Qu'est-ce que le conditionnement du signal ou le conditionneur de signal ?

Introduction

Le conditionnement du signal est l'un des éléments fondamentaux d'un dispositif moderne d'acquisition de données (alias système DAQ ou DAS). L'objectif de base d'un système d'acquisition de données est d'effectuer des mesures physiques. Ils sont constitués des composants de base suivants :

• Capteurs

• Conditionnement du signal

• Convertisseur analogique-numérique

• Ordinateur avec logiciel DAQ pour l'enregistrement et l'analyse des signaux.

En savoir plus sur l'acquisition de données:

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Que font les conditionneurs de signaux ?

Les systèmes d'acquisition de données doivent se connecter à une grande variété de capteurs et de signaux pour pouvoir faire leur travail. Les conditionneurs de signaux prennent le signal du capteur, le traitent et l'envoient au sous-système A/N. 

Comme leur nom l'indique, ils ont pour mission de conditionner les signaux afin qu'ils puissent être convertis dans le domaine numérique par le sous-système A/N, puis affichés, stockés et analysés.

Après tout, vous ne pouvez pas connecter directement 500V à l'une des entrées d'une carte A/D - et les thermocouples, RTDs, LVDTs et autres capteurs ont besoin d'être conditionnés pour fonctionner et fournir une tension de sortie normalisée qui peut être entrée dans la carte A/N.

Principales exigences des conditionneurs de signaux

Aujourd'hui, les conditionneurs de signaux comprennent certains des éléments requis qui les rendent utiles pour les systèmes modernes d'acquisition de données. Ces éléments sont les suivants :

• L'isolation électrique

• Les bons connecteurs pour les connexions des capteurs

• Sélection de la plage de mesure

• Le filtrage du signal

• Conformité aux exigences du capteur.

Nous allons maintenant examiner chacun de ces éléments des conditionneurs de signaux.

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Isolation électrique ou galvanique

Les meilleurs conditionneurs de signaux assurent une isolation électrique entre les entrées et leurs sorties. L'isolation réduit le bruit, empêche les boucles de masse dans la chaîne de mesure et garantit des mesures précises.

Parfois également appelée isolation galvanique, l'électrique est la séparation d'un circuit d'autres sources de potentiel électrique. C'est particulièrement important dans le cas des systèmes de mesure, car la plupart des signaux existent à des niveaux relativement bas, et les potentiels électriques externes peuvent influencer considérablement le signal, entraînant des lectures erronées. Les potentiels d'interférence peuvent être de nature alternative ou continue.

Par exemple, lorsqu'un capteur est placé directement sur un article à tester (par exemple, une alimentation électrique) dont le potentiel est supérieur à la terre (c'est-à-dire qu'il n'est pas à 0 V), cela peut imposer un décalage continu sur le signal de plusieurs centaines de volts. L'interférence ou le bruit électrique peut également prendre la forme de signaux AC créés par d'autres composants électriques dans le trajet du signal ou dans l'environnement autour du test. Par exemple, les lampes fluorescentes dans la pièce peuvent émettre un signal de 400 Hz qui peut être capté par des capteurs très sensibles.

C'est pourquoi les meilleurs systèmes d'acquisition de données sont dotés d'entrées isolées, afin de préserver l'intégrité de la chaîne de signaux et de garantir que ce que le capteur émet est réellement ce qui a été lu. Il existe plusieurs types de techniques d'isolation utilisées aujourd'hui. 

Il est important que l'isolation soit en place non seulement de la voie à la terre, mais aussi entre chaque voie. Les lignes d'excitation doivent également être isolées si nécessaire. Un système d'isolation complet permet de prévenir les dommages causés aux systèmes par une tension excessive et d'éviter les boucles de masse et les mesures erronées.

À titre d'exemple, les conditionneurs de signaux des systèmes DAQ SIRIUS de Dewesoft offrent une isolation de 1000 V (le module haute tension HV est en outre classé CAT II 1000 V). 

En savoir plus sur l'isolation des systèmes d'acquisition de données:

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Les bonnes connexions de capteurs

Les meilleurs conditionneurs de signaux sont entièrement adaptés aux capteurs avec lesquels ils sont destinés à être utilisés. Au niveau le plus élémentaire, cela inclut l'utilisation du ou des connecteurs appropriés pour ces capteurs.

Les tensions sont généralement traitées avec des connecteurs BNC (jusqu'à 50V), et des fiches bananes de type sécurité au-delà. Pour les capteurs à sortie de tension qui doivent être alimentés par le conditionneur de signaux, on utilise un connecteur multibroche, comme les connecteurs LEMO compacts et très fiables, ou les connecteurs DB9 (SUBD-9) moins coûteux (mais plus grands). C'est pourquoi la plupart des fabricants, y compris Dewesoft, proposent leurs conditionneurs de signaux de tension avec différents types de connecteurs.

Les accéléromètres utilisent généralement un connecteur BNC ou un connecteur microdot 10-32.

Les thermocouples utilisent presque toujours le type de connecteur à mini-lame maintenant, et ils sont codés par couleur par type selon les normes internationales.

Les jauges de contrainte sont généralement vendues avec des fils nus car il n'existe pas de norme industrielle concernant les connecteurs multibroches à utiliser ou la méthode de câblage que l'ingénieur choisira (3 fils, 4 fils, lignes de compensation ou non, etc.) Les connecteurs multibroches les plus couramment utilisés dans les applications de jauges de contrainte sont des connecteurs LEMO compacts et très fiables ou des connecteurs DB9 (SUBD-9) moins coûteux (mais plus grands).

Des connecteurs très fiables, et dans certains cas étanches, sont essentiels pour les conditionneurs de signaux.

Il convient de mentionner que pour les systèmes d'acquisition de données qui sont montés de façon permanente dans un environnement de mesure industriel, ces exigences sont différentes. Contrairement à un système d'acquisition de données typique qui va être déplacé et utilisé pour une variété d'applications, ces systèmes sont "fixes" et ne changent pas. Les systèmes fixes ou intégrés sont généralement équipés de connecteurs de type bornier à vis, qui sont très efficaces et peu coûteux. Ils n'ont pas besoin d'être robustes ou inviolables puisqu'ils sont verrouillés.

Sélection de la plage de mesure

La capacité à sélectionner la plage de mesure appropriée pour un capteur donné est la fonction essentielle la plus fondamentale d'un conditionneur de signaux. Afin d'obtenir les meilleurs résultats possibles de leurs mesures, les ingénieurs doivent pouvoir régler le niveau de tension (ou le gain en général) du conditionneur.

Par exemple, si vous essayez de mesurer une tension de ±2,5 mV (±0,0025 V), mais que votre conditionneur ne dispose que d'une plage de ±50 V, votre signal sera extrêmement faible dans l'ouverture de gain résultante, au point d'être inutilisable. De même, si votre tension doit couvrir ±100V mais que votre seule gamme est de ±50V, la moitié du signal sera écrêtée par le conditionneur et ne sera jamais mesurée.

Fournir une sélection appropriée de gammes en fonction du type de conditionneur et de son application est donc toujours une exigence critique d'un conditionneur de signaux.

Filtrage du signal

Outre le réglage du gain d'entrée, la fonction la plus importante d'un conditionneur de signal est sans doute de fournir une certaine forme de filtrage. Au minimum, un filtre passe-bas à deux ou quatre pôles est souvent nécessaire pour supprimer ou réduire le bruit électrique, qui peut être introduit dans le signal à partir de l'environnement de test.

Un type de filtrage doit être effectué en matériel, avant le processus ADC : le filtrage anti-repliement. Il s'agit d'un type de filtrage spécial qui empêche les lectures erronées qui peuvent se produire lorsque la fréquence d'échantillonnage est trop faible par rapport au contenu en fréquence des signaux mesurés. Les filtres anti-repliement (AAF) empêchent les erreurs de lecture en ajustant automatiquement le filtre frontal en fonction de la fréquence d'échantillonnage sélectionnée. Vous trouverez plus de détails sur les AAF dans l'article intitulé "Qu'est-ce qu'un convertisseur A/N ?".

Pratiquement tous les autres filtrages peuvent être effectués soit en matériel, soit en logiciel. Par exemple, les systèmes DAQ de Dewesoft fournissent un filtrage matériel partout où il peut être requis par l'application, par exemple, les filtres matériels passe-haut dans leur CHG (amplificateur de charge) et ACC (amplificateur IEPE), qui sont utiles pour les sorties d'accéléromètres couplés en AC avant l'intégration du signal.

D'autres filtres matériels sont fournis dans le matériel DAQ de Dewesoft. Mais en plus, une suite puissante de filtres logiciels est fournie pour chaque voie. En fait, les filtres logiciels peuvent être appliqués de manière non destructive dans les systèmes DAQ Dewesoft, avant ou après l'enregistrement (ou les deux). Cela permet aux ingénieurs de capturer à la fois le signal brut et une ou plusieurs copies filtrées du signal, et de les comparer (comme le montre le schéma ci-dessus où un signal brut et un signal filtré peuvent être superposés sur le même graphique).

Conformité aux exigences du capteur

Chaque conditionneur de signal doit être parfaitement adapté au capteur avec lequel il sera utilisé. Les capteurs ont des exigences très différentes en fonction de leurs principes de fonctionnement, auxquels le conditionneur doit être adapté.

Par exemple, un conditionneur de signal pour jauges de contrainte (alias jauge de contrainte) doit fournir une tension d'excitation au capteur à jauges de contrainte. Et comme les ingénieurs utilisent de une à quatre jauges pour mesurer les contraintes, le conditionneur doit pouvoir s'adapter à une configuration en quart de pont, demi-pont ou pont complet.

Les jauges de contrainte requièrent peut-être la configuration la plus complexe dans le monde du conditionnement de signaux, c'est pourquoi les meilleurs conditionneurs offrent un large éventail de fonctions, notamment l'achèvement du pont, la compensation du shunt, le branchement de compensation de détection pour supprimer l'auto-échauffement et les changements de résistance de la ligne du capteur, et plus encore.

Ensuite, nous allons examiner plus en détail chacun des principaux types de conditionneurs de signaux, et discuter de leurs exigences de manière plus détaillée.

Types courants de conditionneurs de signaux

Les conditionneurs de signaux d'aujourd'hui doivent être capables de s'interfacer avec ces capteurs populaires:

Les exigences strictes telles que l'isolation, l'alimentation du capteur, le gain d'entrée et l'anti-repliement doivent être réalisées en matériel. La plupart des filtrages (à l'exception du filtrage anti-repliement) et la linéarisation peuvent être réalisés par logiciel.

Conditionneur de signaux basse tension

Si l'on considère la mesure de la tension, il semblerait que ce soit la tâche la plus facile car les signaux existent déjà sous forme de tension. Cependant, la tension peut aller de très petits potentiels, de l'ordre du milliardième de volt, à des dizaines de milliers de volts. Elle peut également exister sous forme de courant alternatif (CA) ou de courant continu (CC).

Les potentiels de tension (potentiel électrique) peuvent exister loin au-dessus de la terre, ou être centrés autour de 0V. Les défis et donc les processus sont essentiellement les mêmes que pour tout autre phénomène physique que l'on veut mesurer. Les petites tensions doivent être amplifiées jusqu'à un niveau de numérisation nominal (généralement ±5V). Une isolation galvanique est souvent nécessaire pour éviter la diaphonie et les boucles de masse qui peuvent détruire l'intégrité de la mesure en introduisant des valeurs erronées et des décalages.

Il est parfois nécessaire de coupler une tension en courant alternatif pour éliminer la composante continue ou de fournir un filtrage passe-bas ou passe-haut afin d'atteindre certains objectifs de mesure.

Le module DAQ SIRIUS LV de Dewesoft est disponible avec une variété de types de connecteurs pour s'adapter à l'application : BNC, fiches bananes de sécurité, SUBD-9, et autres sur demande.

En savoir plus sur la mesure de la tensio:

Conditionneur de signaux haute tension

Les tensions élevées doivent être ramenées au niveau nominal de numérisation. Il existe des capteurs pour cela, notamment des transducteurs de potentiel (PT) qui peuvent diviser les milliers de volts d'une ligne de transmission électrique pour les ramener à un niveau sûr. La sortie d'un TP est ensuite introduite dans le conditionneur de signal de tension, qui le prépare à la numérisation.

Tout conditionneur de signal utilisé pour la mesure de la haute tension doit être fortement isolé pour la sécurité des opérateurs humains de l'équipement et pour éviter l'endommagement ou la destruction du système. 

Il doit être conçu avec les connecteurs appropriés. Pour un branchement temporaire, les fiches bananes isolées et de sécurité sont courantes. Pour un branchement permanent, les bornes à vis blindées sont courantes. Les connecteurs à contacts exposés doivent être évités.

Le module SIRIUS HV de Dewesoft est un bon exemple de conditionneur de signaux haute tension puissant.

En savoir plus sur la mesure de la tension:

Conditionneur de signal pour thermocouple

Un simple capteur  thermocouple nécessite un conditionneur de signal de haute qualité pour fonctionner. Bien qu'un T/C soit passif, ne nécessitant pas d'excitation ou d'alimentation du capteur, le minuscule potentiel de tension qu'il génère du côté du connecteur du capteur doit être isolé, amplifié et linéarisé. En outre, il a besoin d'une référence afin de fournir une lecture de température absolue - sinon, il ne peut produire qu'une lecture de température relative, ce qui n'est pas très utile.

Les aspects d'amplification, d'isolation et de compensation doivent être assurés par le conditionneur de signaux en matériel, tandis que la tâche de linéarisation peut être effectuée soit en matériel, soit par logiciel.

La "référence" mentionnée ci-dessus est connue sous le nom de compensation de soudure froide. L'extrémité de mesure du capteur est appelée "joint chaud" (la jonction des métaux dissemblables utilisés dans la construction d'un thermocouple), tandis que l'autre extrémité - où nous recevons le signal - est la jonction froide du capteur. Cette jonction froide est l'endroit où les métaux dissemblables qui composent le thermocouple rencontrent les fils de cuivre du système DAQ.

Une minuscule puce de compensation de soudure froide (CJC) est prévue à cet endroit, soit à l'intérieur du conditionneur de signal, soit dans un boîtier annexe qui se connecte au conditionneur. Cette CJC doit être protégée contre les variations de température ambiante causées par l'air en mouvement ou la lumière du soleil. Ils sont généralement installés dans une pâte spéciale pour maintenir leur température stable.

On ne saurait trop insister sur l'aspect scientifique de la fabrication d'un conditionneur de signaux thermocouples précis. Sans une attention sérieuse aux détails, il est impossible de réaliser une mesure précise et linéaire du thermocouple.

Les autres caractéristiques importantes d'un bon conditionneur de signaux de thermocouple sont les suivantes :

CAN haute résolution

Une résolution de 24 bits est recommandée avec les thermocouples. Pourquoi ? Un capteur thermocouple de type K a une plage de mesure de -270° à +1260° C (-454° à 2300° F). C'est une plage énorme.

L'utilisation d'un CAN 24 bits permet d'obtenir un axe d'amplitude beaucoup plus important qu'un CAN 16 bits (rappelez-vous que chaque bit double le nombre de valeurs de celui qui le précède).

Identification correcte du type et de la couleur des connecteurs

Aujourd'hui, le type de connecteur de thermocouple à mini-lame est devenu la norme de facto, de même que le code couleur qui permet une identification visuelle facile du type de thermocouple. La connexion d'un thermocouple de type K dans un conditionneur de signaux conçu pour le type S ou T, par exemple, entraînera des lectures erronées.

Conditionneurs de signaux pour thermocouples de type fixe

Un conditionneur de signal pour thermocouple de "type fixe" est un conditionneur conçu pour être compatible avec un type de thermocouple spécifique, comme le type J, K ou T, par exemple. Étant donné que Dewesoft propose des conditionneurs de signaux universels très performants pour tous ses systèmes DAQ, la société a créé des adaptateurs DSI pour divers capteurs, y compris les types de thermocouples les plus courants.

Les adaptateurs de la série DSI-TH-x offrent une mesure de référence de soudure froide de haute précision. Un câble de thermocouple de 1 m est inclus avec un connecteur mini TC. Types de thermocouples pris en charge :

• DSI-TH-C - thermocouple type C

• DSI-TH-J - thermocouple de type J

• DSI-TH-K - thermocouple de type K

• DSI-TH-T - thermocouple de type T

Les adaptateurs DSI peuvent être utilisés avec tous les systèmes DAQ Dewesoft dotés de connecteurs SUBD-9 - y compris SIRIUS, DEWE-43A, KRYPTON, et IOLITE. 

Conditionneurs de signaux thermocouples universels

• Un bon exemple de conditionneur de signal thermocouple de type universel est le module thermocouple isolé KRYPTON de Dewesoft, disponible avec 8 ou 16 voies par module. Ces conditionneurs de signaux échantillonnent chaque voie à 100 éch/s avec un CAN sigma-delta de 24 bits de résolution par voie. Leur précision d'entrée est généralement de ±0,02 % de la lecture ±100 μV. Ils fournissent une isolation de 1000 V par voie, protégeant les signaux millivolts générés par les thermocouples des interférences., available with 8 or 16 channels per module. These signal conditioners sample each channel at 100 S/s with a 24-bit resolution sigma-delta ADC per channel. Their input accuracy is typically ±0.02% of reading ±100 μV. They provide 1000V of isolation per channel, protecting the millivolt signals generated by thermocouples from interference.

Comme la linéarisation peut être effectuée très précisément et rapidement par le  logiciel d'acquisition de données DewesoftX,  inclus, ces modules sont compatibles avec tous les principaux types de thermocouples utilisés aujourd'hui : K, J, T, R, S, N, E, C, U, B.

Des connecteurs de thermocouple de couleur blanche sont utilisés pour indiquer que les entrées sont universelles. L'ingénieur sélectionne simplement le TYPE de T/C qu'il utilise sur l'écran de configuration de la voie dans le logiciel Dewesoft X, qui applique ensuite la linéarisation correcte.

Les modules KRYPTON se connectent ensemble via une seule interface EtherCat à haute vitesse, qui transporte l'alimentation, les données et la synchronisation. Ils sont conçus pour des environnements difficiles avec des chocs et des vibrations élevés, de l'eau, de la poussière, de la fumée et des températures très basses à élevées.

En savoir plus sur la mesure de la température:

Conditionneur de signal RTD

Bien qu'il mesure également la température, un RTD (détecteur de température à résistance) est un type de capteur de température très différent du thermocouple. La distinction la plus importante est que les RTD ne sont pas des capteurs passifs - ils doivent être alimentés par le conditionneur de signal.

Un bon exemple est le module IOLITE 8xRTD de Dewesoft. Il s'agit d'un module de conditionnement de signaux RTD à 8 voies avec un CAN 24 bits intégré par voie. 

Il prend en charge les connexions RTD à 3 et 4 fils. Notez que les raccordements à 2 fils ne sont généralement pas recommandés car la résistance du fil compensation est ajoutée à la mesure, ce qui entraîne des lectures de température artificiellement élevées, et il n'y a aucun moyen de savoir exactement à quel point la mesure est fausse.

Câblage des RTD à 3 fils ou à 4 fils

Dans un branchement à 3 fils, un troisième fil est utilisé pour détecter la résistance moyenne du fil conducteur. Le conditionneur de signal ou le logiciel qui l'accompagne peut alors supprimer ce décalage en temps réel, ce qui permet d'obtenir une lecture beaucoup plus précise.

Si nous mesurons la résistance entre R1 et R2 et que nous soustrayons la résistance entre R2 et R3, nous obtiendrons la résistance de la seule extrémité mesurée du circuit à R(b). Bien entendu, cela suppose que les résistances sont toutes identiques. Nous pouvons améliorer encore plus la précision en ajoutant un quatrième fil, comme indiqué ci-dessous:

Vous pouvez remarquer que ce branchement est un pont complet. Les lignes 1 et 4 fournissent l'alimentation au circuit, et les fils 2 et 3 sont utilisés pour relire la résistance du fil conducteur au conditionneur de signal RTD. De cette façon, nous pouvons compenser complètement les variations de la résistance du fil conducteur.

Pourquoi choisir 3 fils plutôt que 4 fils ?

Donc, si les connexions à 4 fils sont toujours meilleures que celles à 3 fils, pourquoi les ingénieurs optent-ils parfois pour 3 fils ? En général, la réponse est d'ordre économique. Si les RTD sont situés à une grande distance du système de mesure, l'utilisation de trois fils au lieu de quatre permet d'économiser beaucoup d'argent en termes de coût du câble et du câblage. Cela peut représenter beaucoup de temps et d'argent dans les systèmes de test à grande échelle.

Une bonne référence est le conditionneur de signal IOLITE RTD de Dewesoft.

Learn more about RTD measurement:

Conditionneur de signal IEPE

Les accéléromètres dotés d'un minuscule amplificateur intégré sont également connus sous le nom d'ICP® (une marque déposée de PCB Piezotronics) ou, de manière plus générique, sous le nom d' IEPE, qui signifie "integrated electronics, piezo-electric". La sortie de ces accéléromètres est une tension de niveau relativement élevé qui peut être renvoyée au conditionneur de signaux sur un câble de bonne qualité, à moindre coût que le câble requis par les accéléromètres à charge. 

Mais contrairement aux accéléromètres à charge qui sont passifs et ne nécessitent aucune alimentation, les capteurs IEPE ont besoin d'une tension d'alimentation provenant du conditionneur de signaux. Celle-ci se présente normalement sous la forme d'un courant constant de 4 à 20 mA et d'une tension de conformité de 25 volts (typiquement).

Les accéléromètres IEPE étant conçus pour mesurer des formes d'ondes alternatives, cette alimentation en courant continu peut être placée sur les lignes de signaux sans créer de décalage ou d'erreur de mesure.

Ainsi, l'exigence fondamentale de tout conditionneur de signal IEPE est qu'il soit capable de fournir cette alimentation en courant constant. L'ACC de SIRIUS fournit un courant constant sélectionnable par l'utilisateur de 2, 4, 8, 12, 16 ou 20mA à une tension de conformité de 25 V.

Une autre caractéristique utile, telle que fournie sur les SIRIUS ACC de Dewesoft, est un indicateur visuel que le capteur est connecté et fonctionne. Les modules DAQ SIRIUSle font au moyen d'une LED verte autour de la lunette du connecteur d'entrée qui s'allume lorsque le capteur est connecté et fonctionne.

Les capteurs IEPE utilisent presque toujours un connecteur BNC, il est donc important que le conditionneur de signal fasse de même. En vous référant à l'image ci-dessus, vous pouvez voir les connecteurs d'entrée BNC sur le SIRIUS ACC.

Le support TEDS est très utile avec les capteurs IEPE. La TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) est une norme IEEE 1451 basée sur le stockage d'informations sur le capteur à l'intérieur du capteur lui-même, notamment son unité de mesure, son facteur d'échelle, ses informations d'étalonnage, etc.

Le conditionneur de signal SIRIUS ACC peut lire cette information lorsque le capteur est connecté, et configurer automatiquement le capteur dans le logiciel. Le logiciel Dewesoft X maintient une base de données des capteurs que l'utilisateur a connectés, qui peut être gérée par l'utilisateur. La TEDS est un énorme gain de temps lorsque de nombreux capteurs doivent être connectés en peu de temps, et permet également d'éviter les erreurs de configuration dues à des erreurs de saisie manuelle.

Le couplage d'entrée est une autre caractéristique importante que propose le conditionneur SIRIUS ACC. Vous pouvez choisir entre le DC (désactivé) et deux réglages AC : 0,1 Hz et 1 Hz. Ainsi, vous pouvez atténuer les composantes basse fréquence proches du seuil AC/DC.

Et bien sûr, puisque nous mesurons des vibrations, une bande passante, une plage dynamique et une résolution d'axe vertical élevées sont essentielles. Examinons brièvement chacun de ces éléments :

Bande passante élevée

La réponse en fréquence du conditionneur de signal. Il ne sert à rien d'avoir un capteur qui peut mesurer jusqu'à 50 kHz si notre conditionneur de signal ne le peut pas. Il est donc important de disposer d'une largeur de bande suffisamment élevée pour représenter les signaux de fréquence supérieure qui nous intéressent. 

Les conditionneurs SIRIUS ACC échantillonnent jusqu'à 200 kéch/s/voie, offrant une bande passante sans repliement de 70 kHz maximum. Pour les applications à plus grande vitesse, les conditionneurs de signaux de la série SIRIUS HS fournissent un échantillonnage jusqu'à 1 Méch/s/voie en utilisant des CAN SAR 16 bits, avec des filtres anti-repliement de 100 kHz de 5e ordre.

Plage dynamique

Un aspect important de la mesure à partir de pratiquement n'importe quel capteur, mais surtout des capteurs dynamiques comme les accéléromètres, est la plage dynamique. Celle-ci définit la distance maximale entre les signaux les plus petits et les plus grands qui peuvent être mesurés.  Chaque amplificateur de voie dispose de deux CAN qui mesurent toujours le gain haut et bas du signal d'entrée.

Cela permet d'obtenir toute la plage de mesure possible du capteur et d'éviter l'écrêtage du signal. Avec la technologie DualCoreADC®, SIRIUS atteint un rapport signal/bruit de plus de 130 dB et une plage dynamique de plus de 160 dB. Voir la vidéo ci-dessous.

Résolution de l'axe vertical

Les CAN 24 bits offrent une résolution étonnante sur l'axe vertical. En outre, un puissant filtrage anti-repliement sur chaque voie s'adapte à la fréquence d'échantillonnage sélectionnée, empêchant les faux signaux causés par le sous-échantillonnage de détruire vos mesures.

Mais le nombre de bits bruts n'est que le début de l'histoire de la résolution SIRIUS. Par exemple, chaque entrée d'un module SIRIUS possède littéralement DEUX CAN 24 bits. L'un est réglé sur une gamme très élevée et l'autre sur une gamme inférieure. 

Le conditionneur de signal utilise automatiquement le meilleur signal d'amplitude du double flux et crée un seul flux de données avec la meilleure résolution possible. Ainsi, dire que le SIRIUS a une résolution de 24 bits est un euphémisme, puisque le résultat de cette innovation DualCoreADC est une résolution de l'axe d'amplitude qui est environ 20 fois meilleure que les systèmes avec un seul CAN 24 bits, avec 20 fois moins de bruit.

En savoir plus sur la mesure des vibrations:

Conditionneur de signal de charge

Les accéléromètres à charge nécessitent un conditionneur de signal capable de lire leur flux d'ions chargés à haute impédance (mesurés en pC, ou pico coulombs), et de les convertir en une tension de haut niveau. Ils sont basés sur le même principe piézoélectrique que les capteurs IEPE (voir ci-dessus), mais ils n'ont pas de préamplificateur intégré. Ils ne nécessitent donc pas d'alimentation du capteur.

Cependant, leur sortie à haute impédance ne se transmet pas aussi facilement que la sortie amplifiée des capteurs IEPE. Des câbles coûteux à faible bruit doivent être utilisés et maintenus à une longueur aussi courte que possible afin d'éviter que le bruit n'influence le signal. Pourtant, les accéléromètres à charge sont toujours utilisés car ils offrent la plus grande plage de température de fonctionnement possible, jusqu'à 538° C (1000° F) et la plus grande largeur de bande possible. Des capteurs spécialisés sont disponibles avec des plages de températures de fonctionnement encore plus grandes, basses et hautes.

La sortie des capteurs de charge peut être intégrée pour convertir l'accélération en vitesse, et doublement intégrée pour fournir le déplacement. 

Les conditionneurs de signaux de type SIRIUS CHG sont un excellent exemple de conditionneur de signaux en mode charge polyvalent. En plus de gérer les capteurs de charge, il peut également servir de conditionneur basse tension et de conditionneur de signal IEPE.

Compatibilité des connecteurs

Il existe trois connecteurs couramment utilisés par les capteurs de charge : BNC, TNC et 10-32. Le module SIRIUS CHG est disponible avec BNC ou TNC (essentiellement une version filetée d'un BNC).

Couplage d'entrée

Il s'agit d'une autre fonction importante offerte par le conditionneur SIRIUS CHG. Vous pouvez choisir entre 0,01 Hz, 0,03 Hz, 0,1 Hz, 0,5 Hz, 1 Hz, 10 Hz ou 100 Hz. Vous pouvez ainsi atténuer les composantes basse fréquence proches du seuil AC/DC. Ceci est important si vous prévoyez d'intégrer ou de doubler le signal, car le bruit et le décalage seront multipliés de façon spectaculaire par ce processus.

Et bien sûr, puisque nous mesurons des vibrations, une bande passante, une plage dynamique et une résolution d'axe vertical élevées sont essentielles. Examinons brièvement chacun de ces éléments :

Bande passante élevée

La réponse en fréquence du conditionneur de signal. Il ne sert à rien d'avoir un capteur qui peut mesurer jusqu'à 50 kHz si notre conditionneur de signal ne le peut pas. Il est donc important de disposer d'une largeur de bande suffisamment élevée pour représenter les signaux de fréquence supérieure qui nous intéressent. Les conditionneurs SIRIUS CHG échantillonnent jusqu'à 200 kéch/s/voie, offrant une bande passante sans repliement de plus de 80 kHz à ce débit maximal.

Plage dynamique

Un aspect important de la mesure à partir de pratiquement n'importe quel capteur, mais surtout des capteurs dynamiques comme les accéléromètres, est la plage dynamique. Celle-ci définit la distance maximale entre les signaux les plus petits et les plus grands qui peuvent être mesurés.

Chaque amplificateur de voie dispose de deux CAN qui mesurent toujours le gain haut et bas du signal d'entrée. Cela permet d'obtenir toute la plage de mesure possible du capteur et d'éviter l'écrêtage du signal. Avec la technologie DualCoreADC®, le SIRIUS atteint un rapport signal/bruit de plus de 130 dB et une plage dynamique de plus de 160 dB.

Résolution sur l'axe vertical

Les CAN 24 bits offrent une résolution étonnante sur l'axe vertical. En outre, un puissant filtrage anti-repliement sur chaque voie s'adapte à la fréquence d'échantillonnage sélectionnée, empêchant les faux signaux causés par le sous-échantillonnage de détruire vos mesures.

Mais le nombre de bits bruts n'est que le début de l'histoire de la résolution des systèmes DAQ SIRIUS. Par exemple, chaque entrée d'un module SIRIUS possède littéralement DEUX CAN 24 bits : l'un est réglé sur une gamme très élevée, et l'autre sur une gamme inférieure. Le conditionneur de signal utilise automatiquement le meilleur signal d'amplitude du double flux et crée un seul flux de données avec la meilleure résolution possible. .

Ainsi, dire que le SIRIUS a une résolution de 24 bits est un euphémisme, puisque le résultat de cette innovation DualCoreADC est une résolution de l'axe d'amplitude qui est environ 20 fois meilleure que celle des systèmes d'acquisition de données avec un seul CAN 24 bits, avec 20 fois moins de bruit.

En savoir plus sur le filtrage:

Conditionneur de signal pour jauges de contrainte

Les conditionneurs de signaux de jauges d'extensométrie ont peut-être la tâche la plus complexe du monde de l'acquisition de données. Tout d'abord, ils doivent prendre en charge plusieurs schémas de raccordement, de la configuration relativement simple en pont complet aux configurations en quart de pont et demi-pont, et chacun avec plusieurs options de câblage. Et lorsque l'on choisit une configuration autre que le pont complet, ils doivent également fournir les résistances nécessaires pour compléter le circuit du pont de Wheatstone.

Bien sûr, il doit être possible de régler le gain (ou la sensibilité) du conditionneur de signal. Et de régler la quantité de tension envoyée au capteur à jauges de contrainte pour l'alimenter (la tension d'excitation). Le filtrage est presque toujours nécessaire avec les jauges de contrainte, et il doit être fourni soit par le matériel soit par le logiciel, avec des ordres sélectionnables (force du filtre).

Cela pourrait sembler suffisant, mais il y a encore d'autres exigences, notamment la possibilité de se connecter à une ou plusieurs lignes de compensation et de les utiliser pour compenser les changements de résistance du fil conducteur causés par la longueur du câble et/ou l'auto-échauffement. En outre, chaque jauge de contrainte a un facteur de jauge - un nombre autour de 2, qui doit être entré et utilisé par le système pour convertir le retour brut mV/V du capteur en une lecture de microdéformation.

D'une manière générale, l'ingénieur doit pouvoir choisir d'utiliser ou non le facteur de jauge ou de mettre à l'échelle le retour du capteur de la manière de son choix. Par exemple, les conditionneurs de jauge de contrainte sont également utilisés pour les cellules de charge, auquel cas nous pourrions vouloir voir la lecture en poids - kg ou lbs. Toutes les options doivent être proposées à l'ingénieur.

Toutes les caractéristiques et fonctions ci-dessus, et bien d'autres encore, sont les exigences de base de tout conditionneur de signaux de jauges de contrainte sérieux.

Le module SIRIUS STG de Dewesoft est un parfait exemple de conditionneur de signaux de jauges de contrainte puissant et flexible:

En savoir plus sur les jauges de contrainte:

Conditionneur de signal LVDT

Les transducteurs LVDT (transformateur différentiel linéaire variable) sont utilisés pour mesurer le déplacement/la position linéaire sur des distances relativement courtes. Ils sont constitués d'un tube qui contient une tige. La base du tube est montée dans une position fixe, et l'extrémité de la tige est fixée à quelque chose qui bouge.

Lorsque la tige est retirée du tube ou y est replacée, le capteur émet un signal qui représente la position de la tige depuis son point de départ jusqu'à sa déviation maximale. La tige ne touche pas l'intérieur du tube, ce qui la rend pratiquement sans friction, et le LVDT lui-même ne contient pas d'électronique, ce qui le rend populaire dans les environnements difficiles.

Un conditionneur de signal LVDT doit fournir l'excitation AC dont le transducteur a besoin pour fonctionner. Ce courant alternatif alimente la bobine primaire, qui induit une sortie de chacun des enroulements secondaires, qui sont situés à chaque extrémité du tube. Le conditionneur de signal doit être capable de recevoir et de mettre à l'échelle le signal de sortie différentiel de manière appropriée pour l'affichage et la mesure..

Un bon exemple est le SIRIUS STG avec l'adaptateur DSI LVDT de Dewesoft. Le module STG possède presque tout ce qui est nécessaire pour fonctionner comme un conditionneur de signal LVDT idéal. Tout ce que nous ajoutons est un petit adaptateur appelé DSI-LVDT au connecteur d'entrée du module STG afin de compléter le conditionneur de signal pour une utilisation avec des LVDT.

Le DSI-LVDT contient une puce TEDS. Lorsqu'il est branché sur le SIRIUS-STG, le conditionneur de signaux lit les informations de la puce et se configure automatiquement comme un conditionneur de signaux LVDT. L'ingénieur peut ensuite effectuer des équilibrages de zéro et une entrée et une mise à l'échelle s'il le souhaite. Le DSI-LVDT génère l'excitation de 4 à 10 kHz dont le capteur a besoin, et permet le réglage de la phase via un petit potentiomètre.

Conditionnement de signaux LVDT à grande échelle

Pour le conditionnement de signaux LVDT à grande échelle, le DS-16xLVDTr de Dewesoft utilise une architecture ratiométrique unique pour éliminer plusieurs des inconvénients associés aux approches traditionnelles de l'interfaçage LVDT. Le DS-16xLVDTr combine 16 voies d'adaptateurs DSI-LVDT dans un boîtier 1U 19" compatible avec les racks.

Le principal avantage de cette nouvelle conception est le signal d'excitation asynchrone fourni par un générateur de fonctions externe à un connecteur frontal BNC (connecteur IN). Lors de l'utilisation de plusieurs appareils DS-LVDTr, le signal EXC peut être enchaîné en guirlande du connecteur BNC OUT au connecteur BNC IN de l'autre appareil.

Il y a 16 connecteurs mâles DSUB-9M sur le panneau avant pour la fixation au système d'acquisition de données Dewesoft. Chaque connecteur comprend un trimmer pour le réglage de la phase. Sur le panneau arrière se trouvent 16 connecteurs DSUB-9F (femelle) pour la connexion du capteur LVDT. Le DS-16xLVDTr prend en charge les mesures avec les types de  capteurs LVDT en pont complet et en demi-pont.

Conditionneur de signal de potentiomètre à fil

Un potentiomètre à fil est un capteur qui mesure la distance. Il se présente sous la forme d'un boîtier contenant une bobine de ficelle robuste à ressort, qui s'enroule automatiquement dans le boîtier lorsque la ficelle est relâchée. 

Le boîtier est monté dans une position fixe, tandis que l'extrémité de la ficelle est attachée à un objet mobile, comme une porte, un support ou un autre objet qui se déplace d'avant en arrière par rapport à l'endroit où le boîtier est monté. Un bon exemple est le mouvement entre le "camion" des roues d'un train et le corps du train, qui roule au-dessus de lui sur un système de suspension.

Si le fonctionnement d'unpotentiomètre à fil est similaire à celui d'un LVDT, son mode de fonctionnement est différent. Alors qu'un LVDT utilise un potentiel alternatif différentiel pour mesurer la position d'une tige coulissante, un potentiomètre à fil utilise une résistance variable pour mesurer la quantité de corde déployée. 

D'un point de vue mécanique, la tige du LVDT doit se déplacer dans un plan parallèle à son boîtier tubulaire, tandis que la corde du potentiomètre à fil est libre de se déplacer selon un large arc à partir de son point d'émergence du boîtier.

Pour conditionner la sortie d'un potentiomètre à fil , nous avons besoin d'un conditionneur de signal capable de fournir l'excitation nécessaire pour provoquer un changement de résistance du capteur, puis de lire la sortie. Il est également nécessaire de pouvoir mettre à l'échelle la lecture dans une unité de mesure utile, telle que mm, cm, m, pouces, pieds, etc.

Un bon exemple est le module SIRIUS STG de Dewesoft. En tant que module à jauges de contrainte, il a déjà pour mission de fournir une excitation et de lire de minuscules potentiels de tension. Il peut effectuer des mesures de résistance dans une configuration de base en demi-pont. Aucun adaptateur supplémentaire n'est nécessaire pour connecter directement un pot de jauge au conditionneur de signal STG de Dewesoft.

Pour plus de détails sur le SIRIUS STG, voir le conditionneur de signal Strain Type ci-dessus.

Conditionneurs de signaux d'entrée numériques

Les entrées numériques vont de l'enregistrement de simples signaux tout-ou-rien à la manipulation d'un codeur en quadrature très précis, ou d'un capteur de dents d'engrenage qui vous permet de mesurer le nombre de tours/minute, et d'autres variantes. On les qualifie de numériques car leur signal se présente sous la forme d'un niveau haut ou bas, contrairement aux signaux analogiques qui ont une forme d'onde avec de nombreuses valeurs entre la plus haute et la plus basse qui doivent être mesurées.

Entrées numériques discrètes

La plus simple des entrées numériques est le signal de type marche/arrêt qui ressemble à une onde carrée si vous le regardez. On les appelle parfois des voies discrètes ou des voies d'événements. Comme elles n'ont que deux états, ils sont souvent utilisés pour indiquer l'état d'une porte ouverte ou fermée, ou un circuit en marche ou à l'arrêt, et un millier d'autres possibilités oui/non que nous pourrions avoir besoin de mesurer. 

Les entrées discrètes sortent normalement d'un relais ou d'un transducteur à des niveaux TTL (logique de transistor à transistor), qui sont basés sur une pull-up de 5V. En théorie, le signal TTL marche/arrêt parfait serait de 0V représentant OFF (ce qui signifie une valeur numérique de 0), et de 5V représentant ON (ce qui signifie la valeur numérique de 1). Cependant, dans la pratique, il est presque impossible d'atteindre une telle précision, de sorte que les plages acceptables sont devenues 0 à 0,8V pour OFF et 2V à 5V pour ON.

Ces entrées numériques sont facilement gérées par les entrées numériques SuperCounter® de Dewesoft, disponibles sur pratiquement tous les modèles de systèmes DAQ de Dewesoft. Ces entrées de compteur ont trois lignes (A, B, Z) qui peuvent gérer les encodeurs et les capteurs RPM - ou vous pouvez les utiliser comme trois entrées numériques discrètes séparées (IN0, IN1, IN2). Il est important de noter que les lignes numériques de Dewesoft sont échantillonnées bien au-delà de la fréquence d'échantillonnage sélectionnée par l'utilisateur pour leurs entrées analogiques, mais sont précisément alignées sur l'axe temporel avec les entrées analogiques.

En outre, pour un grand nombre d'entrées numériques simples, le Dewesoft IOLITE propose un module d'entrées numériques à 32 voies. Ce modèle 32xDI, doté d'une connexion facile par borniers à vis et d'une alimentation par capteur, est idéal pour les applications d'acquisition de données et de contrôle à grand nombre de voies.

Tacho, RPM et capteurs d'angle

Les entrées SuperCounter de Dewesoft peuvent mesurer les valeurs de sortie RPM et angle des machines tournantes à partir d'une grande variété de capteurs RPM, de capteurs de vitesse et d'encodeurs. Par rapport aux compteurs standard, qui ne fournissent que des nombres entiers un échantillon plus tard (par exemple 1, 1, 2, 2, 3, 4), les SuperCounters peuvent extraire des valeurs très précises comme 1,37, 1,87, 2,37 entre les échantillons analogiques, et les synchroniser entièrement avec les voies analogiques. 

Ceci est réalisé en mesurant le temps exact du front montant du signal avec un compteur supplémentaire. Les SuperCounters Dewesoft fonctionnent sur une base de temps de 102,4 MHz, indépendante de la fréquence d'échantillonnage analogique.

Il existe plusieurs capteurs courants qui sont utilisés pour compter les événements, mesurer la vitesse, le régime, l'angle, etc. Il s'agit notamment de :

• Codeur avec 1, 2 ou 3 sorties (signal de remise à zéro A, B et Z)

• Impulsions linéaires et codeur d'impulsions

• Sonde tachymétrique optique (1 impulsion par tour) ; une vignette réfléchissante permet de calculer l'angle et le RPM.

• Capteur pour roue dentée avec dents manquantes (par exemple 60-2) ou dents doubles, CDM, CDM avec zéro, CDM avec TRG

Tous ces appareils peuvent être connectés au SuperCounter de Dewesoft et configurés facilement dans le logiciel. Les sorties sont parfaitement synchronisées avec les données analogiques également mesurées, ce qui permet de réaliser des applications avancées telles que les vibrations de rotation et de torsion, l'analyse de combustion, l'analyse d'ordre, l'équilibrage, les vibrations du corps humain, etc. 

Le logiciel Dewesoft X dispose d'une bibliothèque intégrée de capteurs typiques, mais aussi d'une base de données personnalisable que l'ingénieur peut utiliser pour créer de nouveaux capteurs, les nommer et les appeler à tout moment à l'avenir.

Spécifications générales du compteur