Fünf ungewöhnliche Anwendungen für Datenerfassungsgeräte FPGAs revolutionieren die Messdatenerfassung

Produkte der R-Serie sind Datenerfassungsgeräte, die den ASIC DAQ-STC mit festgelegter Funktionalität durch einen FPGA ersetzen, so dass die Datenerfassungshardware über Software definiert werden kann.
Produkte der R-Serie sind Datenerfassungsgeräte, die den ASIC DAQ-STC mit festgelegter Funktionalität durch einen FPGA ersetzen, so dass die Datenerfassungshardware über Software definiert werden kann.

Wollten Sie schon mal Samples von mehreren Kanälen mit verschiedenen Raten erfassen und mussten erkennen, dass Sie dazu Ihre Daten in der Software dezimieren müssten? Oder sind Ihnen schon mal die Zähler oder die hardware-getakteten Digitalkanäle ausgegangen? NI hat die Lösung: Die FPGA-basierten Datenerfassungsmodule der R-Serie und LabVIEW FPGA.

Datenerfassungsgeräte von National Instruments (NI) bieten zahlreiche Funktionen und umfassen auch ASICs von NI wie etwa den DAQ-STC3. Mittels ASICs können Anwender viele Funktionen in einem einzigen Gerät vereinen, und zusammen mit der entsprechenden Software eignen sich solche Geräte auch für vielfältige Anwendungen.

In die Entwicklung des DAQ-STC hat NI mehr als ein Mann-Jahrhundert investiert. Trotzdem ist es immer noch »nur« ein ASIC mit festgelegter Funktion. Wo diese nicht ausreicht, kommen die Multifunktions-RIO-Geräte (RIO steht für reconfigurable I/O) der R-Serie von NI ins Spiel. Das sind Datenerfassungsgeräte, die den festgelegten ASIC DAQ-STC durch einen FPGA ersetzen, so dass die Datenerfassungshardware über die Software NI LabVIEW anwendungsspezifisch definiert werden kann.

Mit Hardware der R-Serie werden Anwendungen möglich, die zuvor undenkbar waren, z.B. das Ausführen von Hochgeschwindigkeitsregelalgorithmen, anwenderdefiniertes Timing und Triggern, Implementieren individueller digitaler Kommunikationsprotokolle, Inline-Signalverarbeitung oder genaues Timing kritischer Tasks.

Nachfolgend erfahren Sie Details über fünf praktische Anwendungen aus der Forschung und Industrie, in denen FPGA-basierte Messtechnik zu teils überraschenden Ergebnissen geführt hat.

 

 

1. Hochgeschwindigkeitssteuerung und -regelung / Anwendung CERN

Wird ein FPGA mit LabVIEW programmiert, läuft die Anwendung innerhalb der Hardware ab, d.h. die Ausführungsgeschwindigkeit wird nur durch die verfügbaren Takte und Logikverzögerungen begrenzt. Mithilfe des FPGAs können nicht nur äußerst schnelle ereignisorientierte Anwendungen, sondern auch Steuer- und Regelschleifen erstellt werden, die mit Taktraten im MHz-Bereich ausgeführt werden. Diese reichen von einfachen PID-Algorithmen bis hin zu Algorithmen für Übertragungsfunktionen und Zustandsraummodellen.

Aus der Praxis

Das CERN beheimatet das weltweit größte Labor für Teilchenphysik. Mittels Teilchenbeschleunigern werden dort Ionen- oder Protonenstrahlen so gesteuert, dass sie entweder aufeinander oder mit anderen Zielen zusammenprallen. Diese Kollisionen setzen enorme Mengen an Energie frei – genug, um die hochenergetischen Bedingungen nachzubilden, die bei der Entstehung des Universums herrschten. Angesichts der extrem hohen Energie der Strahlen, bis zu 350 MJ, ist eine absolute Zuverlässigkeit unerlässlich. Ein Strahl, der vom Kurs abkommt, kann katastrophale Schäden am Teilchenbeschleuniger verursachen. Um das zu verhindern, wurden im CERN über 100 so genannte Kollimatoren installiert. Sie sollen energiegeladene Teilchen absorbieren, die sich außerhalb des nominalen Kerns des Strahls befinden. Das CERN verwendet Geräte der R-Serie und das LabVIEW-FPGA-Modul, um die Position der Kollimatoren mit einer Präzision von 20 µm zu steuern. Das ist nur ein Bruchteil des Strahldurchmessers von 200 µm.