckt?

Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Testingenieur und konfigurieren einen Modaltest, für den Sie 100 Beschleunigungssensoren an ein Messsystem anschließen müssen. Nach Herstellung der physischen Verbindungen müssen Sie die Software des Datenerfassungssystems ausführen und jeden Sensor einzeln konfigurieren, die richtige Verstärkung auswählen, die technischen Einheiten eingeben, die passenden Skalierungs- und eventuell Offset-Faktoren anwenden, die einzelnen Kanäle benennen usw.

Imagine that you are a test engineer and you are setting up a modal test. You have to connect 100 accelerometers to a measuring system. After the physical connections are made you must run the DAQ system’s software and set up each sensor individually, selecting the correct gain, entering the engineering units, applying the proper scaling and perhaps offset factors, naming each channel, and more. 

Dies erfordert Stunden mühsamer Recherche zwischen den Datenblättern der einzelnen Sensoren und der Software des DAQ-Systems. Manchmal bedarf es sogar der Verfolgung von Signalkabeln zwischen Sensor und Messsystem, um sicherzustellen, dass sie nicht vertauscht wurden. Diese Form von manueller Arbeit und Dateneingabe ist zeitaufwendig (und damit kostenintensiv). Zudem auch fehleranfällig.

Nun stellen Sie sich ein ganz anderes Szenario vor: Sie schließen die benötigten Beschleunigungsmesser an. Die Software des DAQ Systems kommuniziert automatisch mit den einzelnen Sensoren und liest die TEDS-Informationen aus. Sie gleicht die Sensoren mit einer integrierten Sensordatenbank ab und konfiguriert dann vollautomatisch die entsprechenden Kanäle, wobei sie die Skalierung, die technischen Einheiten, die Verstärkung für den Messverstärker und andere Einstellungen sofort passend wählt. Eine Arbeit, die ohne die TEDS-Technologie Stunden in Anspruch genommen hätte, wird so plötzlich auf Minuten reduziert.

Die Einsparung von Zeit und Kosten und die Vermeidung menschlicher Fehler sind die Hauptzwecke von TEDS. Darüber hinaus hilft es, die Erfüllung der Kalibrierungsanforderungen nach ISO 9001 und QS 9000 zu gewährleisten.

Beeinträchtigt TEDS die Sensorleistung?

Ein TEDS-Chip wirkt sich nicht negativ auf die Sensorleistung aus. Die Chips selbst sind winzig und fügen nur eine sehr geringe Masse zum Sensor hinzu. Dadurch kann der Chip bei Beschleunigungsmessern, bei denen die Sensormasse ein wichtiger Aspekt ist, oder bei zu kleinen Sensoren in den Stecker integriert werden kann.

Wie bereits erwähnt, wird bei TEDS-Sensoren der Klasse 1 über die gleiche Signalleitung, die der Sensor zur Ausgabe seiner Daten verwendet, auch die TEDS-Information übertragen. Auch hier gibt es keine Interferenzen mit den Signalen, da die Messverstärker des DAQ Systems den TEDS-Chip nur dann lesen, wenn der Sensor gerade nicht zur Datenmessung verwendet wird. Ein Beispiel dafür ist die Zeit der Systemkonfiguration, bei der kurzzeitig eine Sperrvorspannung eingesetzt wird, um den Chip zu lesen (oder auf ihm zu schreiben).

Welche Parameter können in einem TEDS-Chip gespeichert werden?

Der TEDS-Standard definiert mehrere Bereiche für die Speicherung von Daten auf dem Chip und zahlreiche Vorlagen (oder Templates), die für verschiedene Sensortypen und zur Kalibrierdaten verwendet werden.

Die vier Hauptbereiche für TEDS-Daten:

1. Basic TEDS (64 Bits)

2. Standardvorlagen (25–39 und 43)

3. Kalibriervorlagen (40–42)

4. Anwender TEDS

Schauen wir uns nun jeden dieser vier Bereiche an:

Auf diese TEDS-Basisdaten folgt eine Referenz-ID für die passende Standard-Sensorvorlage. Diese Vorlagen sind von 25 bis 39 (und 43) durchnummeriert:

Sie fragen sich vielleicht, wie solche Sensorvorlagen aussehen, also schauen wir uns einmal eine der kleineren an:

Dann haben wir eine Referenz-ID zu einer von drei Standard-Kalibriervorlagen, die von 40 bis 42 nummeriert sind.

Schließlich gibt es noch einen Anwenderbereich, in dem der Anwender oder das DAQ System zusätzliche Daten hinzufügen können. Dewesoft nutzt die gebotenen Möglichkeiten in vollem Umfang, auch in Form einer eigenen TEDS-Sensordatenbank, wie wir weiter unten noch erläutern werden.

Welche Sensoren können mit TEDS ausgestattet werden?

Jeder Sensor kann mit TEDS ausgestattet werden. Nun wenden Sie vielleicht ein, dass es Sensoren gibt, die so klein sind, dass kein EEPROM hineinpasst, und da haben Sie natürlich recht. Zudem gibt es Sensoren (wie z. B. sehr kleine Beschleunigungsmesser), deren Leistung durch die zusätzliche Masse eines EEPROMs negativ beeinflusst würde, und solche, die für den Einsatz unter extremen Umgebungsbedingungen ausgelegt sind, denen der EEPROM nicht standhalten könnte.

Das alles stimmt, allerdings kann der EEPROM alternativ im Stecker (oder manchmal auch im Kabel) installiert werden, der an das Messsystem angeschlossen wird. So ist es möglich, selbst den kleinsten Beschleunigungssensor für TEDS anzupassen, da der EEPROM nicht im Sensor selbst, sondern im Steckverbinder untergebracht wird, wo er den Sensor nicht beeinflussen kann und vor rauen Umgebungsbedingungen geschützt ist.

Andererseits gibt es aber auch Fälle, in denen das Hinzufügen eines TEDS möglicherweise nicht sinnvoll ist. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie verwenden in Ihren Tests nur ein einziges handelsübliches Thermoelement. Ist es dann die Zeit und die Mühe wert, es mit TEDS auszustatten? Vielleicht nicht wirklich. 

Das Schöne an der TEDS-Technologie ist, dass Sie sie so anwenden können, wie es für Sie und Ihre Testumgebung sinnvoll ist. Sie können die von Ihnen bevorzugten TEDS- und Nicht-TEDS-Sensoren in Ihrem System beliebig kombinieren.

Welche Sensoren sind üblicherweise mit TEDS ausgestattet?

• Beschleunigungssensoren

• Mikrofone

• Drucksensoren

• Kraftsensoren

• Wägezellen

• Drehmomentsensoren

• MEMS-Sensoren verschiedener Art

Sie sollten jedoch zur Kenntnis nehmen, dass prinzipiell jeder Sensor mit TEDS ausgestattet werden kann. Die oben genannten sind es jedoch am häufigsten.

Wie funktioniert TEDS in Dewesoft-Datenerfassungssystemen?

Die TEDS-Schnittstelle ist in der DAQ Software DewesoftX standardmäßig aktiviert, da auch die DSI Adapter (Dewesoft Smart Interface) von Dewesoft mit TEDS-Chips ausgestattet sind.

Wenn ein TEDS-Sensor an Ihr Dewesoft Datenerfassungssystem angeschlossen wird, können Sie den Kanalkonfigurationsbildschirm öffnen und die Kalibrierdaten des Sensors, die Skalierung, die Seriennummer usw. einsehen.

Dies wäre in jedem DAQ-System bereits eine große Hilfe, da Sie nicht mehr auf Papierdokumente zurückgreifen müssen und die damit verbundene Gefahr, Sensoren zu verwechseln, vermieden wird. In Dewesoft-Systemen ist es jedoch nur einer von vielen Vorteilen, denn unsere Software Dewesoft X umfasst eine TEDS-Sensordatenbank, die automatisch Daten aller TEDS-Sensoren einpflegt, die Sie an das System anschließen!

Erweiterung von TEDS durch Speicherung von DAQ-Messverstärker-Einstellungen

Die Datenerfassungssoftware DewesoftX gleicht vorhandene Sensoren anhand ihrer eindeutigen Kennungen mit einer ständig aktualisierten Sensordatenbank ab. Darüber hinaus kann genau festgelegt werden, wie die Hardware des Dewesoft-Messverstärkers konfiguriert werden soll, wenn ein bestimmter Sensor mit ihr verbunden wird. 

Die TEDS-Implementierung bei Dewesoft geht über das einfache Identifizieren des Signals und Anwenden der korrekten Skalierung hinaus – sie ermöglicht es tatsächlich, die Datenerfassung Hardware jedes Mal, wenn Sie den Sensor anschließen, automatisch Ihren Einstellungen entsprechend zu konfigurieren.

In dieser Konstellation gibt es zwei Elemente – den Sensor und den Messverstärker –, die nicht nur hinsichtlich ihrer Funktion, sondern auch ihrer Konfiguration, aufeinander abgestimmt werden müssen. Die Verstärkungseinstellungen des Messverstärkers müssen schließlich dem Ausgangspegel des Sensors entsprechen, nicht wahr? Und das ist nur einer der Parameter. Insofern ist die TEDS-Technologie selbst nur die halbe Miete.

Der größte Vorteil der Art und Weise, in der die Dewesoft-Messsysteme TEDS nutzen, besteht darin, dass zusätzlich zu den Sensordaten auch alle Verstärkereinstellungen (Bereich, Art des Eingangssignals, Filter, Anregungsspannung usw.) gespeichert werden.

Andere Hersteller haben dies versucht, indem sie proprietäre Vorlagen erstellt haben. Dewesoft macht sich die Tatsache zunutze, dass mehrere Vorlagen auf denselben Chip geschrieben werden können, und schreibt zunächst die Standardvorlage auf den Chip, wodurch die Sensoren mit jedem anderen Datenerfassungssystem kompatibel bleiben. Dann werden eine oder mehrere zusätzliche Vorlagen hinzugefügt, die es ermöglichen, alle relevanten Messverstärker-Einstellungen zu schreiben und von Dewesoft-Systemen abrufen zu lassen.

Die verschiedenen Vorlagen können im TEDS-Bereich des Konfigurationsbildschirms von DewesoftX eingesehen werden:

Sie können die Sensordaten editieren, wenn Sie auf das Schlosssymbol in der rechten oberen Ecke des Fensters klicken. Testmanager können auch ein Passwort festlegen, um nur bestimmten Benutzern das Schreiben von TEDS Informationen auf den Chip zu erlauben.

Änderung technischer Einheiten

Sie fragen sich vielleicht, ob Sie mit TEDS auf die vom Sensorhersteller definierten technischen Einheiten festgelegt sind. Zum Beispiel verwenden Sie vielleicht für Beschleunigung lieber [g] statt [m/s2] oder umgekehrt, und amerikanische Ingenieure geben bei Temperaturmessungen möglicherweise Fahrenheit den Vorzug vor Celsius.

Das stellt tatsächlich überhaupt kein Problem dar, denn auch wenn die Software DewesoftX auf den standardisierten SI-Einheiten für Messungen basiert ist, bietet sie die bequeme Möglichkeit, diese über Dropdown-Listen in andere technische Einheiten zu konvertieren. Sie können also, selbst wenn sich Ihr neuer TEDS-Beschleunigungssensor automatisch auf [m/s2] einstellt, stattdessen einfach „g“ auswählen und in die Vorlage schreiben, und der Sensor wird von dem Moment an diese Einheit verwenden. Für jeden Sensor können mehrere Vorlagen definiert werden, und diese können sich – Ihren Anforderungen entsprechend – unterscheiden.

Dewesoft hat den TEDS-Standard vollständig übernommen, jedoch die Möglichkeit hinzugefügt, die Messverstärker-Einstellungen zu speichern, und so die vollständige Automatisierung der Kanalkonfiguration möglich gemacht.

TEDS-Fallstudie

Roberto Basti ist der Leiter des Metrologielabors des Marine Technology Research Institute in Rom (Italien). Er kommentierte seine lange Erfahrung mit TEDS und den DAQ Systemen von Dewesoft (wie SIRIUS und DEWE-43) mit folgenden Worten:

„Unsere Arbeit änderte sich, als wir von der TEDS-Technologie erfuhren. Wir waren es gewohnt, den Außendiensttechnikern Kalibrierdaten für die Durchführung von Messungen bereitzustellen, aber jetzt können wir diese Daten einfach direkt in jedem Sensor speichern. So können sich die Techniker auf die Messung konzentrieren, ohne sich um Kalibrierparameter kümmern zu müssen. Diese Funktion gefällt uns so gut, dass wir den TEDS-Chip in praktisch jedem unserer Sensoren installiert haben.“

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Kann ich meine Nicht-TEDS-Sensoren mit TEDS ausstatten?

In einem Wort: JA. Auf dem Markt sind winzige TEDS-Chips erhältlich, wie zum Beispiel der DS24B33-Chip von Maxim, der über genügend NVRAM verfügt, um neben allen üblichen Sensor- bzw. Transducer Daten auch Verstärkereinstellungen zu speichern. Diese Chips sind in der Regel sehr günstig im Preis. 

Der STG-Messverstärker von Dewesoft verfügt über eine dedizierte TEDS-Eingangsleitung, die direkt mit dem Ausgang des TEDS-Chips verdrahtet werden kann.

Häufig ist es empfehlenswert, den TEDS-Chip im Sensorstecker zu installieren, statt im Sensor selbst. Nehmen Sie zum Beispiel einen Dehnungsmessstreifen – sein flacher, flexibler Träger hat keinen „Innenraum“, ist dafür aber für den Anschluss an den Messverstärker normalerweise mit einem relativ großen DSUB-Stecker ausgestattet, der perfekt zur Installation des winzigen TO-92-Gehäuses mit dem TEDS-Chip geeignet ist.

Der TEDS-Chip kann entweder über die Datenerfassungssoftware DewesoftX oder mit dem kostenlosen TEDS-Editor von Dewesoft mit den Sensordaten programmiert werden.

Die Vorteile von TEDS

• Schnellere Konfiguration und dadurch reduzierte Kosten

• Vermeidet Verdrahtungsfehler

• Verbessert die Datenintegrität durch den Ausschluss von Konfigurationsfehlern aufgrund einer falschen Sensorauswahl oder der Eingabe falscher Kalibrierwerte

• Je mehr Kanäle für einen Test verwendet werden, desto größer ist der Vorteil, den TEDS bietet

• Der Wegfall der mühsamen manuellen Eingabe trägt zur Verbesserung der Arbeitsmoral bei und gewährleistet Fehlerfreiheit

• Verbesserte Wiederholbarkeit von Tests durch Automatisierung

• TEDS ist ein offener Standard

• TEDS-Sensoren können auch in älteren, nicht TEDS-kompatiblen DAQ-Systemen eingesetzt werden

• Ermöglicht die Protokollierung von Kalibrierungen gemäß ISO 9001 und QS 9000

Zusammenfassung

TEDS bietet eine leistungsstarke Funktionalität, die ausgesprochen nützlich ist, wenn mit einer großen Anzahl von Sensoren gearbeitet wird. Der benötigte Chip ist so klein, dass er in Sensoren jeder Art oder in ihre Stecker oder Kabel eingebaut werden kann. TEDS macht die mühsame manuelle Konfiguration von Sensoren und Kanälen überflüssig, spart dadurch Zeit und Geld und reduziert die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler.  

Es handelt sich um einen bewährten, plattformübergreifenden Standard, der von Hunderten von Sensoren und Herstellern von Datenerfassungssystemen unterstützt wird. TEDS ist standardmäßiger Bestandteil der Software DewesoftX, die in der gesamten Dewesoft-Produktlinie verwendet wird.

Schauen Sie sich die modernen digitalen Dewesoft-Datenerfassungssysteme mit vollständiger TEDS-Kompatibilität an