Überblick: Neues aus der PC-Messtechnik

Die PC-Messtechnik – oder genauer: „rechnergestützte Messtechnik“ – kann durch neue Hard- und Software-Entwicklungen in ganz wesentlichen Kern-Spezifikationen bezüglich Präzision und Vielseitigkeit punkten: Sie verbindet heute Laborgeräte-Genauigkeit mit der Flexibilität von Software und PCs beziehungsweise Laptops.

Die PC-Messtechnik – oder genauer: „rechnergestützte Messtechnik“ – kann durch neue Hard- und Software-Entwicklungen in ganz wesentlichen Kern-Spezifikationen bezüglich Präzision und Vielseitigkeit punkten: Sie verbindet heute Laborgeräte-Genauigkeit mit der Flexibilität von Software und PCs beziehungsweise Laptops.

In vielen Fällen kann der PC-Messtechnik-Nutzer, wenn er z.B. nur die Auswerte-Ergebnisse eines neuen Präzisions-A/D-Wandler-Boards sieht, praktisch nicht mehr unterscheiden, ob sie aus einem hochgenauen Labor-Messwerterfassungs-System oder aus einem Rechner-Zusatz-Board stammen. Präzisions-Messwerterfassung ist also heute nicht mehr nur eine Sache teurer Aufzeichnungsgeräte, vielmehr spielen die preisgünstigeren rechnerbus-basierten Karten eine große Rolle. Ein weiterer Pluspunkt solcher offenen (aber dennoch auf Standards fußenden) Messtechnik-Konfigurationen ist aber auch, dass man sich jederzeit für einen anderen Anbieter der Hardware entscheiden oder einfach die neuere Version einer (evtl. sogar anderen) Software aufspielen kann. Im Folgenden eine kompakte Übersicht zu dem, was sich aus diesen Bereichen derzeit im Markt tut.

14-bit-Digitizer: viel Speicher und auch ordentlich schnell

Präzision mit Schnelligkeit – und damit vielseitige Anwendungsvarianten sichernd – verbindet eine neuen Serie von Digitzern aus der Entwicklung der Spectrum Systementwicklung Microelectronic GmbH (www.spec.de). Die komplette Familie besteht aus sechs verschiedenen Versionen mit Abtastraten von 100 MS/s bis 400 MS/s und mit einem Kanal oder zwei zueinander synchron erfassbaren Kanälen.

Alle Varianten sind sowohl für PCI/PCI-X als auch für PCI-Express verfügbar. Die Serie nennt sich M3i.41xx (Bild 1), sie verwendet monolithische A/DWandler, selbst für den 400-MS/s-Aufzeichnungsmodus. Hiermit treten Probleme, die von mehreren im Interlace-Betrieb „zusammengeschalteten“ Wandlern ausgehen, gar nicht erst auf. Die recht aufwendig konzipierte Verstärkerstufe des A/D-Wandlers besteht aus zwei Pfaden: aus einem 50-Ω-terminierten Pfad mit einer hohen Bandbreite von 200 MHz sowie aus einem hochohmigen Pfad mit einer Bandbreite von über 100 MHz. Per Software lässt sich unter den sechs verfügbaren Eingangsbereichen zwischen ±100 mV und ±5 V umschalten. Zusätzlich dazu hat jeder Kanal eine programmierbare AC-/DC-Kopplung sowie einen einschaltbaren Tiefpass zur Optimierung des Signal-Rausch-Abstandes. Die Eingangsstufe lässt sich durch ein einfaches Software-Kommando automatisch kalibrieren, wobei dann die ermittelten Kalibrierwerte im On-board-EEPROM abgelegt werden. Im Auslieferungszustand verfügt eine solche Karte über Speicher für 128 MSamples, man kann aber bis zu 2 GSamples Speicherumfang nachrüsten und so extrem große Datenmengen aufnehmen. Ein Beispiel: Verwendet man die größte Speicheroption, so können mehr als 5 s lang Daten mit 400 MS/s Abtastrate eingespielt werden. Die beiden zur Verfügung stehenden Interfaces, 33/66-MHz-PCI/PCI-X und PCI-Express, erlauben das schnelle kontinuierliche Streamen der Daten in den PC-Speicher, welcher gerade in den 64-bit-Windows- und Linux-Versionen potentiell sehr groß sein kann.

Eine neue Version, nämlich 6.0, gibt es auch von dem Programmpaket FAMOS (www.additive-net.de). Sie unterstützt die Datenformate der gängigen im Markt befindlichen Software-Pakete ebenso wie die Formate namhafter Messgerätehersteller (z.B. Excel-, Binär-, ASCII- oder Matlab-Dateien usw.). Für schnelle Datensichtung und -visualisierung steht auch ein neuer Daten-Browser zur Verfügung. Insbesondere wenn Messungen aus zahlreichen Kanälen bestehen und mit Referenzmessungen verglichen werden müssen, kann dieser Daten-Browser nützlich sein, denn er kommt ohne komplexe Umbenennungsprozesse oder Fensteroperationen aus. Zur Visualisierung von Ergebnissen dienen die QuickView-Funktion und übersichtlich konfigurierbare Fensterdarstellungen. 2D- und 3D-Grafiken (Bild 8), alphanumerische und tabellarische Darstellungen oder Balkendiagramme bietet das Programm ebenso wie freie Beschriftungen, Legenden und weitere Grafik-Tools. Per Drag& Drop werden dem Fenster zusätzliche Kurven, Achsen oder Koordinatensysteme hinzugefügt. Cursorfunktionen, Marker, Messfenster und freies Zoomen mit Übersichtsfenster verschaffen schnellen Überblick.

Bei der Offline-Datenanalyse lassen sich auch beliebig lange Datensätze bearbeiten und Berechnungsabläufe in gewohnter mathematischer Schreibweise erzeugen.

Für die automatisierte Routineanalyse steht ein Sequenzeditor zur Verfügung, mit dem sich Schleifen, Abfragen sowie komplexe Berechnungen in die Berechnungsabläufe integrieren lassen. Für Spezialanwendungen bietet die Software Zusatzmodule, so z.B. zur Klassierung und Ordnungsanalyse, zur Erzeugung elektronischer Filter, zur Spektralanalyse, zur synchronisierten Darstellung von Daten und Videosequenzen und für das ASAMODS-Datenmodell.

Auch Meilhaus (www.meilhaus.de) hat softwareseitig weiterentwickelt: Die Software ME-PowerLab2 ist eine Sammlung virtueller Instrumente für die Mess- und Steuer-Karten der MESerie dieses Anbieters (bei denen das Programmpaket mitgeliefert wird). Diese Software (Bild 9) erkennt automatisch, welche Karte sich im PC befindet, und stellt viele Funktionen zur Verfügung, und zwar abhängig davon, ob diese von der Karten-Hardware unterstützt werden. Das Programm enthält die virtuellen Instrumente „Voltmeter“ (mit Zeiger- und Digit-Darstellung), „Oszilloskop“, „Datenlogger“, „Signal-Generator“, „Digital-I/O“, „Zähler“, „Pulsbreiten-Modulation“ (PWM) sowie einen Logik-Analysator.