Cos'è la Tecnologia dei Sensori TEDS IEEE 1451.4?

Cos'è TEDS?

“TEDS” è un acronimo che sta per datasheet elettronico del trasduttore. È un modo standardizzato di memorizzare le informazioni chiave su trasduttori, sensori e attuatori.

TEDS consente ai sensori di agire in modo veramente "plug and play", eliminando parzialmente o totalmente gli inserimenti manuali dei dati durante la configurazione e assicurando che vengano applicate le impostazioni corrette. Potreste sentirli chiamare anche "sensori intelligenti".

Immagina una minuscola EEPROM non volatile installata all'interno del sensore stesso che contiene informazioni come:

• Tipo di Sensore

• Numero di Serie

• Nome del Modello

• Data di Calibrazione

• Nome del Produttore

Queste informazioni possono essere lette dal sistema di misura quando il sensore è collegato, semplificando la configurazione del sensore stesso. Maggiori informazioni verranno fornite nella sezione successiva.

TEDS è stato sviluppato dall'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) come parte del loro standard "trasduttore intelligente" per sensori e attuatori. Lo standard definisce il protocollo di comunicazione digitale per la lettura e la scrittura dei dati sui sensori. Per informazioni più approfondite, fate riferimento a IEEE Std 1451.4 (2004)™, a volte indicato semplicemente come IEEE 1451.

Poiché è uno standard aperto, i dispositivi TEDS dovrebbero essere multipiattaforma e intercambiabili indipendentemente dal produttore. Informazioni tecniche approfondite sono disponibili presso IEEE all'indirizzo P1451.4 - Standard per un'interfaccia trasduttore intelligente per sensori e attuatori - Protocolli di comunicazione a modalità mista e formati TEDS (Transducer Electronic Datasheet).

Classi di Dispositivi TEDS

Esistono due classi di dispositivi IEEE 1451.4 TEDS:

• I Dispositivi di Classe 1 utilizzano gli stessi cavi sia per i segnali analogici che per la comunicazione digitale TEDS. In questo caso non c'è interferenza, perché per leggere i dati digitali dall'EEPROM del TEDS non si accede al TEDS durante l'acquisizione ma quando l'uscita del sensore è temporaneamente polarizzata in senso inverso.

• I Dispositivi di Classe 2 utilizzano cavi separati per il segnale analogico e la comunicazione digitale TEDS. Questo è piuttosto comune quando il chip TEDS viene aggiunto a un sensore che originariamente non ne aveva uno.

La flessibilità del TEDS è dimostrata dal suo supporto di protocolli di comunicazione in modalità mista come la Classe 1 e la Classe 2 sopra indicate. I sistemi DAQ Dewesoft possono leggere entrambe le classi di sensori TEDS.

Dai un'occhiata ai moderni sistemi di acquisizione dati digitali di Dewesoft che presentano completa compatibilità TEDS

Qual è lo Scopo del TEDS?

Immagina di essere un ingegnere di test e di impostare un test modale. Devi collegare 100 accelerometri a un sistema di misura. Dopo aver effettuato i collegamenti fisici, è necessario lanciare il software del sistema DAQ e configurare ogni sensore individualmente, selezionando il guadagno corretto, immettendo le unità ingegneristiche, applicando il fattore di scala e forse offset appropriato, nominando ciascun canale e altro ancora.

Questo richiederà ore di scrupolosi rinvii avanti e indietro tra la scheda tecnica di ciascun sensore e il software del sistema DAQ, e talvolta il tracciamento dei cavi di segnale dal sensore al sistema DAQ per assicurarsi che nessuno sia stato scambiato. Questo tipo di lavoro manuale e di scrittura dei dati è costoso in termini di tempo (e quindi denaro) ed è anche soggetto a errori.

Adesso immagina uno scenario molto diverso. Colleghi ogni accelerometro. Il software del sistema di acquisizione dati comunica automaticamente con il sensore e legge le informazioni TEDS. Abbina quel sensore a un database di sensori integrato, quindi imposta il canale in modo completamente automatico, applicando correttamente la scalatura e le unità ingegneristiche, il guadagno del condizionatore di segnale e altre impostazioni. Il lavoro che avrebbe richiesto ore, senza la tecnologia TEDS, è improvvisamente ridotto a pochi minuti.

Gli scopi principali del TEDS sono risparmiare tempo, risparmiare denaro ed eliminare gli errori umani. L'uso del TEDS aiuta anche con i requisiti di calibrazione ISO 9001 e QS 9000.

Il TEDS Limita le Prestazioni del Sensore?

Il chip TEDS non ha alcun effetto negativo sulle prestazioni di un sensore. I chip stessi sono piccoli e aggiungono pochissima massa al sensore, quindi nel caso di accelerometri in cui la massa del sensore risulta una caratteristica non trascurabile, o quando il sensore è troppo piccolo, il chip può essere integrato nel connettore, quindi non ci sono problemi.

Come accennato in precedenza, nei dispositivi TEDS di Classe 1 la stessa linea di segnale che il sensore utilizza per emettere i suoi dati trasporta anche le informazioni TEDS. Ma ancora una volta questo non interferisce con i segnali, perché il chip TEDS viene letto dai condizionatori di segnale del sistema DAQ solo quando il sensore non viene utilizzato per misurare i dati, ad esempio, durante la configurazione del sistema, quando viene utilizzata brevemente una tensione di polarizzazione inversa per leggere o scrivere sul chip.

Quali Parametri Possono Essere Memorizzati in un Chip TEDS?

Lo standard TEDS definisce più sezioni di informazioni che possono essere memorizzate sul chip. Inoltre, definisce numerosi modelli che vengono utilizzati per vari tipi di sensori e per contenere le informazioni di calibrazione.

Le quattro informazioni TEDS di base sono:

1. TEDS di base (64 bit)

2. Modelli standard (Da 25 a 39 e 43)

3. Modelli di calibrazione (40-42)

4. Utente TEDS

Diamo un'occhiata a ciascuno di questi quattro tipi:

A seguito di queste informazioni di base compare poi un ID al modello di sensore standard appropriato, numerato da 25 a 39 e 43:

Ad esempio, il formato 36 per le termocoppie si presenta con le seguenti variabili:

Quindi, abbiamo un riferimento ID a uno dei tre modelli di calibrazione standard, numerati da 40 a 42.

Quali Sensori Possono Essere Dotati di TEDS?

Ogni sensore può essere dotato di TEDS. Potresti pensare che ci siano alcuni sensori così piccoli da non poter contenere la EEPROM al loro interno, il che è vero. Inoltre, ci sono sensori, come accelerometri molto piccoli, le cui prestazioni sarebbero influenzate negativamente dalla massa aggiuntiva di una EEPROM. Esistono anche sensori progettati per essere utilizzati in ambienti estremi che l'EEPROM non potrebbe sopportare.

È tutto vero, ma la EEPROM può essere installata alternativamente nel connettore (o talvolta nel cavo) che si collegherà al sistema DAQ. Pertanto, anche il più piccolo accelerometro può essere adattato per TEDS, perché l'EEPROM non è all'interno del sensore, ma è all'interno del connettore dove non può influenzare il sensore ed è separato dall'ambiente ostile.

Allo stesso tempo, ci sono casi in cui l'aggiunta di TEDS potrebbe non avere senso. Ad esempio, stai usando solo una comune termocoppia nei tuoi test: vale il tempo e gli sforzi per aggiungervi TEDS? Forse no.

Il bello della tecnologia TEDS è che puoi applicarla in un modo che abbia senso per te e per il tuo ambiente di test. Puoi realizzare il tuo sistema come preferisci ed avere una qualsiasi combinazione di sensori, TEDS e non TEDS.

Quali Sensori Sono più Comunemente Dotati di TEDS?

• Accelerometro

• Microfono

• Sensore di Pressione

• Sensore di Forza

• Cella di Carico

• Sensore di Coppia

• Sensore MEMS di ogni tipo

Ma è importante notare che qualsiasi sensore può essere dotato di TEDS. Quanto sopra sono semplicemente i più comunemente riscontrati.

Come Funziona il TEDS nei Sistemi DAQ Dewesoft?

L'interfaccia TEDS è abilitata come impostazione predefinita nel software di acquisizione dati DewesoftX perché i chip TEDS sono installati anche negli adattatori Dewesoft DSI (Dewesoft Smart Interface).

Quando un sensore TEDS è collegato al sistema di acquisizione dati Dewesoft, è possibile aprire la schermata di configurazione del canale e vedere le informazioni di calibrazione dal sensore, nonché la scalatura, il numero di serie, ecc...

Questo sarebbe già di grande aiuto con qualsiasi sistema DAQ perché elimina la necessità di fare riferimento a documenti cartacei e potenzialmente confondere un sensore con un altro. Ma questo è solo l'inizio dei vantaggi di un sistema Dewesoft, perché Dewesoft X ha un database di sensori TEDS integrato che popola automaticamente i dati di tutti i sensori TEDS che colleghi al sistema!

Estensione del TEDS memorizzando le impostazioni del condizionatore di segnale DAQ

Il software DAQ DewesoftX abbina i sensori esistenti con i loro identificatori univoci all'interno del database dei sensori, che mantiene aggiornato. Inoltre, è possibile definire esattamente come impostare l'hardware del condizionatore di segnale Dewesoft quando ogni sensore è collegato ad esso.

L'implementazione Dewesoft del TEDS va oltre la semplice identificazione del segnale e l'applicazione del corretto ridimensionamento: in realtà consente di configurare l'hardware DAQ automaticamente in base alle impostazioni, ogni volta che si collega il sensore.

Ci sono due giocatori in questa squadra: il sensore e il condizionatore di segnale. Devono essere abbinati non solo in termini di funzionalità, ma in termini di impostazioni. Le impostazioni di guadagno del condizionatore di segnale devono corrispondere al livello di uscita del sensore, giusto? E questo è solo un parametro. Quindi la tecnologia TEDS stessa è solo metà della battaglia.

Il principale vantaggio del modo in cui i sistemi DAQ Dewesoft implementano TEDS è che oltre ai dati del sensore, vengono memorizzate tutte le impostazioni dell'amplificatore (gamma, tipo di ingresso, filtro, tensione di eccitazione, ecc.).

Altri l'hanno provato creando modelli proprietari. Ma Dewesoft mantiene lo standard sfruttando il fatto che più modelli possono essere scritti su un singolo chip. Dewesoft, prima, scrive il modello standard che mantiene i sensori compatibili con qualsiasi altro sistema DAQ. Quindi, vengono scritti uno o più modelli aggiuntivi che consentono di scrivere e recuperare tutte le impostazioni rilevanti del condizionatore di segnale dai sistemi Dewesoft.

Nella sezione TEDS della schermata di configurazione di Dewesoft X possiamo vedere questi modelli multipli:

È possibile modificare il sensore facendo clic sul simbolo del lucchetto nell'angolo superiore destro di questa sezione. I responsabili dei test possono anche impostare una password per impedire a determinati utenti di scrivere informazioni TEDS nel chip.

Modifica delle Unità Ingegneristiche

Forse ti starai chiedendo se il TEDS fissa l'unità ingegneristica che il produttore ha definito. Ad esempio, per l'accelerazione, potresti preferire lavorare in [g] piuttosto che in [m/s2], o viceversa. Gli ingegneri americani potrebbero preferire Fahrenheit a Celsius per le letture della temperatura e così via.

Questo in realtà non è affatto un problema perché, sebbene il software DewesoftX sia basato sulle unità SI standardizzate per le misure, offre anche una comoda conversione in altre EU tramite un menù a tendina. Quindi, anche se il tuo nuovo accelerometro TEDS si imposta in [m/s2], puoi semplicemente selezionare [g], e poi scriverlo sul modello, in modo che g sarà usato d'ora in poi con questo sensore. È possibile definire più modelli per ogni sensore e ciascuno può essere diverso in base alle proprie esigenze.

Dewesoft ha recepito completamente lo standard TEDS, ma ha anche aggiunto la possibilità di salvare le impostazioni del condizionatore di segnale, consentendo la completa automazione della configurazione del canale.

Case Study TEDS

Roberto Basti è a capo del laboratorio di metrologia presso il Marine Technology Research Institute di Roma, Italia. Dopo la sua lunga esperienza con sensori TEDS e sistemi DAQ Dewesoft come SIRIUS e DEWE-43, ha commentato:

"Il nostro lavoro è cambiato quando abbiamo appreso della tecnologia TEDS. Eravamo abituati a fornire i dati di calibrazione agli ingegneri sul campo per eseguire la misura, ma ora possiamo facilmente memorizzare questi dati direttamente in ogni sensore in modo che possano concentrarsi sul test senza la necessità di preoccuparsi dei parametri di calibrazione. Ci piace così tanto questa funzionalità che abbiamo installato il chip TEDS praticamente su ogni sensore che abbiamo."

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Posso Aggiungere il TEDS ai Miei Sensori Non TEDS?

In una parola, si. Sul mercato sono disponibili piccoli chip TEDS, come il chip DS24B33 di Maxim, che ha abbastanza NVRAM per memorizzare le impostazioni dell'amplificatore oltre a tutte le normali informazioni del sensore e del trasduttore. Questi chip in genere costano solo pochi euro.

Il condizionatore di segnale STG Dewesoft ha una linea di ingresso TEDS dedicata che può essere collegata direttamente all'uscita del chip TEDS.

Spesso è più conveniente installare il chip TEDS all'interno del connettore del sensore, piuttosto che all'interno del sensore stesso. Prendi un estensimetro, ad esempio: un pezzo piatto di substrato di alluminio non ha "interno". Ma di solito ha un connettore DSUB relativamente grande che si collega al condizionatore di segnale del sistema DAQ. Questo è il luogo perfetto per installare il piccolo chip TEDS TO-92.

Il chip TEDS può essere programmato con le informazioni del sensore utilizzando il software di acquisizione dati Dewesoft X o l'editor TEDS gratuito disponibile in Dewesoft.

Vantaggi TEDS

• Tempi di set-up più rapidi e quindi costi ridotti

• Elimina gli errori di cablaggio

• Migliora l'integrità dei dati eliminando gli errori di configurazione dovuti alla selezione del sensore sbagliato o alla scrittura di valori di calibrazione errati

• Più canali si hanno in un test, maggiore è il vantaggio fornito dal TEDS

• Eliminare il noioso inserimento manuale migliora il morale e garantisce l'accuratezza

• L'automazione migliora la ripetibilità dei test

• Il TEDS è uno standard aperto

• I sensori TEDS possono comunque essere utilizzati nei sistemi DAQ datati che non dispongono di alcuna funzionalità TEDS

• Consente la registrazione dei dati di calibrazione in conformità con ISO 9001 e QS 9000

Riepilogo

TEDS è una notevole tecnologia che diventa estremamente utile quando viene utilizzato un gran numero di sensori. È un chip minuscolo che può essere installato in qualsiasi tipo di sensore, all'interno del connettore o del cavo. Elimina la noiosa configurazione manuale del sensore e del canale, risparmiando tempo e denaro e riducendo in tal modo l'errore umano.

È uno standard collaudato multipiattaforma e supportato da centinaia di sensori e produttori di sistemi DAQ. Il supporto ai TEDS è standard nel software DAQ DewesoftX e che viene utilizzato su tutta la linea di prodotti Dewesoft.

Dai un'occhiata ai moderni sistemi di acquisizione dati digitali di Dewesoft che presentano completa compatibilità TEDS