lunes, 22 de mayo de 2023 · 0 min read
¿Qué es la tecnología de sensores TEDS IEEE 1451.4?
En este artículo, analizaremos la tecnología de sensores TEDS según la definición de IEEE-1451. Al final de este artículo podrás:
Vea cómo la tecnología TEDS puede ahorrarle tiempo y dinero y evitar errores de configuración
Obtenga más información sobre cómo funciona la tecnología TEDS
Comprenda los beneficios de usar sensores TEDS con su sistema de adquisición de datos
¿Estas listo para empezar? ¡Vamos!
¿Qué es TEDS?
"TEDS" es un acrónimo que significa hoja de datos electrónicos del transductor (transducer electronic datasheet). Es una forma estandarizada de almacenar información clave sobre transductores, sensores y actuadores.
TEDS permite que los sensores actúen de una manera verdaderamente “plug and play”, eliminando algunas o todas las entradas manuales durante la configuración y asegurando que se apliquen las configuraciones correctas. Es posible que escuche que también se les conoce como "sensores inteligentes".
Imagine una pequeña EEPROM no volátil instalada dentro del propio sensor que contiene información como:
Tipo de Sensor
Número de Serie
Nombre del Modelo
Datos de Calibración
Nombre del Fabricante
El sistema de medición puede leer esta información cuando el sensor está conectado, lo que simplifica la configuración del sensor. Más sobre eso en la siguiente sección.
TEDS fue desarrollado por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) como parte de su estándar de “transductor inteligente” para sensores y actuadores. El estándar define el protocolo de comunicación digital para leer y escribir datos en sensores. Para obtener información detallada, consulte IEEE Std 1451.4 (2004) ™, a veces denominado simplemente IEEE 1451.
Debido a que es un estándar abierto, los dispositivos TEDS deben ser multiplataforma e intercambiables independientemente del fabricante. La información técnica detallada está disponible en IEEE en P1451.4 - Estándar para una interfaz de transductor inteligente para sensores y actuadores - Protocolos de comunicación de modo mixto y formatos de hojas de datos electrónicos de transductores (TEDS).
Clases de dispositivos TEDS
Hay dos clases de dispositivos TEDS IEEE 1451.4:
Los dispositivos de Clase 1 utilizan los mismos cables para las señales analógicas y la comunicación digital TEDS. No hay interferencia porque no se accede a TEDS durante la adquisición cuando la salida del sensor tiene polarización inversa temporal para leer los datos digitales de la EEPROM de TEDS.
Los dispositivos de clase 2 utilizan cables separados para la señal analógica y la comunicación digital TEDS. Esto es común cuando se ha agregado un chip TEDS a un sensor que originalmente no tenía uno.
La flexibilidad de TEDS se demuestra por su soporte de protocolos de comunicación de modo mixto como la Clase 1 y Clase 2 anteriores. Los sistemas DAQ de Dewesoft pueden leer ambas clases de sensores TEDS.
Eche un vistazo a los modernos sistemas de adquisición de datos digitales de Dewesoft con total compatibilidad TEDS
Cuál es el Propósito de los TEDS?
Imagine que es un ingeniero de pruebas y está configurando una prueba modal. Tienes que conectar 100 acelerómetros a un sistema de medición. Una vez realizadas las conexiones físicas, debe ejecutar el software del sistema DAQ y configurar cada sensor individualmente, seleccionar la ganancia correcta, ingresar las unidades de ingeniería, aplicar la escala adecuada y quizás los factores de compensación, nombrar cada canal y más.
Esto llevará horas de minuciosas referencias entre la hoja de datos de cada sensor y el software del sistema DAQ y, a veces, rastrear los cables de señal desde el sensor hasta el sistema DAQ para asegurarse de que no se haya intercambiado ninguno. Este tipo de trabajo manual y entrada de datos es costoso en tiempo (y por lo tanto dinero) y también es propenso a errores.
Ahora imagina un escenario muy diferente. Conecta cada acelerómetro. El software del sistema de adquisición de datos se comunica automáticamente con el sensor y lee la información de TEDS. Hace coincidir ese sensor con una base de datos de sensores incorporada y luego configura el canal de manera completamente automática, aplicando las unidades de ingeniería y escala correctas, la ganancia del acondicionador de señal y otras configuraciones. El trabajo que habría llevado horas sin la tecnología TEDS se reduce repentinamente a minutos.
Ahorrar tiempo, ahorrar dinero y eliminar errores humanos son los propósitos clave de TEDS. También ayuda con los requisitos de calibración ISO 9001 y QS 9000.
TEDS afecta el rendimiento del sensor?
El chip TEDS no tiene ningún efecto adverso en el rendimiento de un sensor. Los chips en sí son pequeños y agregan muy poca masa al sensor, por lo que en el caso de acelerómetros donde la masa del sensor es un factor, o cuando el sensor es demasiado pequeño, el chip se puede integrar en el conector, por lo que no hay problema.
Como se mencionó anteriormente, en los dispositivos TEDS de Clase 1, la misma línea de señal que usa el sensor para generar sus datos también transporta la información TEDS. Pero nuevamente, esto no interfiere con las señales porque el chip TEDS solo es leído por los acondicionadores de señal del sistema DAQ cuando el sensor no se está usando para medir datos, por ejemplo, durante la configuración del sistema, cuando se usa un voltaje de polarización inversa brevemente durante la configuración del sistema. hasta leer (o escribir en) el chip.
¿Qué parámetros se pueden almacenar en un chip TEDS?
El estándar TEDS define múltiples secciones de información que se pueden almacenar en el chip. Además, define numerosas plantillas que se utilizan para varios tipos de sensores y para contener información de calibración.
Los cuatro tipos básicos de información TEDS:
TEDS Básicos (64 bits)
Plantillas estándar (25 a 39, y 43)
Plantillas de Calibración (40-42)
Usuario TEDS
Veamos cada uno de estos cuatro tipos:
| ID de plantilla del sensor | Longitud de Bits | Rango permitido |
|---|---|---|
| ID Fabricante | 14 | 17 a 16,381 |
| Modelo | 15 | 0 a 32,767 |
| Letra de Versión | 5 | A-Z |
| Número de Versión | 6 | 0 to 63 |
| Serie | 24 | 0 - 16,777,215 |
A continuación de esta información básica de TEDS hay una referencia de identificación a la plantilla de sensor estándar adecuada, numerada del 25 al 39 (más 43):
| ID de plantilla del sensor | Tipo de sensor / transductor |
|---|---|
| 25 | Sensores de aceleración y fuerza (IEPE) |
| 26 | Amplificador de carga con acelerómetro |
| 27 | Micrófono con preamplificador integrado (usualmente IEPE) |
| 28 | Preamplificador de micrófono (también puede especificar un micrófono adjunto) |
| 29 | Micrófonos (capacitivos) |
| 30 | Sensores de salida de voltaje de alto nivel (de todo tipo) |
| 31 | Bucle de corriente (4-20 mA o 0-20 mA) sensores (de todo tipo) |
| 32 | Sensores basados en resistencia (para uso de sensores potenciométricos #39) |
| 33 | Sensores de puente (sensores de salida lineal de carga, presión y puente de aceleración) |
| 34 | Transformador diferencial variable rotativo / lineal de CA, Sensores (LVDT/RVDT) |
| 35 | Sensores de galgas extensométricas (lineales o no, factor de medición, etc.) |
| 36 | Termopares (se admiten todos los tipos estándar) |
| 37 | Sensores detectores de temperatura por resistencia (RTD) |
| 38 | Termistores (usando la ecuación de Steinhart-Hart) |
| 39 | Sensores potenciométricos (divisores de voltaje resistivos) |
| 43 | Amplificador de carga (con un transductor de fuerza adjunto) |
Tal vez se esté preguntando cómo se ven estas plantillas de sensores, así que veamos una de las más pequeñas:
| Propiedad | Descripción | Acceso | Bits | Tipo y Rango de datos | Unidades |
|---|---|---|---|---|---|
| TEMPLATE | Template ID | 8 | Integer (value = 36) | - | |
| %ElecSigType | Electrical signal type | ID | - | Assign=0, “Voltage Sensor | - |
| %MinPhysVal | Minimum Temperature | CAL | 11 | ConRes (-273 to 1,770, step 1) | C° |
| %MaxPhysVal | Maximum Temperature | CAL | 11 | ConRes (-273 to 1,770, step 1) | C° |
| %MinElecVal | Minimum Electrical Output | CAL | 7 | ConRes (-25E-3 to 0.1 step 1E-3) | V |
| %MaxElecVal | Maximum Electrical Output | CAL | 7 | ConRes (-25E-3 to 0.1 step 1E-3) | V |
| %MapMeth | Mapping Method | ID | - | Assign=3, “Thermocouple | - |
| %TCType | Thermocouple Type | ID | 4 | B, E, J, K, N, R, S, T, or non-std | - |
| %CJSource | Cold Junction Compensation Required | ID | 1 | CJC required or compensated | - |
| %SensorImped | Thermocouple resistance | ID | 12 | ConRelRes (1 to 319k, ±0.155%) | Ohms |
| %RespTime | Response Time | ID | 6 | ConRelRes (1E-6 to 7.9, ±15%) | seconds |
| %CalDate | Calibration Date | CAL | 16 | DATE | - |
| %CalInitials | Calibration Initials | CAL | 15 | CHRS | - |
| %CalPeriod | Calibration Period | CAL | 12 | UNINT | days |
| %MeasID | Measurement Location ID | USR | 11 | UNINT | - |
Luego tenemos una referencia de ID a una de las tres plantillas de calibración estándar, numeradas del 40 al 42.
| ID de plantilla de sensor | Nombre de la plantilla de calibración | Tipo de Calibración |
|---|---|---|
| 40 | Tabla de calibración | Múltiples pares de datos definen la escala de salida del sensor |
| 41 | Curva de calibración | Una curva de calibración de múltiples segmentos y múltiples polinomios define la escala de salida del sensor |
| 42 | Tabla de respuesta de frecuencia | Un conjunto de pares de datos de amplitud-frecuencia define la función de respuesta de frecuencia del sensor |
Luego, finalmente hay un área de usuario, donde el usuario o el sistema DAQ pueden agregar información adicional. Dewesoft aprovecha al máximo estos y también en su propia base de datos de sensores conectados a TEDS, como explicaremos a continuación.
Qué sensores se pueden equipar con TEDS?
Cada sensor puede equiparse con TEDS. Es posible que esté pensando que hay algunos sensores tan pequeños que la EEPROM no se puede contener dentro de ellos, lo cual es cierto. Además, hay sensores, como acelerómetros muy pequeños, cuyo rendimiento se vería afectado negativamente por la masa adicional de una EEPROM. También hay sensores diseñados para usarse en entornos extremos que la EEPROM no podría soportar.
Todo eso es cierto, pero la EEPROM se puede instalar alternativamente en el conector (o, a veces, en el cable) que se conectará al sistema DAQ. Por lo tanto, incluso el acelerómetro más pequeño se puede adaptar para TEDS, porque la EEPROM no está dentro del sensor, sino dentro del conector donde no puede afectar el sensor y está separada del entorno hostil.
Al mismo tiempo, hay casos en los que agregar TEDS puede no tener sentido. Por ejemplo, está utilizando solo un termopar común en sus pruebas, ¿vale la pena el tiempo y el esfuerzo para agregarle TEDS? Tal vez no.
La belleza de la tecnología TEDS es que puede aplicarla de una manera que tenga sentido para usted y su entorno de prueba. Su sistema puede ser cualquier combinación de sensores TEDS y no TEDS que prefiera.
Qué sensores están equipados con mayor frecuencia con TEDS?
Acelerómetros
Micrófonos
Sensores de presión
Sensores de fuerza
Celdas de carga
Sensores de torque
Sensores MEMS de muchos tipos
Pero es importante tener en cuenta que cualquier sensor puede equiparse con TEDS. Los anteriores son simplemente los más comunes.
Cómo funciona TEDS dentro de los sistemas DAQ Dewesoft?
La interfaz TEDS está habilitada de forma predeterminada dentro del software de adquisición de datos DewesoftX porque los chips TEDS también están instalados dentro de los adaptadores Dewesoft DSI (Dewesoft Smart Interface).
Cuando un sensor TEDS está conectado a su sistema de adquisición de datos Dewesoft, puede abrir la pantalla de configuración del canal y ver la información de calibración del sensor, así como la escala, el número de serie, etc.
Esto ya sería de gran ayuda con cualquier sistema DAQ porque elimina tener que consultar documentos en papel y posiblemente confundir un sensor con otro. Pero esto es solo el comienzo de las ventajas dentro de un sistema Dewesoft porque Dewesoft X tiene una base de datos de sensores TEDS a bordo que automáticamente llena los datos de todos y cada uno de los sensores TEDS que usted conecta al sistema!
Tecnología de sensor inteligente Dewesoft basada en TEDS
Ampliación de TEDS almacenando la configuración del acondicionador de señal DAQ
El software DewesoftX DAQ combina los sensores existentes con sus identificadores únicos dentro de la base de datos de sensores, que mantiene actualizada. Además, puede definir exactamente cómo desea que se configure el hardware del acondicionador de señal Dewesoft cuando cada sensor esté conectado a él.
La implementación de Dewesoft de TEDS va más allá de simplemente identificar la señal y aplicar el escalado correcto; en realidad, permite que el hardware DAQ se configure de acuerdo con sus ajustes, cada vez que conecta el sensor, automáticamente.
Hay dos jugadores en este equipo: el sensor y el acondicionador de señal. Deben coincidir no solo en términos de función, sino también en términos de su configuración. Los ajustes de ganancia del acondicionador de señal deben coincidir con el nivel de salida del sensor, ¿verdad? Y ese es solo un parámetro. Entonces, la tecnología TEDS en sí es solo la mitad de la batalla.
La principal ventaja de cómo los sistemas DAQ de Dewesoft implementan TEDS es que, además de los datos del sensor, se almacenan todos los ajustes del amplificador (rango, tipo de entrada, filtro, voltaje de excitación, etc.).
Otros han intentado esto creando plantillas propietarias. Pero Dewesoft mantiene el estándar aprovechando el hecho de que se pueden escribir múltiples plantillas en un solo chip. Dewesoft escribe primero la plantilla estándar que mantiene sus sensores compatibles con cualquier otro sistema DAQ. Luego, se escriben una o más plantillas adicionales que permiten que todos los ajustes relevantes del acondicionador de señal sean escritos y recuperados por los sistemas Dewesoft.
En la sección TEDS de la pantalla de configuración de Dewesoft X podemos ver estas múltiples plantillas:
Puede editar el sensor haciendo clic en el símbolo de candado en la esquina superior derecha de esta sección. Los administradores de pruebas también pueden establecer una contraseña para no permitir que ciertos usuarios escriban información TEDS en el chip.
Cambio de Unidades de Ingeniería
Quizás se pregunte si TEDS lo encierra en la UE (unidades de ingeniería) que ha definido el fabricante del sensor. Por ejemplo, para la aceleración, es posible que prefiera trabajar en [g] en lugar de [m / s2], o viceversa. Los ingenieros estadounidenses pueden preferir grados Fahrenheit a Celsius para lecturas de temperatura, etc.
En realidad, esto no es ningún problema porque, si bien el software DewesoftX se basa en las unidades SI estandarizadas para las mediciones, también ofrece una conveniente conversión de menú desplegable a otras UE. Entonces, incluso si su nuevo acelerómetro TEDS se configura en [m / s2], simplemente puede seleccionar "g" en su lugar, y luego escribirlo en la plantilla, de modo que g se use de ahora en adelante con este sensor. Se pueden definir varias plantillas para cada sensor, y cada una puede ser diferente según sus necesidades.
Dewesoft ha adoptado completamente el estándar TEDS, pero también ha agregado la capacidad de guardar la configuración del acondicionador de señal, lo que permite la automatización completa de la configuración del canal.
Caso de Estudio TEDS
El Sr. Roberto Basti es director del Laboratorio de Metrología del Instituto de Investigación de Tecnología Marina en Roma, Italia. Después de su larga experiencia con TEDS y los sistemas DAQ Dewesoft como SIRIUS y DEWE-43, comentó:
"Nuestro trabajo cambió cuando conocimos la tecnología TEDS. Estábamos acostumbrados a proporcionar datos de calibración a los ingenieros de campo para realizar la medición, pero ahora podemos almacenar fácilmente estos datos directamente en cada sensor para que puedan enfocarse en la prueba sin la necesidad de preocuparse por los parámetros de calibración. Nos gusta tanto esta funcionalidad que instalamos el chip TEDS prácticamente en todos los sensores que tenemos."
Puedo agregar TEDS a mis sensores que no son TEDS?
En una palabra, SI. Hay pequeños chips TEDS disponibles en el mercado, como el chip DS24B33 de Maxim, que tiene suficiente NVRAM para almacenar la configuración del amplificador además de toda la información normal del sensor y del transductor. Estos chips normalmente cuestan unos pocos dólares estadounidenses o euros.
El acondicionador de señal Dewesoft STG tiene una línea de entrada TEDS dedicada que puede conectarse directamente a la salida del chip TEDS.
A menudo, funciona mejor instalar el chip TEDS dentro del conector del sensor, en lugar de dentro del sensor mismo. Tome una galga extensométrica, por ejemplo: una pieza plana de sustrato de aluminio no tiene "interior". Pero generalmente tiene un conector DSUB relativamente grande que se conecta al acondicionador de señal del sistema DAQ. Este es el lugar perfecto para instalar el pequeño chip TEDS de la caja TO-92.
El chip TEDS se puede programar con la información del sensor utilizando el software de adquisición de datos Dewesoft X o el editor TEDS gratuito disponible en Dewesoft.
Ventajas TEDS
Tiempo de configuración más rápido y, por tanto, costes reducidos
Elimina errores de cableado
Mejora la integridad de los datos al eliminar los errores de configuración debidos a la selección del sensor incorrecto o al ingresar valores de calibración incorrectos
Cuantos más canales tenga una prueba, mayor será la ventaja que ofrece TEDS
Eliminar la tediosa entrada manual mejora tanto la moral como asegura la precisión
La automatización mejora la repetibilidad de las pruebas
TEDS es un estándar abierto
Los sensores TEDS se pueden utilizar en sistemas DAQ heredados que no tienen ninguna capacidad TEDS
Permite el mantenimiento de registros de calibración de acuerdo con ISO 9001 y QS 9000
Resumen
TEDS es una capacidad poderosa que es extremadamente útil cuando se implementan una gran cantidad de sensores. Es un sensor diminuto que se puede instalar en cualquier tipo de sensor, o dentro del conector o cable de ese sensor. Elimina la tediosa configuración manual de sensores y canales, lo que ahorra tiempo y dinero y reduce el error humano al hacerlo.
Es un estándar probado que es multiplataforma y es compatible con cientos de sensores y fabricantes de sistemas DAQ. TEDS es una parte estándar del software DewesoftX DAQ, que se utiliza en toda la línea de productos Dewesoft.
Eche un vistazo a los modernos sistemas de adquisición de datos digitales de Dewesoft con total compatibilidad con TEDS