Un registratore modulare di forme d’onda

STRUMENTAZIONE –

Il DL850 raggiunge un’altissima velocità di campionamento, un’alta resistenza di isolamento, permette misurazioni multicanale e misure di lunga durata su una singola unità. risultando uno strumento ideale per risolvere in modo flessibile, efficiente ed efficace a qualsiasi problematica di misura.

Alla luce della preoccupazione sempre crescente riguardo il risparmio energetico, sono stati fatti miglioramenti continui nel campo dell'efficienza energetica. Per gli inverter, per esempio, continui aumenti di efficienza significano dispositivi di potenza sempre più veloci e a tensione più elevata; seguendo il trend imposto dal mondo automotive sempre più Cpu sono utilizzate per un controllo fine e funzionalità avanzate. In relazione a quanto sopra i laboratori di ricerca e sviluppo richiedono strumentazioni con un sempre maggior isolamento tra i canali, alte tensioni in ingresso e alte frequenze di campionamento, nonché la capacità di misurare simultaneamente un maggior numero di segnali per lunghi periodi di tempo. In questo contesto Yokogawa ha introdotto sul mercato lo ScopeCorder DL850 un registratore modulare di forme d’onda. Seguendo le orme concettuali del suo predecessore, il DL750, in termini di dimensioni e di varietà di moduli plug-in, sono state notevolmente migliorate le sue caratteristiche di base. È inoltre supportato da quattro nuovi moduli che offrono una flessibilità di misura ancora maggiore.

Registratore e misuratore
Il DL850 è un registratore e misuratore di forme d'onda con otto slot (per 16 canali max.) per i moduli di ingresso. Gli utenti possono combinare qualsiasi modulo tra i quindici disponibili in modo di utilizzare il più adatto al circuito in prova e collegare una serie di sensori direttamente agli ingressi per la misura delle grandezze fisiche. Tra le prestazioni di base del DL850 possiamo includere l’alta velocità di campionamento (100 MS/s), la memoria extra lunga (2GW) e le misurazioni fino a 128 canali. Il DL850 quindi consente la misurazione per lunghi tempi ad alta velocità di campionamento su più canali, il tutto su un singolo strumento. In confronto al modello precedente la velocità di campionamento è dieci volte maggiore, la memoria due volte più lunga e vengono offerti otto volte il numero di canali. Attraverso il modulo da 100 MS/s di campionamento viene data la possibilità di misurare tensioni fino ad 1 KVrms con risoluzione di 12 bit. Due tecnologie proprietarie sono state impiegate nella creazione di questo prodotto. La prima denominata Isopro è una tecnologia per il trasferimento isolato, ad alta velocità e sicuro della grandezza elettrica. La seconda è la tecnologia GigazoomEngine2 per il trattamento multi campione ad alta velocità.

La tecnologia Isopro
I dispositivi di commutazione a inverter hanno velocità e tensioni sempre più elevate. Così, per una corretta misura, è necessaria strumentazione ad alta velocità di campionamento e con elevati range di tensione in ingresso. Il modulo isolato ad alta velocità offre una frequenza di campionamento di 100 MS/s, 12 bit di risoluzione e banda passante da Dc a 20 MHz insieme con la tecnologia Isopro che gli permette un ingresso in alta tensione (1KV) in assoluto isolamento. La tecnologia Isopro si avvale di un sistema attraverso il quale i dati digitali, elettrici, vengono convertiti in segnali ottici utilizzando un diodo laser a semiconduttore e trasferiti tramite fibra ottica nello strumento, garantendo l’isolamento.  Poiché la velocità di trasferimento dati del diodo laser a semiconduttore è estremamente alta, grandi quantità di dati possono essere trasferite su un singolo dispositivo, e di conseguenza la zona di isolamento all’interno del modulo (e il modulo stesso) risulta molto piccola. Grazie alla tecnologia Isopro è stato possibile inserire 2 canali di misura a 100 MS/s per 1KV in un modulo compatto di circa 100 × 200 mm con grande reiezione del rumore grazie all'isolamento offerto dalla fibra ottica.

La reiezione di rumore
A causa delle alte frequenze di switching degli inverter molto rumore elettrico viene generato lungo il percorso di misura. Per limitare al massimo tale rumore il modulo di misura è stato progettato in modo specifico. I gusci che racchiudono il modulo comprendono una prima schermatura il cui scopo è di schermare dal rumore elettrico esterno. Inoltre, la zona interna del circuito di misura è schermata ulteriormente ed è strutturata per ostacolare la propagazione elettrica del rumore. In tal modo, grazie alla struttura dei moduli, è impossibile un “cross talk” elettrico tra gli stessi.

Funzione display ad alta velocità
A causa delle più elevate velocità di campionamento è necessario essere in grado di gestire in modo più efficiente e veloce tale mole di dati. Il ciclo di test e valutazione, tipico delle prove di questo tipo, prevede una ripetizione dei seguenti processi: valutazione -> verifica dei dati -> modifica delle condizioni -> valutazione. Quindi per ridurre i tempi di ciclo e aumentare l'efficienza, è fondamentale ridurre il tempo necessario per le verifiche dei dati.
Per soddisfare questo requisito, Yokogawa ha sviluppato il sistema GigazoomEngine 2 che utilizza un algoritmo di elaborazione dati dedicato all'alta velocità di campionamento e alle misure multicanale. In contemporanea al salvataggio dei dati in memoria GigazoomEngine2 crea dei dati forme d’onda salvandoli sulla memoria di visualizzazione in real-time. In tal modo i dati da visualizzare, già preparati, vengono visualizzati immediatamente su schermo non appena finita l’acquisizione. Grazie a questo hardware che lavora in parallelo all’acquisizione è possibile visualizzare, in qualsiasi formato di zoom o doppio zoom, in tempo reale la forma d’onda. Nel DL850 sono state inserite delle manopole  appositamente dedicate allo zoom delle forme d’onda proprio per favorire al massimo la facilità d’uso nell’analisi del segnale.

Registrazione ad alta velocità in real time
I test di affidabilità e durata sul prodotto richiedono un monitoraggio e registrazione di dati per lunghi periodi di tempo. Il DL850 può registrare i segnali in real-time in modo continuo su disco rigido con velocità fino a 100kS/s su sedici canali contemporaneamente. In relazione alle registrazioni in tempo reale su disco esistono due problematiche. La prima è legata alla lunga durata della registrazione stessa: la dimensione del file può raggiungere le decine di GB rendendo lenta la fase di accesso e visualizzazione del file, anche su macchine con processori velocissimi. La seconda problematica è legata alla simultaneità delle operazioni: per migliorare il processamento del dato e l’efficienza nella sua valutazione è necessario effettuare in contemporanea il caricamento del dato registrato senza interrompere la fase di acquisizione dello stesso. Il primo problema è risolto applicando la tecnologia GigazoomEngine 2 alla registrazione su hard disk: anche durante la registrazione su disco rigido GigazoomEngine 2 genera contemporaneamente dati di visualizzazione della forma d'onda e la salva in memoria di acquisizione. Questi dati di visualizzazione forma d’onda vengono utilizzati durante l'acquisizione per la visualizzazione rapida. La seconda problematica viene risolta “spezzettando” l’acquisizione in tanti file più piccoli e completi fino alla fine della registrazione stessa. Si evita in tal modo ogni problematica di corruzione di file o altro. A livello di software di visualizzazione tutti i file vengono trattati come un unico file di acquisizione a fine registrazione.

Il Can Bus Monitor
L’elettronica gioca un ruolo indispensabile nel fornire comfort, sicurezza e affidabilità per le automobili di oggi che contengono un numero sempre maggiore di sensori e attuatori, che significano un maggior numero di segnali che devono essere misurati simultaneamente al fine di valutare il sistema nel suo complesso. Essendoci anche molte centraline il bus Can è usato per il controllo della loro cooperazione. Segnali di velocità, giri motori, temperature e altre informazioni varie del corpo macchina, gli stati on/off dei vari interruttori e altri dati di controllo scorrono su bus Can. Se i dati Can bus possono essere registrati in un unico file diventa possibile misurare, velocità, giri motore, e altri dati senza sensori aggiuntivi. Il modulo Can bus del DL850 è dotato di due porte che permettono di misurare i dati su 2 bus Can completamente separati. Ogni porta Can è in grado di monitorare fino a sedici segnali contemporaneamente. Con il modulo Can bus del DL850 è possibile acquisire dati Can dai quale possono essere estratti, ricampionati, riscalati e salvati dati di serie temporali e di forma d'onda. Usando il modulo Can bus, i dati del bus e i segnali analogici acquisiti direttamente dai sensori possono essere visualizzati su un unico schermo e asse dei tempi facilitando il confronto e la convalida.
 
Le misure multicanale
Il modulo di acquisizione a 16 canali include una funzione di scanner che permette di acquisire e misurare fenomeni con frequenza da Dc a migliaia di hertz su più canali. Ogni canale ha un amplificatore di guadagno e un filtro che permette misure su ogni canale a un livello ottimale. La scansione su tutti i canali avviene con una velocità da 10 KS/s a 200 KS/s (a seconda del numero di canali attivati) grazie al controllo della velocità di apertura e chiusura degli “scanning switch”. Sempre attraverso la tecnologia GigazoomEngine2 è possibile un campionamento multicanale insieme a un alta velocità di visualizzazione, fino a 128 canali.
Lo ScopeCorder DL850 utilizza uno schermo Lcd da 1024 × 768 punti ad alta risoluzione, così come un "gruppo di display" per mantenere la forma d'onda “visibile” anche durante la misurazione multicanale (lo schermo può essere diviso fino a 16 parti per distribuire automaticamente i canali in modo da rendere chiara la visualizzazione). In questo modo è facile controllare la forma d'onda di interesse solo sui canali che si desidera confrontare.

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