Schwerpunkte

Modularer Transienten-Rekorder

Messen, wenn es darauf ankommt

06. Juli 2021, 07:00 Uhr   |  Von Anna Krone

Messen, wenn es darauf ankommt
© Yokogawa

Schnelle Signalverläufe lassen sich in Langzeitmessungen meist nicht erkennen. Transienten-Rekorder werden speziell für diese Aufgaben entwickelt. Als modulare Systeme bieten sie Flexibilität bei Auflösung, Abtastrate und Anzahl der Messkanäle.

In den meisten Firmenstrategien von Tech-Unternehmen sind »Sustainable Development Goals« (SDG) ein fester Bestandteil. Übersetzen lässt sich der Ausdruck mit »Ziele für nachhaltige Entwicklung«. Es geht dabei um Dinge wie alternative Antriebe mit Elek­tromobilität oder Wasserstofftechnik, erneuerbare Energien wie Solar oder Wind, sparsame Verbraucher bzw. alles, was darauf ausgerichtet ist, »saubere« Energie zu erzeugen und die Leistungsaufnahme von Geräten zu reduzieren. Ein weiteres großes Ziel, das vor allem Automobilhersteller schon länger verfolgen, ist die »Zero Impact Factory«, eine Produktion, die keinen ökologischen Fußabdruck hinterlässt. Nachhaltigkeit hat als Gesellschaftstrend begonnen und von dort aus seinen Weg in die F&E-Abteilungen zahlreicher Unternehmen gefunden. Mittlerweile wird er von vielen Produktentwicklern bedient, die dafür entsprechende Messtechnik benötigen. Damit sind auch die Hersteller von Messtechnik Teil der Nachhaltigkeitsbestrebungen.

Für die Entwickler bedeutet Nachhaltigkeit auch zunehmende Komplexität. Von der Entwicklung elektrischer Systeme bis hin zur Berücksichtigung verschiedener Industriestandards oder Prüfvorschriften werden die Aufgaben umfassender und komplizierter. Diesen Trend und die daraus resultierenden Anforderungen für den Entwickler muss die Messtechnik mitgehen bzw. bereits frühzeitig erkennen, um die notwendige Unterstützung für solche Aufgaben bieten zu können. Die Möglichkeiten des Messtechnikherstellers sind zum Beispiel die Integration von leistungsstarken Mess- und Triggerfunktionen, die Entwicklung einer übersichtlicheren Bedienoberfläche oder das Bereitstellen von mehr Messkanälen bei höheren Abtastraten und Messdauern.

Ein Messgerät für die Entwicklung von nachhaltigen Produkten ist der DL950 ScopeCorder. Er ist modular aufgebaut und seine Eingangsmodule sind flexibel erweiterbar. Falls sich die Messanforderungen im Laufe der Zeit ändern, muss nicht zwingend ein neues Gerät beschafft werden, sondern ein neues Messmodul.

Was ist ein ScopeCorder?

Der DL950 ScopeCorder von Yokogawa ist ein Transienten-Rekorder. Diese Geräteklasse wurde entwickelt, um eine Herausforderung in der Messtechnik zu lösen: Einige Messanforderungen schließen sich gegenseitig aus. Zum Beispiel lassen sich Signalverläufe nur schwer über einen langen Zeitraum und gleichzeitig mit hoher Abtastrate erfassen. Der limitierende Faktor ist hier der Gerätespeicher. Im Laufe der Zeit haben sich zwei verschiedene Geräteklassen entwickelt. Die Oszilloskope, um Signale mit hoher Abtastrate zu erfassen und Rekorder für eine lange Messdatenaufzeichnung.

Bild 1. Abtastrate, vertikale Auflösung und gemessener Signaltyp werden über den Messeinschub festgelegt. Aktuell sind 21 verschiedene Messmodule mit 12, 14 und 16 bit vertikaler Auflösung verfügbar
© Yokogawa

Bild 1. Abtastrate, vertikale Auflösung und gemessener Signaltyp werden über den Messeinschub festgelegt. Aktuell sind 21 verschiedene Messmodule mit 12, 14 und 16 bit vertikaler Auflösung verfügbar.

Ein Transienten-Rekorder vereint die Fähigkeiten beider Geräteklassen. Mit ihm lassen sich Transienten und Langzeittrends erfassen. Diese Eigenschaft bringt auch der DL950 mit. Transienten werden über hochauflösende Messungen mit hoher Abtastrate erfasst und ein Rekorder­modus erfasst Langzeittrends. Weiterhin stellt der ScopeCorder eine hohe Anzahl an Messkanälen mit isolierten Eingängen bereit.

Das Gerät ist als modulares Messsystem mit acht Steckplätzen aufgebaut. Für unterschiedliche Messzwecke kann aus 21 verschiedenen Eingangsmodulen gewählt werden (Bild 1). Sie unterscheiden sich in der Anzahl der Eingänge, der Abtastrate und der messbaren Si­­gnalarten wie Spannung, Temperatur, Beschleunigung, Frequenz, serielle Nutzdaten aus dem CAN-FD-Bus und weiteren Signalen. Somit kann, je nach Anwendung, das Messsystem individuell abgestimmt, konfiguriert oder auch erweitert werden.

 Ausgewählte technische Parameter des DL950.
© Yokogawa

Tabelle 1. Ausgewählte technische Parameter des DL950.

Damit empfiehlt sich der ScopeCorder für die Entwicklung und Überprüfung von 3-Phasigen Systemen wie E-Maschinen oder Umrichtern und verschiedenste Hochvoltanwendungen. Auch in der Mechatronik, Robotik, Energie, Leistungselektronik und im Transportwesen kommt das Messsystem zum Einsatz. Eine Übersicht ausgewähler technischer Parameter ist in Tabelle 1 gezeigt.

Datenerfassung vom Oszilloskop bis zum Rekorder

Der DL950 bietet verschiedene Varianten für die Datenerfassung an. Neben der Standarderfassung in den schnellen internen Erfassungsspeicher für den Oszilloskop- und Rekorderbetrieb stehen weitere Modi zur Auswahl:

➔ Die DualCapture-Funktion für die gleichzeitig Erfassung von Transienten und Langzeittrends
➔ Die Aufzeichnung in den Flash-Speicher (optional); die Daten bleiben nach Ausschalten des DL950 erhalten
➔ Das Streamen auf die interne Festplatte (SSD, optional) für Langzeittrends.
➔ Die Möglichkeit des Echtzeit-Streamings direkt auf den PC über die Standard-Ethernet-Schnittstelle oder über eine optionale 10-Gigabit-Ethernet-Schnittstelle.

Schnelles Eingangsmodul

Für die Messungen von schnellen und dynamischen Signalverläufen – zum Beispiel der Anlauf von mehrphasigen Motoren und Umrichtern oder der Detektion von transienten Störsignalen in Bordnetzen – eignet sich ein neues Eingangsmodul, das speziell für den DL950 entwickelt wurde. Es tastet mit 200 MS/s ab und liefert 14 bit vertikale Auflösung. Das isolierte Spannungsmodul nutzt die sogenannte »isoPRO-core-Technologie«, die eine hohe Isolation der Eingänge bei hoher Messge-schwindigkeit ermöglicht. Hierbei werden die digitalen Daten optisch mittels einer Halbleiter-Laserdiode umgesetzt und anschließend über Lichtwellenleiter für die Signalverarbeitung zum Messgerät weitergeleitet. Die hohe Datenübertragungsrate der Halbleiter-Laserdiode und die kleine Bauform ermöglicht eine kompakte Bauweise des Moduls und eine schnelle Signalerfassung. Durch die optische Faser einerseits und die definierte Länge der Faser für die Si­gnalübertragung andererseits sind die Anforderungen für einen ausreichenden Isolationsabstand bei Spannungen bis 1 kV erfüllt. Darüber hinaus bietet die Technologie eine optimale Rauschunterdrückung.

Ergänzt wird die hohe Abtastrate durch vielfältige Trigger-Möglichkeiten, die neben den bekannten Flankentriggern zur Verfügung stehen. Von Pulsbreiten-Triggern bis hin zu kombinierten Triggern in UND/ODER-Verknüpfung sowie der Trouble-Shoot-Funktion, dem sogenannten History-Speicher. Aus diesem Grund eignet sich dieses Modul besonders für Messungen im Bereich von erneuerbaren Energien mit dynamischen Abläufen.

Komponenten auf Transienten prüfen

Durch die wachsende Anzahl von Assistenzsystemen in Kraftfahrzeugen und die daraus resultierende steigende Anzahl von Sensoren, Aktoren und Steuergeräten, aber auch durch EMV-Einflüsse, sind Versorgungsschwankungen inklusive Spannungsspitzen und Spannungsabfällen keine Seltenheit. Diese müssen während der Entwicklung detektiert, analysiert und anschließend beseitigt werden. Bei dieser Messaufgabe arbeitet der DL950 als Oszilloskop und bietet eine spezielle Trigger-Funktion, den Fenster-Trigger. Dabei wird ein vertikaler Trigger-Bereich (Fenster) definiert. Der Vorteil hierbei ist, dass sowohl auf Spannungsabfälle als auch auf Spannungsspitzen getriggert werden kann, die aus der definierten Breite des Fensters treten. Man könnte auch sagen, dass gleichzeitig sowohl ein High-Level als auch ein Low-Level für die Triggerung definiert ist. Das Besondere hierbei ist die Anwendung der Trigger-Bedingung über alle Kanäle gleichzeitig in ODER-Verknüpfung. Über das 4-Kanal-Modul des DL950 mit 10 MS/s Abtastrate und 16 bit Auflösung sind so Triggerungen mit bis zu 32 Eingangskanälen und weiteren 16 optionalen triggerfähigen Echtzeitmathematik-Kanälen möglich. Auf diese Weise erhält der Entwickler ein Werkzeug, mit dem er das Bordnetz auf Systemlevel analysieren oder einzelne Komponententests durchführen kann.

Über ein anderes Set von Eingangsmodulen lassen sich aus dem Analogsignal Frequenz- oder RMS-Kurven umsetzen und analysieren. Auch das Triggern auf sofortige Änderungen der Frequenz oder des RMS-Wertes ist möglich. Gerade bei Telekommunikations- und Bahnanwendungen ist eine stabile Frequenzmessung bei einem definierten RMS-Wert wichtig.

Seite 1 von 2

1. Messen, wenn es darauf ankommt
2. Analysewerkzeug History-Speicher

Auf Facebook teilen Auf Twitter teilen Auf Linkedin teilen Via Mail teilen

Das könnte Sie auch interessieren

Verwandte Artikel

YOKOGAWA Deutschland GmbH Niederlassung Herrsching Test- und Messtechnik