„Universal-Bus“ wird für immer mehr Messtechnik-Anwendungen genutzt
USB in der Messtechnik
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
USB in der Messtechnik
Die Datenübertragung zwischen den USB-Endpunktpuffern und den Datenerfassungsein- und -ausgängen erfolgt unter Einsatz einer Kombination aus Round-Robin- und Fair-Scheduling-Verfahren. Diese Vorgehensweise sorgt für eine Aufteilung der Rechenzeit auf alle Endpunkte und gewährleistet, dass Anfragen vom Host-Rechner sofort nach dem Verschicken bearbeitet werden können.
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Dieser Übertragungsmechanismus stellt nicht nur sicher, dass Daten an den bzw. vom USB übertragen werden, sobald sie zur Verfügung stehen, sondern stellt bis zu sechs unabhängige Datenströme bereit, die eine gleichzeitige Nutzung verschiedener Datenerfassungsfunktionen, wie z.B. Analog-Ein- und -Ausgabe, ohne Leistungseinbußen ermöglichen.
Ein weiterer wichtiger Bestandteil dieser Technik ist eine Low-Level-Software, die die USB-Kommunikation minimiert. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn nur wenige Daten übermittelt werden. Eine Einzelwert-Erfassung kann so in nur einem Datenpaket übertragen werden.
Benchmark-Tests haben beachtliche Leistungssteigerungen bei Einzelpunkt-Erfassungsraten für diese Geräte im Vergleich zu herkömmlichen Systemen gezeigt. Die Tests offenbarten eine Steigerung um bis zu 1600 % bei Einzelpunkt-Datenerfassungsraten für Analogeingangskanäle.
Dieses Unternehmen hat übrigens kürzlich neue Analyse- und Signalverarbeitungswerkzeuge für die Anwendungsbereiche NVH-Analysen (Noise, Vibration, Harshness), Maschinenüberwachung und Audiotests vorgestellt. Die Version 7.0 der „NI Sound and Vibration Measurement Suite“ bietet Analysefunktionen mit Hilfe der virtuellen Instrumente (VIs) in der Entwicklungsumgebung Lab-VIEW und ermöglicht dadurch psychoakustische Messungen, mit denen Ingenieure Tests zur Bestimmung der Klangqualität erstellen können. Zudem brachte das Unternehmen das USB-Modul 4432 heraus (Bild 1). Dabei handelt es sich um ein über den Bus mit Strom versorgtes Modul, mit dem präzise Geräusch- und Schwingungsmessungen möglich sind. Es bietet einen Dynamikbereich von 108 dB, um Vibrationen mit hoher Frequenz und geringer Amplitude bei Vorhandensein von Signalen niedriger Frequenz und hoher Amplitude richtig zu erfassen, es verfügt über vier Analogeingangskanäle für IEPE-Sensoren und einen fünften Kanal als Tachometereingang. Diese fünf Kanäle erfassen dann simultan mit bis zu 102,4 kS/s.
Auch Data Translation (www.datatranslation.de) ist weiterhin im USBSektor aktiv und bietet das USB-Messmodul DT9812-10V nun auch als Variante ohne Gehäuse an. Mit diesem Board-Level-Messinstrument können insbesondere OEMs kundenspezifische Systeme um gängige Messtechnik-Funktionen erweitern. Ein umfangreicher Software-Support steht zur Verfügung. Das Modul (Bild 2) stellt u.a. acht analoge Eingänge und zwei Analogausgänge sowie 16 digitale I/O-Kanäle zur Verfügung, versorgt wird es über den USB-Anschluss. Die Auflösung für die Analogein- und -ausgänge beträgt jeweils 12 bit, deren Spannungsbereich ist ±10 V. Neben den analogen und digitalen I/O-Kanälen verfügt das Messinstrument auch über einen 32-bit-Counter/Timer, der z.B. für Frequenzmessungen oder als Impulsgeber genutzt werden kann. Alle I/O-Subsysteme lassen sich unabhängig voneinander mit Abtastfrequenzen bis 50 kHz betreiben. Ein im Lieferumfang enthaltenes Software-Paket dient zur Implementierung von Applikationen mit Treibern, komplettiert wird die Software-Sammlung von einer Evaluierungsversion der Messtechnik-Software „DT Measure Foundry“.
Mit USB- oder Ethernet/ LXI-Anschluss kommen vom gleichen Hersteller die neuen Messinstrumente der VOLTpoint-Serie heraus (Bild 3).
Die Desktop-Boxen verfügen über 48 Eingangskanäle mit je einem 24-bit-A/D-Wandler. Mit den Geräten können Abtastfrequenzen bis zu 10 Hz pro Kanal und simultan für alle 48 Eingänge realisiert werden.
Die Ethernet-Version ermöglicht über einen integrierten Web-Server eine automatische Überwachung voreingestellter Grenzwerte einschließlich E-Mail-Messaging im Alarmfall. Angeschlossen werden die Signale an der Frontseite über ihrerseits steckbare Schraubklemmen.
Alle Kanäle sind gegeneinander bis zu einer Spannung von 1000 V galvanisch getrennt, zusätzlich stehen acht opto-isolierte digitale Eingänge sowie ebenso viele ebenfalls opto-isolierte digitale Ausgänge zur Verfügung.
Messtechnik nicht „mit dem“, sondern im USB selbst hat die Imcor GmbH (www.imcor.de) im Programm: Es ist der USB-Explorer 280 (Bild 4), ein Protokollanalyse- und Testsystem für SuperSpeed USB. Das mit 4 Gbyte Speicher ausgestattete Gerät ermöglicht die Aufzeichnung und die Analyse von USB-3.0-Verbindungen im 5-Gbit/s-SuperSpeed-Modus. Der vom Hersteller Ellisys gefertigte Analysator wird in die Datenstrecke zwischen Host und Zielsystem eingeschleift und visualisiert auf dem Analyse-PC den USB-Zustand und die Ereignisse auf dem Bus in übersichtlicher Form. Dabei unterstützt das Gerät auch die gleichzeitige Aufzeichnung des Datentransfers im USB-2.0- und USB-3.0-Modus.
Die Analyse erfolgt nicht-invasiv und bietet unter anderem Eigenschaften wie Echtzeit-Monitoring, eine Protokollanalyse mit Decodierung von Standard- und Class-Requests sowie Trigger-, Filter- und Suchfunktionen. Der Protokollanalysator kann für das Datentelegramm-Monitoring, das Treiber- und Software-Stack-Debugging oder zur Leistungsanalyse eingesetzt werden. Es gibt das Gerät auch mit Generator, was den Analyzer um die Emulationsfunktion von USB-Hosts und -Devices erweitert. Er eignet sich speziell zur Simulation von Fehlerszenarien oder für Stress- und Compliance-Tests. Die Generierung zufälliger Datenpakete oder die Fehlerinjektion erlauben die Untersuchung des Bus-Verhaltens und der Recovery-Mechanismen. Neben einer Replay-Funktion für zuvor erfasste Protokolldaten können Traffic-, Timing- und Fehler-Szenarien per Skript definiert werden, um so eine tiefgehende Analyse vorzunehmen. Verfügbar ist der USB Explorer 280 als Einzelgerät oder im Paket, bestehend aus Analysator und Generator.
Die Anwendung als mobiles I/O-System am Notebook oder als Steuermodul mit einfacher Montage auf DINEN-Tragschienen im Steuerungs- und Maschinenbau (Bild 5) erlaubt das USB-Modul EXDUL-312E aus der wasco-Serie (www.messcomp.com). Es verfügt über zwei digitale Eingänge und 16 digitale Ausgänge mit galvanischer Trennung über Optokoppler und zusätzliche Schutzdioden. Alle Eingangs-Optokoppler sind mit integrierter Schmitt-Trigger-Funktion ausgestattet.
Spezielle, leistungsfähige Ausgangs-Optokoppler bewältigen einen Schaltstrom bis zu 150 mA. Die zwei Optokoppler-Eingänge können bei Bedarf auch als Zähler-Eingänge programmiert und genutzt werden. Eine programmierbare LCD-Anzeige ermöglicht die Darstellung von I/O-Statusinformationen, Kommunikationsdaten oder anwenderspezifischen Daten. Der PC-Anschluss erfolgt über die USB-Schnittstelle, über die auch die Betriebsspannung zugeführt wird. Anschlüsse für eine externe Spannungsversorgung sind ebenso wie die Anschlüsse der Eingangs- und Ausgangs-Optokoppler auf eine 24polige Schraubklemmleiste geführt.
Der HF-Sensor MA24106A von Anritsu, im Vertrieb bei Farnell (www.farnell.de), eignet sich für die Erfassung modulierter HF-Signale der Mobilfunk-Standards 3G, 4G oder der vielen OFDM-basierenden Funkkonzepte sowie zur Analyse von herkömmlichen HF-Dauerstrich- und Multitonsignalen. Erfasst wird damit die Leistung unabhängig von der Art des Eingangssignals, weiterverarbeitet werden die Echt-Effektiv-Messwerte dann in einem PC mit einem speziellen Software-Paket, das auch den Sensor über die USB-Schnittstelle steuert. Laut Datenblatt bietet der HF-Sensor (Bild 6) einen Dynamikbereich von über 63 dB, belastbar ist er bis +33 dBm und zudem ESD-geschützt bis max. 3,3 kV. Bei nur 100 mA Laststrom wird mit der vorhandenen Sensor-Hardware sowie der integrierten On-Board-Korrektur (betrifft Frequenz und Temperatur) eine Referenzkalibration überflüssig. Anwendung findet der Sensor bei der Installation und Wartung von Basisstationen, bei Prüfungen von 3G- und 4G-Geräten oder bei Messaufgaben an allgemeinen HF-Designs.
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- USB-Messtechnik auch im „Embedded-Format“
