Precisione da laboratorio in uno strumento da campo

Nessuno tra gli ingegneri elettrotecnici amerebbe sentirsi dire che un prodotto sul quale ha lavorato è soggetto a richiamo per difetti o, peggio, per un problema di sicurezza di funzionamento. Tuttavia, sta diventando sempre più comune che i nostri prodotti contengano una crescente quantità di elettronica embedded e componentistica elettrica. I media sono affollati di storie di richiami, non importa se si tratta di un produttore di automobili che richiama in assistenza le auto di un modello con un difetto all’acceleratore, o un produttore di smartphone alle prese con un problema del surriscaldamento e batterie che fondono, o ancora un produttore di elettrodomestici che ha un guasto su un modello di forno a microonde, forno o asciugatrice. Quando ciò accade, il prodotto viene solitamente fatto rientrare in laboratorio per essere esaminato al fine di scoprire la causa alla radice del problema. Tuttavia, in qualche caso è meglio recarsi sul campo per capire l’esatta caratterizzazione della situazione in cui il problema si verifica, e in questo i veicoli e i grandi elettrodomestici sono un buon esempio. Di conseguenza, la sfida per gli ingegneri è in due aree. Per prima, il rilevamento delle esatte condizioni nelle quali il guasto o l’errore si verifica. Ciò che ha funzionato in laboratorio e in ambiente controllato, improvvisamente non funziona più, e ciò che non sta funzionando richiede rapidamente che altrettanto rapidamente sia identificato il problema. Secondariamente, una volta che la soluzione sia stata implementata in progettazione e possibilmente anche nel processo produttivo, il prodotto dovrà essere ancora testato. Come visto in precedenza, perché il problema originario sia scoperto e caratterizzato sul campo, anche QA definitivi devono essere eseguiti sul campo. Uno dei problemi legati a questi scenari è che la circuiteria potrebbe funzionare con parametri e tolleranze molto stretti, tanto da richiedere una sensibilità tipica di un laboratorio per le misurazioni perché piccole variazioni in ognuna delle caratteristiche di ogni performance possano essere rilevate. Un altro problema è che tentare di portare quel tipo di apparecchiatura sul campo può essere  problematico.

Portatili e performanti

Oggi ci sono alcuni oggetti in grado di soddisfare alcuni dei requisiti, ma non tutti. Possono essere palmari alimentati a batteria ma non hanno la capacità di registrare dati necessari per le analisi, o hanno un numero limitato di moduli test, e inoltre non sono abbastanza precisi da rilevare le più piccole variazioni delle condizioni. Oggi stiamo assistendo a una crescente domanda dal mercato per una combinazione di strumenti, vale a dire portatili e capaci di elevate performance nelle misurazioni da oscilloscopio e nel contempo che registrino anche dati per un lungo periodo di tempo. Finora gli ingegneri avrebbero dovuto prendere con sé due kit di specifiche inferiori portandoli sul campo e quindi avrebbero lottato per completare il programma di test richiesto, quindi replicato in laboratorio le condizioni di test. In risposta a ciò, Yokogawa ha presentato il DL350, che combina le caratteristiche di un oscilloscopio general-purpose con quelle di un registratore per acquisizione dati in un singolo strumento portatile. Diversamente dalle soluzioni portatili, questo strumento aggiunge livelli elevati di precisione e accuratezza nelle misurazioni sul campo, input isolati per misurazioni ad alti livelli di tensione, e memoria di grande capacità che consente registrazioni di lunga durata, per molte ore o giorni. Una funzionalità chiave del DL350 ScopeCorder è la sua modularità plug-in, che gli consente di essere configurato per adattarsi a una moltitudine di applicazioni utente. Questa flessibilità di input è raggiunta aggiungendo due slot, con a disposizione uno qualsiasi dei 18 differenti tipi di moduli di ingresso user-swappable. Basato su uno chassis di formato A4, pesa solo 2,6 Kg con batterie incluse, e rimane al di sotto dei 4 Kg quando utilizzato con una batteria e 2 moduli da 4 canali. La batteria integrata ricaricabile offre tre ore di funzionamento continuo che, in abbinamento all’alimentazione a 220 V o 10-30 Vdc, forniscono al DL350 una alimentazione affidabile e registrazioni senza problemi.

Per misure in ambito automotive

Il DL350 è indicato per ingegneri del settore automobilistico, dove la sfida è combinare misurazioni di segnali elettrici, parametri fisici indicati da sensori di bordo, oltre a dati trasmessi via Can bus, Lin bus o Sent dalla gestione del gruppo motopropulsore. Il DL350 offre questo, combinando isolamento ad alta velocità e moduli Can bus così che gli ingegneri abbiano un eccellente strumento per misurare efficienza e performance della trasmissione nei veicoli elettrici e Ibridi. Misurerà le fluttuazioni della tensione input/output dell’inverter della trasmissione, andamento della velocità, frequenza di accelerazione e frenata, attraverso comunicazioni Can simultaneamente e continuamente per un periodo di fino a 2,5ore alla frequenza di campionamento di 200KS/s. L’aggiunta dell’unità Gps opzionale inserisce anche le informazioni sulle coordinate per correlare posizione del test-track e dati rilevati. Un’altra delle opzioni è la misurazione della tensione di quattro ingressi 16-bit isolati a velocità di 1 MS/s insieme a 16 temperature o due bus Can o Lin separati ognuno dei quali contenente 60 segnali. La funzione “Can Monitor” consente il monitoring di dati in una struttura Can come i trend. I trend sono visualizzati come forme d’onda, e possono essere comparati con altre forme d’onda analoghe. Le forme d’onda ottenute dai segnali nei dati Can o Lin-Bus possono anche essere utilizzate come valori fisici fonte di trigger. La sostituzione di un solo modulo consente misurazioni a 100 MS/s con 12 bits e 1 kV di isolamento. Se da un lato ci sono input logici sempre disponibili, ne sono disponibili molti di più utilizzando un modulo logico. Con fino a 5 Gpoints di dati per canale, è possibile salvare direttamente su una scheda SD, il che significa che i dati possono essere registrati senza interruzioni fino a 50 giorni consecutivi. Utilizzando il DL350 sul campo è possibile ridurre il tempo speso nella ricerca del guasto o analisi dei transienti dato che è possibile visualizzare facilmente gli elementi di disturbo su un segnale. La questione fondamentale qui è come determinare se esiste un evento transiente. La possibilità di impostare diversi tipi di trigger su più canali offre la possibilità di indagare su quale sia la causa di particolari eventi transienti. Inoltre, la disponibilità della memoria di acquisizione di grandi dimensioni, e la possibilità di effettuare registrazioni su periodi di tempo più lunghi, è di aiuto nell’analisi dell’effetto di un tale evento sul resto delle parti dell’applicazione indagando sul comportamento degli altri canali di misurazione dopo l’evento di trigger.

Trigger di base e avanzati 

Uno ScopeCorder viene a volte definito come “the ultimate trigger machine”, e viene fornito con trigger sia di base che avanzati. Una funzione chiamata “action on trigger” consente all’utente di lasciare uno ScopeCorder senza presidio e salvare automaticamente come file o inviare una e-mail di notifica dell’evento di trigger occorso. In aiuto con l’isolamento e nell’analisi dei dati catturati, in “scope mode”, il DL350 divide la memoria di acquisizione disponibile in fino a 1000 “history waveforms”. Tutto lo storico delle registrazioni è accessibile e può essere visualizzato immediatamente dopo ogni misurazione terminata. Questo consente di analizzare ogni fenomeno anormale, che abitualmente dovrebbe essere scomparso dopo che un trigger sia stato attivato. Il DL350 può quindi utilizzare questo “storico” delle informazioni per calcolare i parametri delle forme d’onda e quindi fornire statisticamente una misurazione di come la forma d’onda catturata varia a ogni trigger. Gli ingegneri di sistemi di alimentazione possono utilizzare il DL350 per valutare sistemi trifase e singola fase. Oltre a ciò, per forme d’onda fondamentali di 50 o 60 Hz, possono essere analizzati fino a 40 ordini armonici.  In alternativa, è possibile utilizzare la suite di funzioni Fft per eseguire analisi full frequency. Gli ingegneri hanno la possibilità di scegliere un livello trigger semplice o avanzato su larghezza di impulso, periodo della forma d’onda e su canali multipli. Per esempio, il wave window trigger (Fig. 1) è ideale per il monitoraggio di linee di alimentazione Ac, e consente di catturare facilmente riduzioni di tensione, sovraccarichi, picchi, sfasamenti e drop-out. Oltre ad essere portatile e leggero, il DL350 offre anche compatibilità di funzionamento con i suoi fratelli maggiori da laboratorio e può condividere molti moduli e funzioni. Gli ingegneri possono ora vedere cosa accade sul campo ai sistemi, in un ambiente produttivo invece di tentare di simularne/emularne le condizioni in laboratorio o costruire complessi allestimenti per test su veicoli muletto per comprendere il problema e trovare reali miglioramenti nelle prestazioni.

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