Elektronisches Datenblatt nach IEEE 1451.4

Einführung

Der Standard IEEE 1451 kommt der wachsenden Bedeutung digitaler Messwerterfassungssysteme entgegen. IEEE 1451 definiert hauptsächlich Protokolle und Netzwerkstrukturen für Sensoren mit rein digitalem Ausgang. Der Teil IEEE 1451.4 beschäftigt sich hingegen mit „Mixed Mode“ Sensoren, die zwar einen herkömmlichen Analogausgang besitzen, zusätzlich aber einen Speicher für ein „Elektronisches Datenblatt“ enthalten. Dieser Datenspeicher wird auch „TEDS“ (Transducer Electronic Data Sheet) genannt. In dem 64 + 256 Bit großen Speicher sind für den Anwender relevante Sensordaten abgelegt. Auf Grund der geringen Speichergröße werden die Daten komprimiert in unterschiedlichen Zahlenformaten abgelegt.

Das Elektronische Datenblatt eröffnet dem Anwender eine Reihe von Vorteilen:

• Bei Messaufgaben mit einer hohen Anzahl von Sensoren wird die Zuordnung eines Sensors zum zugehörigen Messeingang vereinfacht. Das Messsystem identifiziert den Sensor selbst und ordnet ihn einem bestimmten Kanal zu. Es entfällt die zeitaufwändige Verfolgung und Markierung von Kabeln.
• Das Messsystem liest die Kalibrierdaten selbständig ein. Bisher war es erforderlich, manuell eine Datenbank mit Sensordaten (Seriennummer, Messgröße, Empfindlichkeit etc.) zu führen.
• Der Austausch eines Sensors innerhalb eines komplexen Messsystems ist mit minimalem Aufwand verbunden („Plug & Play“), da sich der Sensor selbst identifiziert.
• Sensorkennblätter gehen häufig verloren. Da der TEDS-Sensor selbst alle relevanten Daten enthält, kann die Messung auch durchgeführt werden, wenn das Kennblatt gerade einmal nicht zur Hand ist.

Der Standard IEEE 1451.4 baut auf dem bekannten IEPE-Prinzip auf. TEDS-Sensoren sind daher abwärtskompatibel zu üblichen IEPE-kompatiblen Sensoren. Folgende Abbildung erläutert das Prinzip.

Beim Anschließen einer Konstantstromquelle verhält sich der TEDS-Sensor wie ein normaler IEPE-kompatibler Sensor. Das Programmieren und Lesen des integrierten nichtflüchtigen Speichers vom Typ DS2430A bzw. DS2431 erfolgt ebenfalls über die Sensorleitung. Die Kommunikation basiert auf dem 1-Wire® – Protokoll von Maxim Integrated. Der Datenaustausch erfolgt mit TTL-Pegel, wobei die Polarität umgekehrt zur Konstantstromquelle ist. Im Sensor werden Analog- und Digitaldaten mittels Dioden getrennt.

Der 8-Kanal-IEPE-Messverstärker M208A sowie die Ladungs-/IEPE-Verstärker M72R1 und M72S1 von Metra bieten zum Besipiel TEDS-Unterstützung mit automatischer Normierung der Sensorempfindlichkeit.

Anordnung der Daten im Speicher

Basic TEDS

In einem 64 Bit großen Teil des Speichers, dem Applikationsregister, liegt das so genannte „Basic TEDS“. Es enthält grundlegende Informationen zur Identifikation des Sensors:

1. Typenbezeichnung, Versionsnummer: Metra legt in diesem Bereich eine verschlüsselte Typenbezeichnung ab. Die vollständige Typenbezeichnung, z.B. „KS78C100“, befindet sich in einem nach IEEE 1451.4 standardisierten File, dem „Manufacturer Model Enumeration File“, das Sie im Download-Bereich unserer Internetseiten finden.
2. Seriennummer: Die im Speicher abgelegte Seriennummer ist identisch mit der auf dem Gehäuse eingravierten.
3. Herstellercode: Hier befindet sich eine herstellerspezifische, von der IEEE zugewiesene Nummer. Metra hat die Herstellernummer 61. Eine vollständige Liste der Herstellercodes finden Sie hier: http://standards.ieee.org/develop/regauth/manid/public.html

Das Basic TEDS wird ausschließlich vom Hersteller verändert.

Template Nr. 25

Die Kalibrierdaten liegen in einem 256 Bit großen Bereich. Ihre Anordnung wird in so genannten Templates definiert. Für Schwingungsaufnehmer wird in den meisten Fällen das standardisierte Template Nr. 25 verwendet. Mit Hilfe von Schaltbits kann beim Template Nr. 25 zwischen TEDS-Daten mit oder ohne Übertragungsfunktion gewählt werden. Metra verwendet, wenn vom Kunden nicht anders gefordert, die Version mit Übertragungsfunktion.  Die gespeicherten Angaben zur Übertragungsfunktion, z.B. untere Grenzfrequenz, Resonanzfrequenz und Güte, sind dabei typische Kennwerte. Im Einzelnen enthält das Template Nr. 25 folgende Angaben:

1. Empfindlichkeit in V/m/s²: Die im mitgelieferten Kennblatt angegebene Empfindlichkeit bei Referenzbedingungen
2. Kalibrierfrequenz der Empfindlichkeit in Hz
3. Untere Grenzfrequenz in Hz: Typischer Kennwert gemäß Datenblatt
4. Messrichtung: Relevant bei Triaxialaufnehmern (0 = X; 1 = Y; 2 = Z; 3 = keine Angabe)
5. Sensormasse in Gramm
6. Polarität des Ausgangssignals bei positiver Beschleunigungsrichtung: 0 = positiv, 1 = negativ
7. Tiefpassfrequenz in Hz (falls der Sensor einen Tiefpass enthält)
8. Resonanzfrequenz in Hz: Typischer Kennwert gemäß Datenblatt
9. Amplitudenanstieg in Prozent pro /Dekade
10. Temperaturkoeffizient in Prozent pro Kelvin: Typischer Kennwert gemäß Datenblatt
11. Kalibrierdatum (TT.MM.JJ)
12. Initialen des Kalibrierenden (3 Großbuchstaben)
13. Kalibrierintervall in Tagen: Empfohlene Zeit bis zur nächsten Kalibrierung

Diese Daten werden vom Hersteller bei Auslieferung gespeichert und können im Rahmen einer Nachkalibrierung auch von einem Kalibrierlabor verändert werden.
Darüber hinaus enthält der TEDS-Speicher einige Bytes messstellenspezifische Daten, die vom Anwender editiert werden können:

1. Messstellennummer (1 bis 2046)
2. Anwendertext: 13 Textzeichen

Hinweis: Im Download-Bereich unserer Internetseite finden Sie einen TEDS-Editor, mit dem Sie über ein von Metra erhältliches Interfacekabel die Sensordaten auslesen und editieren können.

Detailbeschreibung der TEDS-Datenspeicherung: PDF