תכנון מערכות ניטור חזקות אנליגנו-ל-Digital Converter (ADC) קצה עבור מערכות ניטור בשימוש בכריית ושמן קידוח פעולות דורש גישה ממושמעת כי הולך הרבה מעבר לאלקטרוניקה תעשייתית טיפוסית, טמפרטורות קיצוניות, רטט מתמשך, אבק מוליכים, גזים קורוזיביים, והתערבות אלקטרומגנטית חזקה שנמצאת בסביבות אלה יכול במהירות להרוס רכיבים סטנדרטיים.

האתגרים הייחודיים של Mining ו- Oil קידוח סביבה

לפני שמציינת רכיבים או הנחת מעגלים, מעצבים חייבים לאפיין באופן מלא את המתח הסביבתי כי הקצה הקדמי של ADC יתמודד עם שילוב של קיצוניות תרמיים, הלם מכני וחשיפה כימית היא נדירה מחוץ לתעשייה כבדה, והיא מגבילה ישירות את הביצועים ואת החיים.

טמפרטורה קיצונית ו Cycling

פעולות כרייה משטח יכולות לראות טמפרטורות מ -40 מעלות צלזיוס בחורף ליותר מ +60 ° C באור שמש ישיר. Inside קידוח rigs או ליד תא מנוע, טמפרטורות עשויות לעלות על +85 ° C. שינויים לא רק להשפיע על הסחף הפנימי של ADC ושגיאות מבהירות, אלא גם לחץ מפרקים ואריזות. עבור כל 10 מעלות צלזיוס, שיעור הטמפרטורות של צומת למחצה של מוליכים למחצה נפתח בערך על פני עיגולים קצרים וחום -125 מעלות צלזיוס - 000 ליטרים סטנדרטיים - 000 - 000 - 000 - 000 - 000 - 000 - 000 , ולכן יש צורך לתקן את הטמפרטורות מלאות לחץ על פני שטח - 000 .

« « « זעזוע, מתח מכני

ב Blasting במכרות פתוחות, קידוח סלעים, ופעולה רציפה של מכונות כבדות לייצר עומסים עד 50 גרם ו רטט פס רחב מ 10 הרץ עד כמה קילוהרץ, אנרגיה מכנית כזו יכולה לגרום לכישלון של קפקאים קרמיקה (פצחריקת השבבים), מגעים משוחררים מכווץ, ומודול את השעון המוצץ של ADC באמצעות אפקטים מיקרופוניים על quatzs (המנעהת) יש לתקן את רכיבי הציפוי תיבות של ריצוף שלה.

Contaminants: Dust, Moisture ו- Chemical Attack

קידוח בוץ, נוזלים הידראוליים, דיזל ממצה, מים מלוחים, אבק מינרלים (כולל גרפיטי גרפיט גרפיט בחלק מכרות) ליצור סביבה קורוזית והתנהלותית.אבק יכול להפקיד על עקבות חשופים וליצור נתיבים דליפים המחקים אותות ברמה נמוכה. Moisture, במיוחד כאשר בשילוב עם Ionic contaminants, להאיץ את ההגירה אלקטרוכימית (דזה) בין תכונות קוגניות גבוהות יותר, אך יש צורך בציפוי, כמו מכני, אך ורקד, כמו מכני, אך ורק כדי לספק הגנה מכנית, כולל תכונות מכניות, אך ורקמות, כולל תכונות מכניות, אך ורקמות, כולל תכונות מכניות, כגון, כולל תכונות מכניות, כולל תכונות מכניות, אך ורקמות, כולל תכונות מכניות, אך הן תכונות מכניות, אך הן יכולות לספק הגנה מכניות, אך הן יכולות לספק הגנה מכניות, אך הן תכונות מכניות, אך הן יכולות לספק הגנה מכניות, אך הן יכולות לספק הגנה מכניות, אך הן יכולות לספק הגנה מכניות, אך הן יכולות לספק הגנה מכניות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך הן יכולות לספק הגנה מכניות, אך הן יכולות לספק הגנה מכניות, אך ורקמות, כולל תכונות מכניות, אך ורקמות, אך

אלקטרומגנטי אינטרפי (EMI) ו- Ground Noise

כונן מגוון (VFDs), ממירים בעלי כוח גבוה, ומדר רדיו באתר השקיה או שלי מייצרים שדות אלקטרומגנטיים אינטנסיביים מ DC עד כמה מאות מגה-הרץ. לולאות קרקעיות בין חיישנים מרוחקים למחשב ניטור יכול להזריק מתחים נפוצים של עשרות תנודתיים בקו-כוח.ללא סינון זהיר ובודדות, הפרעות אלה עלולות להשחית את התוצאות של ADC ואפילו לא לגרום נזקי-ה, אפילו להגדרות בסיסיות.

עקרונות עיצוב עבור ADC Front Ends

עם הבנה של מדגישים, אנו יכולים כעת לבחון את בלוקי עיצוב הליבה שיש ליישם בכל קצה חזית ADC חזק.אלה כוללים מיזוג אות, סינון נגד-aliasing, הגנה קלט, ובחירה זהירה של ארכיטקטורת ADC.

המונחים: scing

חיישן 0 ביישומים כריית ומקדח - כגון מאיץ, לוחצים לחץ, thermocouples ומדני זנים - לעתים קרובות לייצר אותות חלשים, גבוהה-מספק כי חייב להיות מוגדל, מסונן, ועבר לתוך טווח ה- ADC של PCR / ACR) לחץ על טווח הפחתת ה- רזולוציה (<1 μV / Clan נמוך) ל- n=R> ) {\displaystyle ⁇ \a) ל-i=R.com v=R.

המונחים: Anti-Aliasing

גם אם אות החיישן איטי (למשל, קריאה טמפרטורה ב 1 הרץ), רעש גבוה ⁇ מ VFDs ו התערבות רדיו יכול לבלוט לתוך המשטח לאחר דגימה, הפקת שגיאות בלתי צפויות. A שני שלבים נגד הפליה בשלב זה מומלץ: מסנן RC פסיבי קלט (לספוג התפרצויות אנרגיה גבוהות) ואחריו אקטיביות נמוך עם מסנן נמוך יותר מ- 20 אינץ 'לא ל-Fert לתוך פילטרים מרובים, 000 âx יותר מאשר âx â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ â â ¢ â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢

הגנה על קבצים ו- ESD

בסביבות קשות, חוטי חיישן ניתן להכות על ידי גלימות מושרה ברק, בעיטות אינדוקטיבית ממנועי, או פריקה אלקטרוסטטית של אנשי הצוות.החזית ADC חייבת לשרוד חוזרת על עצמה > 15 אירועים kV ESD ללא נזק, כמו גם נמשך overvoltage עד ±30 V. ABA הגנה חזקה כוללת סדרה נגד (1 k ⁇ -10 k ⁇ ), טלוויזיות עקדימנטיקה, ו-SFextext זה חייב להיות סימן סטנדרטי ל-APTS.

טכניקות הרדיפת הסביבה

מעבר לתכנון המעגל, אריזה פיזית וניהול תרמי הם קריטיים לאמינות ארוכת טווח.הטכניקות הבאות מוכחות במתקנים כרייה ושמן קידוח.

Enclosures ו- Sealing

מודול החזית ADC צריך להיות שוכן במתחם NMA 4X או IP68 (מנוהל נגד אבק, גשם, וניקוי ההואש-למטה) אלומיניום או נירוסטה פלדה לספק הגנה סביבתית ו- EMI מגן.כל האפליקציות כבל חייבות להשתמש במחברים מעוקלים ברמה תעשייתית (למשל, M12 או M23 מחברים מעגליים עם דירוג IP67).

קידוד וחיתוך

יישום של ציפוי קונפורטיבי (Slicone, acrylic, או parylene) ל- PCB ההתאספו מונע לחות ואבק מ pinsing. for Extreme Conditions, הטמעת כל הלוח במתחם תרמי התנהגותי (למשל, epoxy עם oxide GHz) מספק את ההגנה הטובה ביותר נגד רטט וזיהום.

ניהול ארס

בסביבות עתירה גבוהה, ADC ו מעגלי התמיכה שלה לייצר הצטברות עצמית.ללא ניהול תרמי מתאים, טמפרטורות צומת יכול מהר יותר דירוג גבולות.שימוש של דרך תרמית, נחושת, ואפילו מעט כיור חום על חבילת ADC הם מועילים. in closeds, תרכובת חימום מוליכים חום או מפיץ חום כי הקיר יכול להפחית באופן משמעותי את הטמפרטורות פנימיות אם זה דורש קירור אווירי (C) אבל קירור מוצק של חומר קירור מקומי.

אסטרטגיות מתקדמות ל-Destgrity

גם עם תאורה זהירה ואריזות, הרעש החשמלי בסביבות כרייה ומקדח דורש טכניקות מתקדמות כדי לשמור על איכות האות.

⁇

(הבידוד הגלוני שובר לולאות קרקע ומספק אימפולס מולד גבוה הדוחק הבדלים אפשריים גדולים (עד כמה kV) ממריצים דיגיטליים המבוססים על הפיכה מגנטית או מגנטית (למשל, FLT:0TI ISO7240FLT:1) ניתן להשתמש בממשק הדיגיטלי (SPI, I2C, או U) בין ה- ADC ל-i-Fol (מבודד) ל-i-ADC) ל-DV.

מגן וקרקע

כל החזית- PCBend צריך להיות מטוס קרקע מוצק המחובר ל-ADC המתחם דרך רצועה בעלת השפעה נמוכה.פרד אנלוגיה ודיגיטלית פלחי קרקע על ה- PCB צריך להיות הצטרף בנקודה אחת מתחת ל- ADC כדי למנוע החלפת דיגיטלית ההפיכה לתוך עקבות אנלוגיים. עקבות אנלוגיות רגישות רגיש צריך להיות מעוקל על שכבות פנימיות בין מטוסים קרקעיים, וכל חיבורים חיצוניים (רגישים) חייבים להשתמש בזוגות ממוינים רק בזוגות ממוסגרים במכוון אחד.

עיצוב חשמל נמוך ללא רעש

(הדגשה של ADC היא הצומת הרגיש ביותר בכל רעש על ההתייחסות ישירות מוסיף לשגיאה המרה. השתמש בשפל (ראה FLT:0rmsph1) הפניה IC כגון FLT:2LT:2LTC6655FLT 3: אלא אם כן הוא מעדיף את זה מ הרגולטור בעל משקל נמוך (למשל, LT30 כי גם מעבורת רוחב פס רחב מעל לשרירים) ללא צורך בלחץ גבוה של כוח עליון (R) ועצימה) ועצימה גבוהה על ידי אימון על ידי דלקת רגל (R) ועצימה).

בחירה עבור אחריות ארוכת טווח

בחירת רכיבי ADC והתמיכה הנכונים היא עניין של איזון, מהירות, כוח, וחוספס.

אפשרויות ל-DC Architecture Choices

הצלחה-approximation-register (SAR) ADCs הם העורקים של ניטור תעשייתי עקב ההחלטה המתונה (12-16 ביטים), זמני המרה מהירים וכוח נמוך.הם מתאימים היטב עבור מערכות מרובות ערוצים מרובים.עבור רזולוציות גבוהות יותר (18–24 ביטים) במהירויות נמוכות יותר (למשל, זנים או thermocouples), דל-atrasigma (DC) ו-i) יכולות לעתים קרובות לפשטות של שעון אלקטרוניות (Digme) ו-i) לפשטות (Digacy) קידודים (Digme) ⁇ ) לפשטות (D.

התעשייה-Grade vs. Commercial Components

רכיבים מסחריים אינם מתאימים ל- כרייה או קידוח שמן.כל המכשירים הפעילים חייבים להיות מוגדרים כ"תעשייתיים" או "קטר" כיתה, עם טווחי טמפרטורה תפעוליים מוסמכים וביצועים מובטחים תחת לחץ מורחב.עבור פסיביים, להשתמש ב- X7R או X8R קרמיקה (לא X5R, אשר מאבד את היבול עם טמפרטורה), ו-Fol-film מדורג עבור 1 W או חום גבוה יותר כדי לספק מתח נפשי לפחות כדי לספק לחץ על ידי HIV2D2D.

חברים ו-Caling

הקישור החלש ביותר במערכות ניטור רבות הוא המחבר בין החיישן לבין החזית ADC. עבור סביבות קשות, השתמש מחברים מעגליים (M12/M23) או מחברים תעשייתיים מלבניים (למשל, הרטינג האן-סדרה) עם קליפות מתכת ומגעים מצופים זהב. Sealed Cablelands צריך לשמש היכן כבלים נכנסים לכבלים (לדוגמה, 10–20), לשקול שימוש במתח הנוכחי עם מומנטום מתכתי מתכת עם אותות מתכת, מאשר ברקמות כבל מוטמעומים, לעומת אטומיים מוטות, לעומת רעש מוטמעם, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, יש להשתמש בו יותר מאשר ברקתות נוגדות מתכתיתות מתכתיתות מתכת, כמו ברקתות מתכת.

בדיקות ואימות בתנאי הגילוח

עיצוב שעובד על ספסל מעבדה עשוי להיכשל בתחום.אימות מקיף הוא חיוני לפני הפריסה.

בדיקות חיים

בכפוף למודול הקדמי של ADC לרכבת טמפרטורה (- 40 ° C ל +125 ° C עם 15 ° C /min הרמפה שיעור) עבור 500 מחזורים או יותר. Monitor ADC מכווץ ולהשיג סחף במרווחים קבועים.בנוסף לבצע בדיקות רוטטציה (5 הרץ עד 2 kHz ב 5 g אקראי) תוך מדידה של רצפת הרעש של ADC כדי לזהות סימנים מיקרופוניים או כשל ביצועים מצביעים על צורך בשינויים עבור שינויים עיצוב.

סקר מתח סביבתי (ESS)

שילוב רכיבה תרמית, לחות (>95% RH ב 60 מעלות צלזיוס), ותנודתיות ברמה נמוכה בתא סביבתי כדי לחשוף פגמים בייצור מאוחר כגון סדקים או דלמנטום מכרה. יש לבצע בדיקה זו על מדגם של כל אצווה ייצור כדי להבטיח עקביות תהליך.

המונחים:

למקם את המודול בסביבה ידועה (למשל, מכרה מבחן או השקיה הפעלה) למשך לפחות שישה חודשים. השוו את הנתונים שלה עם מערכת התייחסות כדי לאמת יציבות לטווח ארוך. לשים לב מיוחד לסחף במהלך שינויים טמפרטורה ולאחר אירועים חמורים של רטט. השתמש בתוצאות כדי לחדד את אלגוריתם החריצות או להתאים את המפרטים.

מחקר מקרה: מינוף של ההרחבה ADC Front End in a Shaft Mine

מתקן לאחרונה במכרות פחם ברמה עמוקה השתמש ב-16 סיביות, 1 MSPS SAR ADC (AD7689) לפני מסנן נמוך מסדר רביעי הרץ עם קיצוץ 100 kHz.הקצה הקדמי היה מוטבע בשני חלקים תרכובת פוליאורטן וסחף בזהירות במדד של IP68 נירוסטה עם M12 חודשים, המערכת המשולבת של נתונים מ -20 ק"מ בלבד, לעומת 0C%, נותרה מתחת ל טמפרטורות קבועות של 0C.

כיוונים עתידיים: Edge Computing and Smart Sensors

המגמה בכריית וקידוח שמן נעה לכיוון צמתים חכמים המשלבים את קצה החזית ADC עם מיקרובקר, תקשורת אלחוטית, עיבוד נתונים מקומי. Edge מאפשר סינון ברמה נמוכה, ניתוח מגמה וגילוי אירועים כדי להתבצע באופן מקומי, צמצום כמות הנתונים הגולמיים שנשלחים לחדר הבקרה המרכזי - יתרון קריטי כאשר רוחב פס מוגבל או כאשר ללא מסתמך על כוח סוללה מראשים נמוך (ADC) מאפשר כעת תכונות ניטור מתאים רק עבור סוללות ALTDV).

מסקנה

תכנון קצה חזית ADC חזק ניטור הסביבה הקשה בכרייה וקידוח שמן דורש גישה שיטתית המתייחסת לכל היבט מאדריכלות המעגל לאריזות פיזיות.הנקודה העיקרית היא כי אמינות יש לתכנן מההתחלה: לבחור רכיבים ברמה תעשייתית עם טווחי טמפרטורה רחבים, ליישם את הסביבות גליוניות וההגנה הזהירה, להגן על הלוח עם ציפוי תואמים או ריצוף, ולאמת את העיצוב באמצעות בדיקות אגרסיביות, כאשר מבוצעות בצורה נכונה, כאשר הם מספקים ביצועים מדויקים יותר של נתונים מדויקים יותר, באופן יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, ובכך יאפשרו של פעילות בכיוון הנכון, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, הגנה על פני כדור הארץ, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, הגנה על פני השטח, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, מאפשר הגנה על לוח עם ציפוי יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, הגנה על פני כדור הארץ, יעיל יותר, הגנה על לוח עם ציפוי תואם, הגנה על לוח עם ציפוי תואם, מאפשר הגנה על פני השטח של פעילות יעילה יותר, יעיל יותר,