imc EOS: Dokładna rejestracja sygnałów impulsowych i szybkozmiennych

Rejestracja sygnałów szybkozmiennych i impulsowych wymaga aparatury zdolnej precyzyjnie odwzorować geometrię przebiegu w czasie oraz uchwycić jego pełne widmo częstotliwościowe. Odpowiedzią na to wyzwanie jest system imc EOS, który skutecznie łączy 24-bitową rozdzielczość klasycznych systemów DAQ z próbkowaniem 4 MHz. 

Pierwszym z kluczowych wyzwań w kontekście sygnałów szybkozmiennych jest precyzyjne odwzorowanie kształtu impulsu. Wysoka częstotliwość próbkowania nie służy wyłącznie do analizy zjawisk o bardzo wysokiej częstotliwości, ale jest wręcz niezbędna do uchwycenia sygnałów uderzeniowych, stanów nieustalonych czy stromych zboczy. Nawet dla sygnałów o stosunkowo niskiej częstotliwości fundamentalnej, duża gęstość punktów pomiarowych pozwala dokładnie zrekonstruować rzeczywisty przebieg, bezbłędnie wyznaczyć wartość szczytową (peak) oraz obliczyć energię impulsu.

Odpowiadając na te potrzeby, system imc EOS umożliwia ciągłe próbkowanie z częstotliwością do 4 MHz na kanał. W praktyce oznacza to sprzętowe pobieranie nowej próbki co 250 nanosekund, co gwarantuje precyzyjne odtworzenie geometrii każdego szybkiego zjawiska.

Drugim, równie istotnym aspektem jest rejestracja szerokiego widma z wyższymi harmonicznymi. Aby układ wejściowy w ogóle zarejestrował szybkozmienne zjawisko bez tłumienia amplitudy, wymagane jest odpowiednio szerokie pasmo analogowe (bandwidth). Pozwala ono na bezstratne nagranie nie tylko wysokiego sygnału fundamentalnego, ale przede wszystkim towarzyszących mu wyższych harmonicznych, które nadają zjawisku jego docelowy kształt. Zbyt wąskie pasmo toru kondycjonowania zadziałałoby jak filtr, który odcina kluczowe składowe widma i zniekształca wynik. Tor pomiarowy w urządzeniu imc EOS charakteryzuje się pasmem analogowym o szerokości 1,8 MHz, co daje pewność, że zjawiska szybkozmienne nie zostaną sprzętowo odfiltrowane jeszcze przed digitalizacją.

Parametry techniczne urządzenia

Podstawą architektury systemu imc EOS jest rejestracja sygnału z wykorzystaniem przetworników analogowo-cyfrowych o 24-bitowej rozdzielczości. Moduł wyposażony został w cztery kanały wejściowe z dwoma typami złączy BNC i LEMO. Są one w pełni izolowane galwanicznie na poziomie każdego kanału, co skutecznie zabezpiecza układ pomiarowy przed pętlami masy. Moduł umożliwia bezpośredni pomiar sygnałów napięciowych w szerokim zakresie aż do ±100 V, a jednocześnie dzięki wbudowanym zasilaczom IEPE/ICP wspiera podłączenie czujników takich jak mikrofony pomiarowe, akcelerometry czy piezoelektryczne czujniki siły. Dodatkowo każdy z kanałów może dostarczyć do 2 W dedykowanego zasilania w celu bezpośredniej obsługi rejestratorów i czujników aktywnych.

Taka wszechstronność wejść pozwala wykorzystać moduł do rejestracji wielu typów sygnałów jednocześnie i wykorzystać go w różnych projektach.

Urządzenie imc EOS zostało zaprojektowane z myślą o pracy w wymagającym środowisku, dlatego umożliwia pracę w pełni autonomiczną bez udziału komputera PC, opierając się na zintegrowanej pamięci flash o pojemności sięgającej 1 TB. Zabezpieczeniem dla tych danych w przypadku nagłego zaniku napięcia zasilającego (co jest częstym zjawiskiem np. podczas testów niszczących (crash-testów) czy prób wybuchowych)  jest wbudowany układ zasilania awaryjnego (SuperCap UPS), który gwarantuje integralność i bezpieczne zamknięcie plików. Dopełnieniem inżynierskiej solidności jest odporność środowiskowa sprzętu: system spełnia rygorystyczne wymagania normy MIL-STD-810 dotyczącej wstrząsów i wibracji, a w wersji rozszerzonej jest przystosowany do niezawodnej pracy w skrajnych temperaturach otoczenia, od -40°C do +85°C.

Współpraca systemu EOS z systemem CronosFlex

Na nowoczesnych stanowiskach badawczych analiza szybkich zjawisk (np. impulsów prądowych) rzadko zachodzi w izolacji od standardowych parametrów (np. zmiany temperatur czy wartości z czujników tensometrycznych). Urządzenie imc EOS zostało zaprojektowane jako bezpośrednie rozszerzenie rodziny modułowych systemów imc CRONOSflex.

Dzięki fizycznemu połączeniu modułów w jeden blok, wszystkie urządzenia korzystają z jednego źródła zasilania oraz wspólnej szyny do wymiany danych. Zestaw ten można łatwo rozbudować o kolejne elementy, takie jak dedykowany 5-portowy switch sieciowy imc NET-SWITCH.

W rozbudowanych systemach pomiarowych częstym problemem jest brak idealnej synchronizacji między urządzeniami, co prowadzi do błędów fazowych (tzw. "rozjeżdżania się" próbek w czasie). Aby temu zapobiec, moduły wymuszają precyzyjną synchronizację czasu za pomocą sprzętowego sygnału IRIG-B lub protokołów sieciowych NTP i PTP.

Zarządzanie tak połączonym sprzętem odbywa się z poziomu jednej aplikacji - imc STUDIO. Umożliwia ona skonfigurowanie w jednym miejscu zarówno powolnych modułów pomiarowych, jak i bardzo szybkich, 4-megahercowych kanałów modułu EOS. W efekcie zjawiska wolne oraz szybkie są precyzyjnie skorelowane i widoczne na dokładnie tej samej osi czasu podczas analizy wyników.

Przykładowe zastosowania

Wysokie pasmo przenoszenia w połączeniu z galwaniczną izolacją sprawdza się w specyficznych aplikacjach przemysłowych i badawczych, gdzie istotne są stany przejściowe:

• Elektromobilność (E-mobility): Podczas testów nowoczesnych napędów na stanowiskach hamownianych, badanie trójfazowych falowników bazujących na kluczowaniu sygnałów mocy (PWM) generuje sygnały o wysokiej dynamice (strome zbocza napięcia). Zastosowanie urządzenia EOS umożliwia rejestrację tych zjawisk dzięki rozdzielczości 24-bitowej.
• Testy balistyczne, wybuchowe i Crash-testy: Przy pomiarach eksplozji, testach poduszek powietrznych czy w balistyce kluczowe zjawiska trwają pojedyncze milisekundy. Duża rozdzielczość, w połączeniu z głęboką pamięcią buforowania i bezpośrednim zapisem we wbudowanej pamięci flash, gwarantuje bezstratny zapis dla sygnałów, których nie można w prosty sposób odtworzyć.
• Komponenty motoryzacyjne: System sprawdza się podczas weryfikacji procesów wtrysku paliwa, układów zapłonowych, działania zaworów i siłowników o dużej dynamice, jak również podczas analizy wysokoczęstotliwościowych drgań przenoszonych przez silniki i skrzynie biegów.
• Aero-kosmos i obronność: Akwizycja w paśmie do 1,8 MHz umożliwia monitorowanie profili wibracyjnych łopatek turbin, analizę napędów rakietowych oraz weryfikację stabilności w komorach spalania.

Środowisko programowe  imc STUDIO: Jednolita platforma do zarządzania procesem pomiarowym

Z inżynierskiego punktu widzenia oprogramowanie to oferuje szereg mechanizmów optymalizujących codzienną pracę z systemami pomiarowymi:

• Zarządzanie czujnikami i konfiguracja toru: Oprogramowanie posiada wbudowaną bazę czujników i natywnie wspiera standard TEDS, co pozwala na automatyczne zaczytywanie parametrów podłączonych przetworników i minimalizuje ryzyko błędu ludzkiego przy wpisywaniu czułości. Interfejs pozwala na sprawną konfigurację zarówno dla szybkich, mobilnych pomiarów typu black box, jak i rozbudowanych testów z wykorzystaniem setek kanałów.
• Indywidualne panele operatorskie: Użytkownik nie jest skazany na sztywne okna aplikacji. Inżynier może zbudować własny interfejs testowy, korzystając z ponad 100 predefiniowanych szablonów wskaźników i widżetów. Pozwala to na stworzenie dedykowanego widoku prezentującego tylko kluczowe parametry i przyciski kontrolne.
• Synchroniczna rejestracja wideo: System pozwala na bezproblemowe zintegrowanie strumienia z kamer wideo z analogowymi danymi pomiarowymi. Strumień wideo traktowany jest jako kolejny kanał pomiarowy, co oznacza, że podlega on pełnej synchronizacji i obsługuje bufory wyzwalania pre-trigger oraz post-trigger.
• Analiza w czasie rzeczywistym: Zamiast czekać na zakończenie testu i eksport danych do zewnętrznych programów, środowisko pozwala na wykonywanie obliczeń matematycznych, statystycznych oraz analizy częstotliwościowej FFT bezpośrednio w trakcie trwania pomiaru. Przetworzone wyniki, tzw. kanały wirtualne, są widoczne w czasie rzeczywistym, co pozwala na natychmiastowe przerwanie testu, jeśli np. wartość skuteczna (RMS) drgań przekroczy limit bezpieczeństwa.
• Automatyzacja bez programowania: Środowisko eliminuje konieczność pisania skryptów w językach tekstowych w celu zautomatyzowania rutynowych czynności. Korzystając z gotowych bloków graficznych, można stworzyć pełną sekwencję testową obejmującą m.in. zerowanie kanałów, wprowadzenie metadanych obiektu testowego, wyzwolenie zapisu oraz automatyczne wygenerowanie i wydrukowanie raportu.

Wypróbuj imc EOS

imc EOS wykracza poza standardowe ramy rejestratorów DAQ, oferując unikalną konfigurację wejść pomiarowych.

Zamiast ograniczeń klasycznych 8- czy 12-bitowych oscyloskopów podatnych na zakłócenia współbieżne, system gwarantuje rozdzielczość 24 bitów z pełną, galwaniczną izolacją kanałów oraz pasmem 1.8 MHz.

Skontaktuj się z nami i przetestuj imc EOS we własnym scenariuszu pomiarowym