Messsystem erobert Megahertz-Bereich: Brückenschlag zur Erfassung hochdynamischer Signale

Ein Berliner Hersteller und Lösungsanbieter von produktiven Mess- und Prüfsystemen stellt ein Messsystem vor, das in den Megahertz-Bereich vorstößt. Mit Abtastraten von bis zu 4 MHz lassen sich sehr schnelle, dynamische Vorgänge genau untersuchen. Ein vierkanaliger, isolierter Messverstärker erlaubt den direkten Anschluss von Spannung, Stromwandlern und IEPE-Sensoren für Beschleunigung, Schall oder Kraft.

Klassische Komponenten- oder Systemtests gehören in der Entwicklung von beispielsweise Automotive-Systemen zum Routinerepertoire des Entwicklungsprozesses. Sie schließen bei der messtechnischen Erfassung in der Regel Signale und Sensoren für physikalische Größen ein. Deren Bandbreiten bzw. die zur Aufnahme erforderlichen Abtastraten bewegen sich dabei meist im Bereich von bis zu 100 kHz pro Kanal. Zugleich markieren die physikalischen Prozesse die natürliche Grenze der Abtastrate. Die Dynamik von Temperaturen, Drücken, mechanische Verspannungen etc. ist durch die mechanischen Strukturen und Trägheiten vorgegeben.

Bei elektronischen Zünd- und Einspritzsystemen, piezoelektrischen Aktuatoren, ECU-gesteuerten Schaltvorgängen, hochfrequenten Vibrationen und nicht zuletzt den vielen neuen Komponenten und Antrieben des e-Mobility-Bereichs müssen zunehmend Prozesse und Signale untersucht werden, die so dynamisch sind, dass sie die Abtastraten klassischer mechatronischer Messsysteme sprengen. In solchen Grenzbereichen kamen dann bisher oft Messwerkzeuge wie das klassische Oszilloskop zum Einsatz. Doch während damit zwar mehr als genug Abtastrate zur Verfügung steht, sind mit deren zum Beispiel 4-Kanal-Spannungseingängen die Anwendungsmöglichkeiten eingeschränkt. Mangels echter Messverstärker und Sensorkonditionierung kann weder die physikalische Sensorik direkt angeschlossen werden, noch besteht bei derartigen Stand-Alone-Lösungen die Möglichkeit, diese schnellen Signale im Kontext eines allgemeinen vielkanaligen Messsystems zu integrieren. Dies ist aber nötig, um sie gemeinsam mit den klassischen Signalen mittlerer Bandbreite zu korrelieren und das zu untersuchende System in seiner Gesamtheit zu analysieren.

4-kanaliges Gerät schließt ­Messtechniklücke

Diese Lücke am Messtechnikmarkt mit seiner Unterscheidung zwischen „langsamer“ und „schneller“ Datenerfassung schließt nun das Imc-EOS-Messgerät mit einem Konzept, das auf Kompaktheit, Präzision und maximale Flexibilität ausgerichtet ist.

Das 4-kanalige Gerät bietet individuell isolierte Messverstärker, die neben Spannungssignalen den direkten Anschluss von IEPE/ICP-Sensoren erlauben und auch Präzisions-Stromwandler unterstützen. Die Digitalisierung erfolgt mit 24 Bit bei maximal 4 MHz, die als Summenrate zur Verfügung stehen (4 x 1 MHz) oder auch für einen einzelnen Kanal ausgeschöpft werden können, der dann bis zu 1,8 MHz analoge Bandbreite erreicht.
Der Signalanschluss kann alternativ sowohl über BNC als auch mit Lemo-Steckern erfolgen, wie sie in der Messtechnik gebräuchlich sind und darüber auch eine optionale Sensorversorgung mitliefern können. Damit ist das Gerät prädestiniert für IEPE-basierte Beschleunigungsaufnehmer, Mikrofone und dynamische Kraftsensoren. Mit Präzisions-Stromwandlern, die über eine weitere Versorgungseinheit angekoppelt werden können, sowie den bis zu ± 60 V direkt messbaren Spannungsbereichen kann auch unmittelbar elektrische Leistung erfasst werden. Das macht Imc EOS zu einer Lösung in e-Mobility-Anwendungen wie Hybridfahrzeugen, e-Scootern, eBikes und anderen elektrischen Fahrmotoren und Energieversorgungssystemen.

Für stationäre wie mobile Anwendungen

Die beschriebenen Anwendungsszenarien beschränken sich dabei nicht auf stationäre Prüfstands-Umgebungen, sondern sind ebenso für mobile Fahrversuche relevant. Auch sind neben dem Automotive-Bereich viele andere Industrien und Applikationsfelder mit ähnlichen Herausforderungen konfrontiert: Die Untersuchung von Explosionen, ballistischen Versuchen, Zündvorgängen oder Crashs, ob im zivilen, militärischen, bautechnischen Umfeld oder im Bergbau: All diese Anwendungsfelder involvieren hochdynamische Signale und Sensoren, die exakt, synchron und mit sehr schnellen Abtastraten erfasst werden müssen. Neben einer präzisen Synchronisierung im ns-Bereich ist dabei auch eine intelligente und sichere Trigger-Funktionalität wichtig. So wird erreicht, dass repetierende Vorgänge unmittelbar korreliert und „übereinandergelegt“ werden können, so wie man das vom Scope gewohnt ist. Außerdem können mittels einstellbarer Pre- und Post-Triggerintervalle die hochaufgelösten und damit speicherintensiven Datenmengen auf die relevanten Bereiche des Prozesses beschränkt werden.
Werden viele derartige Messkanäle benötigt, so kann das Gesamtsystem flexibel erweitert werden, indem mehrere Imc-EOS-Geräte kaskadiert und via Ethernet vernetzt werden. In gleicher Weise lassen sich auch alle anderen Messsysteme aus dem Imc Programm mit Imc EOS gemeinsam betreiben. Alle Geräte der Plattform wie Imc Cronos, Imc Spartan, Imc-C-Serie oder Imc Busdaq sind im Verbund synchron und vernetzt einsetzbar. So können alle Signal und Kanaltypen, vom klassischen DMS über Feld und Fahrzeugbusse (CAN-FD, XCPoE, ARINC etc.) bis hin zu den Telemetrie-Komponenten, gemeinsam in der PC- basierten Betriebssoftware Imc-Studio synchron und uniform zusammengeführt werden. Zudem ist damit auch eine Live-Signalanalyse mit Imc-Inline-Famos möglich.
Diese flexible Systemzusammenstellung wird auch dadurch erleichtert, dass das Gehäuse von Imc EOS mechanisch zum modularen Baukastensystem Imc Cronosflex kompatibel gestaltet ist: Komplettgeräte und Zubehör aus dieser Serie können mit Imc EOS mechanisch kombiniert werden, indem sie mit dem werkzeuglosen Klick-Verschluss zu Blöcken kombiniert werden. Zubehörkomponenten wie Griffe, batteriegepufferte USV-Lösungen („Power-Handle“) oder Versorgungs-Module für Hochleistungs-Stromwandler und Stromzangen sind damit direkt auch für im EOS verfügbar: Ein zentraler Stromversorgungsanschluss reicht dann, um den kompletten Block ohne weitere Kabel zu versorgen. Mit dem ebenfalls anklickbaren Imc-Net-Switch steht zudem ein 5-Port-GBit-Netzwerkswitch zur Verfügung, der die synchrone Vernetzung der Systeme unterstützt. Angesichts von veränderten und erweiterten Anforderungen lässt sich somit auch ein bestehender Messaufbau mit Imc-Geräten, wie beispielsweise ein Komponentenprüfstand, Labor- oder mobile Testanordnungen, einfach um zusätzliche High-Speed-Kanäle erweitern.
Im Betrieb können die von Imc EOS aufgenommenen Daten sowohl zum PC gestreamt werden, zur Darstellung und/oder Analyse, zwecks Archivierung direkt auf einem Netzlaufwerk (NAS) abgelegt werden oder aber unmittelbar auf Onboard-Flash-Speicher (bis 1 TB) gesichert werden. Diese interne Speicher-Option vermeidet eine Abhängigkeit von sicheren und breitbandigen Transfer-Kapazitäten am Netzwerk und erlaubt auch einen PC-losen autarken Betrieb des Geräts.

Einsatzfelder

Die aktuellen Herausforderungen, denen sich Test-Ingenieure bei der Kombination von hochdynamischen Signalen mit vielkanaligen Universal- und Multi-Domain-Messsystemen ausgesetzt sehen, sind in einer Vielzahl von Anwendungen und Industrien zu beobachten. Neben Automotive, Fahrzeugbau, Flugzeug und Raketentechnik ist auch die Materialprüfung mit Crash-, Fall-, Riss-, Kompressionsversuchen relevant. So wie auch die Werkzeugmaschinenentwicklung Umformprozesse wie Crimp-, Biege-, Füge-, Stanz- oder Schneideprozesse zu untersuchen hat.

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