המונחים: Signal Conditioning

מיזוג אותות הוא הגשר חיוני בין פלטי חיישן גולמי לבין מערכת רכישת הנתונים.חיישנים בשטח מייצרים אותות כי הם לעתים קרובות חלשים, רועשים, לא לינארי, או לא עולים בקנה אחד עם דרישות קלט של ADC או בקר. מודול מיזוג מעבדים אלה דרך אחד או יותר שלבים: הדגימה, סינון, בידוד, לינאריזציה, וההמרות לתבנית סטנדרטית של הפלט הוא לספק תהליכים נקיים, יציבים, יציבים, המייצגים, יציבים, כלומר, כמות פיזית, המייצגת.

הגדלה מגבירה את אותות ברמה נמוכה - כגון אלה של thermocouples או מדפי זנים - למגוון המתאים לדיגיטליזציה.סינון מסיר רעש חשמלי ורכיבי תדר לא רצויים, שיפור יחס האות-לכאורה מספק שלבים גליקוניים ישירות, הגנה על אלקטרוניקה רגישה ממתחים גבוהים ושבר לולאות קרקע שגורמות לשגיאות מדידה.

בחירת מודול מיזוג האות הנכון הוא לא החלטה בגודל אחד - זה דורש הערכה שיטתית של מאפייני פלט חיישן, ארכיטקטורת מערכת, תנאים סביבתיים, ומגבלות עלות.הפסקות להלן לשבור את הגורמים הקריטיים הקובעים אם מודול יידרדר או יגביר את ביצועי רשת החיישן שלך.

בחירה ביקורתית קריטריה

תהליך הבחירה מתחיל בהבנה ברורה של החיישן עצמו והסביבה שבה הוא פועל. להלן הפרמטרים המרכזיים שאתה צריך לבדוק לפני ביצוע רכישה.

חיישנים סוג ו- Output Characteristics

כל כיתת חיישן מייצרת סוג ייחודי של אות חשמלי. a thermocouple מייצר מתח ברמה נמוכה (מיקרו וולט למילימטרים) שהוא מאוד תלוי טמפרטורה ולא לינארי. An RTD (טמפרטורה פשטנית Detector) משנה התנגדות עם טמפרטורה, לעתים קרובות הדורשת מקור או גשר סטנדרטי.

טווח Input ופתרון

טווח הקלט של מודול ההמיזוג צריך להתאים את הפלט בקנה מידה מלא של חיישן ללא קידוד או ריצוף. Aמודול עם טווח רחב מדי יגרום עיוות בקיצוניות, בעוד טווח רחב מדי עשוי לבזבז החלטה - במיוחד אם ADC משתמש במספר קבוע של ביטים.עבור חיישנים עם טווח תפוקה קטן מאוד, כגון thermocouples (למשל, ±10V טיפוסי עבור תקן זה חייב להיות מתאים ל-A) עבור תקן סטנדרטי עבור תקן של תקן של תקן זה (AFP) עבור תקן תמיכה (A) עבור תקן יעיל של תקן תמיכה).

דרישות סינון

אותות חיישן בעולם האמיתי מזוהמים על ידי רעש מקווי חשמל סמוכים, מכונות, התערבות רדיו-סינלית, ואפילו תנודות תרמיות בתוך החיישן עצמו.מודול ההמיזוג חייב לכלול מסננים מתאימים כדי לדכא רעש זה תוך שמירה על אותות של עניין. מסנן נמוך לוטש רעש גבוה ⁇ כאשר הכמות נמדדת משתנה לאט (למשל, ניטור טמפרטורה) או מסננים מיותרים הם במידת הצורך, כגון אותות מהירות לחתוך על ידי מסנן קלושט גבוה.

⁇

בידוד חשמלי הוא קריטי בסביבות תעשייתיות שבו הבדלים גדולים של מתח קיימים בין חיישנים לבין מערכת רכישת הנתונים. לולאות קרקעיות, הנגרמת על ידי מספר נקודות ריצוף בפוטנציאלים שונים, יכול להזריק עשרות תנודות של רעש משותף ולהוביל לקריאה לא מדויקת או נזקי ציוד. Isolation משתמשת בתחליפים, או הפיכה מפתה כדי לשבור את הנתיב החשמלי הישיר תוך כדי שידור אותות מסוכנים עם ממשקי לחץ אווירי אבטחה מתקדמים.

יכולת אספקה

מודולים של איתות דורשים מקור כוח יציב, בדרך כלל אספקת DC בטווח של 5-30 V. חלק מהמודולים לקבל טווח קלט רחב וכוללים הרגולטורים פנימיים, בעוד אחרים זקוקים ליחסי מתח מדויקים.בדוק את צריכת החשמל של המודול - במיוחד אם רשת החיישן מופעלת סוללות או משתמשת בסימן מופעל על ידי לולאה 4 מ"א לתצורה המופעלת לולאה, המודול חייב לצייר פחות מ-4 mA כדי לאפשר את ה-repera לפעול גם כן.

סביבתית ופיזית Constraints

מודולים הם לעתים קרובות פרוסים בתנאים קשים: טמפרטורה גבוהה, לחות, גזים קורוזיים, רטט, או הלם. גליון הנתונים צריך לציין טווח טמפרטורה הפעלה (בתעשייתי -40 מעלות צלזיוס ל +85 ° C, מורחב או צבאי), לחות יחסית (לא-condening), והגנת תוקפנות (דירוג IP עבור דחוסים) עבור מכונות ניידות או רוטט, לאמת את סובלנות המודולים (למשל, 5 טמפרטורות אחוריות).

יציבות ויציבות ארוכת טווח

הדיוק של האותות המוצבים תלוי במרכיבים הפנימיים של המודול - התנגדות מוקדמת, הפניות מתח, ומגברי טמפרטורה - כמו גם סחף טמפרטורה לאורך זמן וטמפרטורה. מפרטים אופייניים כוללים טעות, שגיאה התחלה, טעות ליניארית, ודיוק כללי כמו שיעור של קריאה או קנה מידה מלא. עבור מדידות (למשל, ניטור טמפרטורה במעבדה), לחפש עם טמפרטורה נמוכה (pcreative) נמוך יותר (p.com) נמוך יותר מאשר 0.

פרוטוקול סודיות ותקשורת

האות המות המוגדר חייב להיות מועבר למערכת רכישת הנתונים בצורה שניתן להעלות על הדעת.סוגים של פלט משותף כוללים מתח אנלוגי (0-10 V, ±10 V), אנלוגי (4–20A), פרוטוקולי תקשורת דיגיטליים כגון RS-485 (Modbus RTU), CAN אוטובוס, או Ethernet תעשייתי (PROFINET, EtherCAT) הם פשוט רגישים לרעש על פני זמן רב יותר; הם יכולים לקחת בחשבון את הגמישות גבוהה יותר ל- 4ALC.

התאמת מודולים לסוגים ספציפיים

קריטריונים כלליים הם חיוניים, אבל כל כיתה חיישן לכפות דרישות ייחודיות על מודול המיזוג.התתת הבאה מדגישה משפחות חיישן נפוצות ואת דרישות ההתניות הייחודיות שלהם.

המונחים:

ה-rmocouples מייצרים שינויים מתח קטנים מאוד לתואר - על סדר של 10-60 μV / ° C - והם מאוד לא לינארי. Aמיזוג מודול עבור thermocouples חייב לכלול a נמוך-noise, גבוה עלייה גבוהה עם תוספת של 100-1000. זה חייב גם לספק פיצוי צום צום קר (CJC) באמצעות חיישן טמפרטורה מדויקת במסוף כדי לתקן את ה-C מתאים (C) על ידי צומת Cup סטנדרטי).

RTDs ו Thermistors

גלאי טמפרטורה התנגדות (RTDs) ואת המrmist דורשים מקור נוכחי ציטוטים ובדרך כלל חיבור תלת-פעמי או ארבעה-wire כדי לבטל שגיאות התנגדות מובילות.מודול ההמיזוג חייב לספק מקור מדויק, נמוך-לא-נוז (TYpical 1 mA עבור RTDs) ומגבר בעל קצבה מינימלית למדידת המתח.

סטרין גאגס ו- Load Cells

מדפי סטרין כמעט תמיד מוגדרים בגשר חיטה.מודול ההושן חייב לספק מתח גשר יציב (בדרך כלל 2.5-10 V) ומגבר שונה עם דחייה נפוצה גבוהה של רבע-גשר, חצי-גשר, או תצורה מלאה של גשר צריך גם יישומים לכידת מלא של השלמת מודולים שונים.

חיישן מבוסס תדירות (Hall Effect, Magnetic Pickups)

חיישנים המדידה מהירות סיבובית, זרימה או מיקום ליניארי לעתים קרובות לייצר פלט תדר פרופורציה לכמות נמדדת.מודול ההמיזוג חייב לכלול גלאי אפס-קרוסינג, שימיט טריגר, או מארגן כדי להמיר את אות AC הגולמי לתוך רכבת הדופק הדיגיטלי נקי.עבור תדרים נמוכים מאוד או אותות אדפטציה נמוכה, מדבק עם סף מתאים יכול להיות נחוץ.

pH ו- Electrochemical Sensors

חיישני אלקטרוכימי מייצרים אותות מאוד גבוהה מאוד הדורשים מגבר עם זרם מוטה נמוך מאוד - לעתים קרובות בטווח picoampere. מודול ההמיזוג חייב לספק שלב קלט גבוה (בדרך כלל אלקטרומטר-דרגה FET מגבר) ולעתים קרובות כונן שמירה מפורש כדי לשמור על דיוק בסביבות גבוהות של pH אלקטרודות, המודול צריך לכלול טמפרטורה מתאימה עבור משוואות אלקטרוכימיות, כמו גם את הדחף אחד של הדחף באופן פעיל של המולקולות.

גורמי איכות הסביבה והתחזוקה

מעבר למפרטים הבסיסיים, אמינות לטווח ארוך תלויה עד כמה המודול מוגן מפני הסביבה התפעולית.יצרניות מודול לעתים קרובות לספק דירוגים ותעודות שנותנים אמון בהישרדות המוצר לאורך שנים של שירות.

דירוג הטמפרטורה הוא הפרמטר הסביבתי הקריטי ביותר. Aמודול המיועד לשימוש חיצוני באזורים קרים חייב לפעול ב -40 מעלות צלזיוס ללא הדבקה.בתוך ארון ליד מנוע, טמפרטורות יכולות לעלות על 60 מעלות צלזיוס. לבדוק הן טווח הטמפרטורה הממוקד והן טווח טמפרטורת המימן של המודול - מודולים מסוימים מתפזרים כמה וואט, העלאת הטמפרטורה הפנימית שלהם באופן משמעותי מעל האווירה הזומכת זהב הוא חשוב באותה מידה; ציפויים כימיים או מחסנים גבוה יותר (כד) לתאים לתאים לתאים (כדמים) או קומפקטיים (כדבנים) או קומפקטיים) חום גבוה יותר (כדבנים) חום (כדגני פלדה (כדגני פלדה (כדמים) או דחוסים) או דחוסים) לטמפרטורה גבוהה יותר) או דחוסים) או דחוסים) לטמפרטורה גבוהה יותר (מתקני פלדה (כדפסדפסדפסדפסדפסדמים) לטמפרטורה גבוהה יותר (מתקני פלדה (מתקני פלדה (כטרמין) או קומפקטיים) או קומפקטיים) לטמפרטורה גבוהה יותר (כטרנטיבות) לטמפרטורה גבוהה יותר) לטמפרטורה גבוהה יותר (כטרנטיבות) לטמפרטורה גבוהה יותר) לטמפרטורה גבוהה יותר (

מפרטים הירוטציה וההלם חיוניים ליישומים על כלי רכב, מכונות מסתובבות, או ליד ציוד תעשייתי כבד.חפש מודולים העומדים ב- MIL-STD-810 או סטנדרטים דומים לתנודות אקראית.בנוסף, דירוגים אלקטרומגנטית (EMC) - כגון IEC 61000-4x לחסינות לפירוק אלקטרוסטטי, שדות קורנים וטרנטים מהירים - הם חיוניים בסביבות רועשות עם מודול עם אבטחה גבוהה של EMC, למרות טיפול תרופתי תמיד פועל באופן קבוע, למרות כוננים אלקטרוסטטיים.

שילוב, קליברציה ובדיקה

בחירת המודול היא רק חצי המשימה; שילוב לתוך רשת החיישן דורש תכנון זהיר.קישוריות פיזית של המודול - מסופי D-sub, מחברים מעגליים M12 - חייב להתאים את הקנוניה שלך ולהבטיח קל שדה מתעתד.DIN-rail מודולים הם נפוצים בקבינט תעשייתי; יחידות עיקריות מתאימים פחות תצורה (אם רלוונטי) צריך לאפשר לך רווחים, להגדיר פילטרים, ללא פילטרים, פתחים, פילטרים, ללא פילטרים.

קליברציה היא חיונית כדי להבטיח שהפלט של המודול תואם לערך המדוייק האמיתי. OEM רבים מספקים תעודות ריצוף במפעל שניתן לעקוב אחר NIST. בתחום, עליך לבצע תגמול תקופתי באמצעות אות התייחסות ידוע או חיישן.חלק מהמודולים כוללים תכונות מוכחות-in-in-in-in-test-in-in-in-in-in-in-test-in-in-in-in-test החלמותת מתח פנימי מדויק, המאפשר אימות מהיר.

לפני הפריסה, ספסל-test את כל שרשרת האותות - רגיש, מודול מיזוג, כבל ומכשיר רכישת נתונים - באמצעות גירוי מבוקר (למשל, מקור טמפרטורה calibrated או מתנגד shunt) למדוד את הפלט במספר נקודות ולהשוות לערכים הצפויים. לשים לב ליישב זמן לאחר כוח וכל התנהגות transient כאשר מעברים את התוצאות כבסיס לאבחון עתידי.

מגמות מתפתחות ב-Destion Conditioning

הגישה המסורתית של מיזוג אנלוגי היא משלימה ובמקרים מסוימים הוחלף על ידי מודולים דיגיטליים חכמים המשלבים ADC, סינון דיגיטלי, לינאריזציה ותקשורת על שבב יחיד.מודולים אלה ניתן להגדיר באמצעות תוכנה על אוטובוס, צמצום הצורך הגדרות קופץ ידנית ופשטת ההתקנה. לדוגמה, משדר אוניברסלי מטפל כעת thermocouple, RTDV, mV, mA ו- mA עם קלטות באופן אוטומטי.

מודולים לניידות אלחוטיים צוברים מתחננים ביישומים מרוחקים של IIoT.יחידות המופעלות על סוללות משלבות חזית נינוח מדויקת עם רדיו בעל כוח נמוך (למשל, Bluetooth Low Energy, LoRaWAN, או IEEE 802.15.4), המאפשרים לחיישנים להיות ממוקמים היכן ש-Swiring הוא יקר או לא עקבי זמן, עם זאת, תשומת לב זה חייב להיות משולם לצריכת חשמל, עדכון, איכות הסביבה ועוד אינטגרציה יכול עכשיו לזהות את היכולת של קיבולת קצר של חיישן פתוח.

עבור יישומים מהירים, כגון ניתוח רטט ניטור בריאות מכונה, מערך השערים המאפשרים שדה (FPGAs) משמשים יותר ויותר בתוך מודולים מתניות לביצוע סינון דיגיטלי בזמן אמת, מהיר Fourier Transform, וניתוח המעטפה.מודולים אלה מחוץ לעיבוד מן הבקר הראשי ולספק זרם נתונים מותנה, נמוך-latency. בעת בחירת מודול, לשקול אם גישה מסורתית או גישה אנלוגיה חכמה, מתאים לאמינות המודולטית שלך, מתאים יותר, ותכונות המורכבות של המערכת שלך.

מסקנה

בחירת מודול מיזוג האות המתאים הוא החלטה רב פנים כי ישירות משפיע על הדיוק, האמינות, ושמירה על יכולת של רשת חיישן שלך.התחל על ידי לאפיין ביסודיות את הפלט של החיישן שלך ואת דרישות קלט המערכת שלך. ולאחר מכן להעריך מודולים המבוססים על הקריטריונים המפורטים לעיל: טווח קלט, סינון, בידוד, כוח, איכות, דיוק, ופרוטוקול הפלט. להתאים את המודול לטיפוס הספציפי - קומול, מדידה, מדידה אלקטרו-כימית, כדי להבטיח את התקני אבטחה, בדיקה מתאימה, או ניתוח אבטחה, לאחר מכן, בדיקה מתאימה, או ניתוח אבטחה, בדיקה מתאימה, לאחר מכן, בדיקה סטנדרטית.