O que é a tecnologia de sensor TEDS IEEE 1451.4?

O que é TEDS?

“TEDS” é um acrônimo que significa transdutor eletrônico folha de dados. É uma maneira padronizada de armazenar informações importantes sobre transdutores, sensores e atuadores.

O TEDS permite que os sensores atuem de maneira verdadeiramente “plug and play”, eliminando algumas ou todas as entradas manuais durante a configuração e garantindo que as configurações corretas sejam aplicadas. Você pode ouvi-los também chamados de “sensores inteligentes”.

Imagine uma pequena EEPROM não volátil instalada dentro do próprio sensor que contém informações como:

• Tipo de sensor

• Número de série

• Nome do modelo

• Dados de calibração

• Nome do fabricante

Essas informações podem ser lidas pelo sistema de medição quando o sensor é conectado, simplificando a configuração do sensor. Mais sobre isso na próxima seção.

O TEDS foi desenvolvido pelo Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) como parte de seu padrão de “transdutor inteligente” para sensores e atuadores. O padrão define o protocolo de comunicação digital para leitura e gravação de dados em sensores. Para obter informações detalhadas, consulte o IEEE Std 1451.4 (2004) ™, às vezes chamado simplesmente de IEEE 1451.

Por ser um padrão aberto, os dispositivos TEDS devem ser multiplataforma e intercambiáveis, independentemente do fabricante. Informações técnicas detalhadas estão disponíveis no IEEE em P1451.4 - Padrão para uma interface de transdutor inteligente para sensores e atuadores - protocolos de comunicação de modo misto e formatos de folha de dados eletrônicos do transdutor (TEDS).

Classes de dispositivos TEDS

Existem duas classes de dispositivos IEEE 1451.4 TEDS:

• Os dispositivos Classe 1 usam os mesmos fios para os sinais analógicos e a comunicação digital TEDS. Não há interferência porque o TEDS não é acessado durante a aquisição quando a saída do sensor é temporariamente polarizada reversa para ler os dados digitais do TEDS EEPROM.

• Os dispositivos Classe 2 usam fios separados para o sinal analógico e comunicação digital TEDS. Isso é comum quando um chip TEDS foi adicionado a um sensor que originalmente não tinha um.

A flexibilidade do TEDS é demonstrada por seu suporte a protocolos de comunicação de modo misto, como Classe 1 e Classe 2 acima. Os sistemas Dewesoft DAQ podem ler ambas as classes de sensores TEDS.

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Qual é o objetivo do TEDS?

Imagine que você é um engenheiro de teste e está configurando um teste modal. Você tem que conectar 100 acelerômetros a um sistema de medição. Depois que as conexões físicas são feitas, você deve executar o software do sistema DAQ e configurar cada sensor individualmente, selecionando o ganho correto, inserindo as unidades de engenharia, aplicando a escala adequada e talvez fatores de deslocamento, nomeando cada canal e muito mais.

Isso levará horas de consultas meticulosas e para trás entre a folha de dados de cada sensor e o software do sistema DAQ e, às vezes, rastreando cabos de sinal do sensor para o sistema DAQ para garantir que nenhum foi trocado. Esse tipo de trabalho manual e entrada de dados custa tempo (e, portanto, dinheiro) e também está sujeito a erros.

Agora imagine um cenário muito diferente. Você conecta cada acelerômetro. O software do sistema de aquisição de dados se comunica automaticamente com o sensor e lê as informações do TEDS. Ele combina esse sensor com um banco de dados de sensor integrado e, em seguida, configura o canal de forma totalmente automática, aplicando as unidades de escala e engenharia corretas, ganho de condicionador de sinal e outras configurações. O trabalho que teria levado horas sem a tecnologia TEDS é repentinamente reduzido a minutos.

Economizar tempo, economizar dinheiro e eliminar erros humanos são os principais objetivos do TEDS. Também ajuda com os requisitos de calibração ISO 9001 e QS 9000.

O TEDS prejudica o desempenho do sensor?

O chip TEDS não tem efeito adverso no desempenho de um sensor. Os próprios chips são minúsculos e adicionam muito pouca massa ao sensor, portanto, no caso de acelerômetros onde a massa do sensor é um fator, ou quando o sensor é muito pequeno, o chip pode ser integrado ao conector, então não há problema.

Conforme mencionado acima, em dispositivos TEDS Classe 1, a mesma linha de sinal que o sensor usa para emitir seus dados também carrega as informações TEDS. Mas, novamente, isso não interfere com os sinais porque o chip TEDS só é lido pelos condicionadores de sinal do sistema DAQ quando o sensor não está sendo usado para medir dados, por exemplo, durante a configuração do sistema, quando uma tensão de polarização reversa é usada brevemente durante a configuração do sistema para ler (ou escrever) no chip.

Quais parâmetros podem ser armazenados em um chip TEDS?

O padrão TEDS define várias seções de informações que podem ser armazenadas no chip. Além disso, ele define vários modelos que são usados para vários tipos de sensores e para conter informações de calibração.

Os quatro tipos básicos de informações TEDS:

1. TEDS básicos (64 bits)

2. Modelos Padrão (25 a 39 e 43)

3. Modelos de Calibração (40-42)

4. TEDS do usuário

Vejamos cada um desses quatro tipos:

Seguindo essas informações TEDS básicas, há uma referência de ID para o modelo de sensor padrão apropriado, numerado de 25 a 39 (mais 43):

Você pode estar se perguntando como são esses modelos de sensor, então vamos dar uma olhada em um dos menores:

Então, temos uma referência de ID para um dos três modelos de calibração padrão, numerados de 40 a 42.

Finalmente, há uma área do usuário, onde informações adicionais podem ser adicionadas pelo usuário ou pelo sistema DAQ. A Dewesoft tira total proveito disso e também de seu próprio banco de dados de sensores conectados ao TEDS, como explicaremos a seguir.

Quais sensores podem ser equipados com TEDS?

Cada sensor pode ser equipado com TEDS. Você pode estar pensando que existem alguns sensores tão pequenos que a EEPROM não pode ser contida dentro deles, o que é verdade. Além disso, existem sensores, como acelerômetros muito pequenos, cujo desempenho seria adversamente afetado pela massa adicional de um EEPROM. Também existem sensores projetados para serem usados ​​em ambientes extremos que a EEPROM não poderia suportar.

Tudo isso é verdade, mas a EEPROM pode ser instalada alternativamente no conector (ou às vezes no cabo) que será conectado ao sistema DAQ. Portanto, mesmo o menor acelerômetro pode ser adaptado para TEDS, porque o EEPROM não está dentro do sensor, mas está dentro do conector, onde não pode afetar o sensor e está separado do ambiente hostil.

Ao mesmo tempo, há casos em que adicionar TEDS pode não fazer sentido. Por exemplo, você está usando apenas um termopar comum em seus testes - vale a pena investir tempo e esforço para adicionar TEDS a ele? Talvez não.

A beleza da tecnologia TEDS é que você pode aplicá-la de uma forma que faça sentido para você e seu ambiente de teste. Seu sistema pode ser qualquer combinação de sensores TEDS e não TEDS de sua preferência.

Quais sensores são mais comumente equipados com TEDS?

• Acelerômetros

• Microfones

• Sensores de pressão

• Sensores de força

• Células de carga

• Sensores de torque

• Sensores MEMS de muitos tipos

Mas é importante observar que qualquer sensor está equipado com TEDS. Os itens acima são simplesmente os mais comumente encontrados.

Como o TEDS funciona nos sistemas Dewesoft DAQ?

A interface TEDS é habilitada por padrão no software de aquisição de dados DewesoftX porque os chips TEDS também são instalados nos adaptadores Dewesoft DSI (Dewesoft Smart Interface).

Quando um sensor TEDS é conectado ao seu sistema de aquisição de dados Dewesoft, você pode abrir a tela de configuração do canal e ver as informações de calibração do sensor, bem como a escala, número de série, etc.

Isso já seria uma grande ajuda com qualquer sistema DAQ, pois elimina a necessidade de consultar documentos em papel e, possivelmente, confundir um sensor com outro. Mas este é apenas o começo das vantagens de um sistema Dewesoft porque Dewesoft X tem um banco de dados de sensores TEDS integrado que preenche automaticamente os dados de todos e quaisquer sensores TEDS que você conectar ao sistema!

Estendendo os TEDS pelo armazenamento das configurações do condicionador de sinal DAQ

O software DewesoftX DAQ combina sensores existentes com seus identificadores exclusivos no banco de dados de sensores, que ele mantém atualizado. Além disso, você pode definir exatamente como deseja que o hardware condicionador de sinal Dewesoft seja configurado quando cada sensor for conectado a ele.

A implementação de TEDS da Dewesoft vai além de simplesmente identificar o sinal e aplicar a escala correta - na verdade, permite que o hardware DAQ seja configurado de acordo com suas configurações, toda vez que você conectar o sensor, automaticamente.

Existem dois integrantes nesta equipe: o sensor e o condicionador de sinal. Eles devem ser combinados não apenas em termos de função, mas em termos de suas configurações. As configurações de ganho do condicionador de sinal devem corresponder ao nível de saída do sensor, certo? E esse é apenas um parâmetro. Portanto, a tecnologia TEDS em si é apenas metade da batalha.

A principal vantagem de como os sistemas Dewesoft DAQ implementam TEDS é que, além dos dados do sensor, todas as configurações do amplificador (faixa, tipo de entrada, filtro, tensão de excitação etc.) são armazenadas.

Outros tentaram isso criando modelos proprietários. Mas a Dewesoft mantém o padrão aproveitando a vantagem do fato de que vários modelos podem ser gravados em um único chip. Dewesoft escreve primeiro o modelo padrão que mantém seus sensores compatíveis com qualquer outro sistema DAQ. Em seguida, um ou mais modelos adicionais são gravados, permitindo que todas as configurações relevantes do condicionador de sinal sejam gravadas e recuperadas pelos sistemas Dewesoft.

Na seção TEDS da tela de configuração do Dewesoft X, podemos ver estes vários modelos:

Você pode editar o sensor clicando no símbolo de cadeado no canto superior direito desta seção. Os gerentes de teste também podem definir uma senha para impedir que certos usuários gravem informações TEDS no chip.

Mudança de unidades de engenharia

Você pode estar se perguntando se o TEDS bloqueia você na UE (unidades de engenharia) que o fabricante do sensor definiu. Por exemplo, para aceleração, você pode preferir trabalhar em [g] em vez de [m / s2], ou vice-versa. Os engenheiros americanos podem preferir Fahrenheit a Celsius para leituras de temperatura e assim por diante.

Na verdade, isso não é nenhum problema porque, embora o software DewesoftX seja baseado nas unidades SI padronizadas para medições, ele também oferece uma conversão conveniente do menu suspenso para outros EUs. Portanto, mesmo que o seu novo acelerômetro TEDS se configure em [m / s2], você pode simplesmente selecionar "g" e, em seguida, escrevê-lo no modelo, de forma que g seja usado a partir de agora com este sensor. Vários modelos podem ser definidos para cada sensor, e cada um pode ser diferente de acordo com suas necessidades.

Dewesoft adotou o padrão TEDS totalmente, mas também adicionou a capacidade de salvar as configurações do condicionador de sinal, permitindo a automação completa da configuração do canal.

Estudo de caso TEDS

O Sr. Roberto Basti é chefe do Laboratório de Metrologia do The Marine Technology Research Institute em Roma, Itália. Após sua longa experiência com sistemas TEDS e Dewesoft DAQ como SIRIUS e DEWE-43, ele comentou:

"Nosso trabalho mudou quando aprendemos sobre a tecnologia TEDS. Estávamos acostumados a fornecer dados de calibração aos engenheiros de campo para realizar a medição, mas agora podemos armazenar facilmente esses dados diretamente em cada sensor para que eles possam se concentrar no teste sem a necessidade de nos preocupamos com os parâmetros de calibração. Gostamos tanto dessa funcionalidade que instalamos o chip TEDS em praticamente todos os sensores que temos. "

Posso adicionar TEDS aos meus sensores não TEDS?

Em uma palavra, SIM. Chips Tiny TEDS estão disponíveis no mercado, como o chip DS24B33 da Maxim, que tem NVRAM suficiente para armazenar as configurações do amplificador, além de todas as informações normais do sensor e do transdutor. Esses chips normalmente custam apenas alguns dólares americanos ou euros.

O condicionador de sinal Dewesoft STG tem uma linha de entrada TEDS dedicada que pode ser conectada diretamente à saída do chip TEDS.

Muitas vezes funciona melhor instalar o chip TEDS dentro do conector do sensor, em vez de dentro do próprio sensor. Pegue um medidor de tensão, por exemplo - um pedaço plano de substrato de folha não tem "dentro". Mas geralmente tem um conector DSUB relativamente grande que se conecta ao condicionador de sinal do sistema DAQ. Este é o lugar perfeito para instalar o minúsculo chip TEDS TO-92.

O chip TEDS pode ser programado com as informações do sensor usando o software de aquisição de dados Dewesoft X ou o editor TEDS gratuito disponível na Dewesoft.

Vantagens do TEDS

• Tempo de configuração mais rápido e, portanto, custos reduzidos

• Elimina erros de fiação

• Melhora a integridade dos dados eliminando erros de configuração devido à seleção do sensor incorreto ou à inserção de valores de calibração incorretos

• Quanto mais canais um teste tiver, maior será a vantagem que o TEDS oferece

• A eliminação da entrada manual entediante melhora o moral e garante a precisão

• Automação melhora a repetibilidade do teste

• TEDS é um padrão aberto

• Os sensores TEDS podem ser usados em sistemas DAQ legados que não têm nenhum recurso TEDS

• Permite a manutenção de registros de calibração em conformidade com ISO 9001 e QS 9000

TEDS virtuais

Para sensores existentes sem chips TEDS, também é possível implementar TEDS de forma virtual usando um banco de dados que o sistema DAQ pode acessar. Isso requer alguma intervenção manual para combinar cada sensor com seu identificador no banco de dados, mas também pode ser útil nos casos em que um grande número de sensores é usado.

Isso é conhecido como “TEDS virtuais” - uma biblioteca online de fichas de informações sobre sensores desenvolvida pela NI® (anteriormente National Instruments) que contém as mesmas informações que seriam encontradas em um sensor com um chip TEDS real dentro dele. A NI tem estado na vanguarda da promoção de TEDS virtuais.

Os TEDS virtuais podem ser implementados no nível do modelo, onde a calibração básica para um determinado modelo de sensores é usada, e no nível do número de série, onde os dados de calibração detalhados para cada sensor individual são inseridos em um banco de dados e usados para a configuração do sistema. O TEDS virtual não é tão automatizado quanto o TEDS real, mas tem vantagens sobre uma solução totalmente manual.

Resumo

O TEDS é um recurso poderoso extremamente útil quando um grande número de sensores é implantado. É um sensor minúsculo que pode ser instalado em qualquer tipo de sensor ou dentro do conector ou cabo desse sensor. Elimina a tediosa configuração manual do sensor e do canal, economizando tempo e dinheiro e reduzindo o erro humano ao fazê-lo.

É um padrão comprovado que é multiplataforma e suportado por centenas de sensores e fabricantes de sistemas DAQ. TEDS é uma parte padrão do software DewesoftX DAQ, que é usado em toda a linha de produtos Dewesoft.

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