Telemetrie als integrierte Lösung

Welche Vorteile haben Messtechniker von einer integrierten Gesamtlösung? Sie profitieren zum einen von schnelleren Produktentwicklungszeiten, da das Testen produktiver wird – dank einer durchgängigen Messkette. Zum anderen werden Anwender durch die Übernahme von Systemverantwortung entlastet. Grund genug für einen Messtechnik-Anbieter, seine Telemetrie-Lösung in das Gesamt-Messsystem einzugliedern.

Messtechnik zum Test von Fahrzeugen, Anlagen und Komponenten gilt es auf immer komplexere elektromechanische Systeme auszurichten. Verschiedenste Komponenten und deren Zusammenspiel müssen untersucht und vielfältige Parameter erfasst werden. Manche der physikalischen oder elektrischen Größen sind mitunter nur unter erschwerten Bedingungen zu erfassen. Insbesondere wenn etwa Kräfte und Momente an rotierenden Bauteilen, wie Antriebswellen, sowie an mobil bewegten Testobjekten aufzunehmen sind, oder wenn Sensoren in Hochspannungsumgebungen oder an unzugänglichen Orte eingesetzt werden. Für diese Herausforderungen gibt es eine Lösung: Telemetrie-Messtechnik. Sie überwindet die Limitierungen klassisch verdrahteter Sensorik.

Die Zukunft: „Multi-Domain“-Datenerfassung

Die Herausforderung für moderne und zukunftsfähige Telemetrie-Konzepte liegt darin, diese möglichst flexibel und nahtlos in die übrige Messtechnik einzubetten. Produkt-Erprobungen und Komponententests haben schon lange keine eindimensionale Ausrichtung mehr. Sie sind durch ganzheitliche Betrachtungen und „Multi-Domain“-Datenerfassung geprägt. Neben klassischen physikalischen Messgrößen wie Kraft, Dehnung, Temperatur, Winkel oder Drehzahl sind auch digitale Prozess-Signale einzubeziehen. Zudem gilt es Feld- und Fahrzeugbusse mit zu erfassen, auf denen die beteiligten elektronischen Steuereinheiten (ECUs) ihre Mess- und Zustandsvariablen austauschen. Da diese verteilte Intelligenz und digitale Vernetzung in hochkomplexen mechatronischen Systemen immer wichtiger wird, ist es unabdingbar, alle relevanten Größen der verschiedenen „Domänen“ in einheitlicher Weise und vollständig synchron aufzuzeichnen. Diese Integration beinhaltet auch das nahtlose Einbeziehen der Telemetrie-Subsysteme.
Auch Softwareseitig sind all diese Komponenten konsequent zusammenzuführen: sowohl zur Konfiguration von Test-Szenarien, als auch bei der Aufnahme, Darstellung, Analyse und Verwaltung der generierten Messdaten.

Somit bleibt eine vollständige Übersicht und Kontrolle gewährleistet. Nur dann können sich die beteiligten Test- und Produktspezialisten auf ihre eigentlichen inhaltlichen Aufgaben konzentrieren, nämlich die Ergebnisse zu interpretieren und das eigentliche Produkt besser zu verstehen und zu optimieren.

Telemetrie aus dem Baukasten

Auch bei Telemetrie-Systemen sind modulare Konzepte gefragt, die es erlauben, Anzahl und Eigenschaften der Messeingänge passgenau zusammenzustellen. Das von Imc angebotene Telemetrie-Baukastensystem MTP-NT ist modular aufgebaut. Es besteht aus frei wählbaren Sensormodulen, Controller- und Stromversorgungs-Modul sowie einer Sendeeinheit (Transmitter). Die digitalisierten Messdaten aller Module werden über das gemeinsame Transmitter-Modul mittels eines PCM-kodierten Datenstrom drahtlos übertragen.
Flexible Telemetrielösungen bieten dabei verschiedene drahtlose Übertragungstechnologien an. Für mittlere und weite Distanzen sind das typischerweise Funkübertragung, während bei kurzen Entfernungen eine induktive Übertragung in Frage kommt. Diese ermöglicht gleichzeitig auch die Sendeelektronik drahtlos mit Energie zu versorgen. Doch auch die optische Übertragung der PCM-Signale über Glasfaser kann eine Option sein, etwa in Hochspannungsumgebungen wie einem 15-kV-Stromabnehmer in der Bahntechnik.

Integration in das Gesamtsystem

Unabhängig von der gewählten Übertragungstechnologie wird auf der Empfängerseite der serielle PCM-Datenstrom wieder dekodiert und in ein digitales Format umgesetzt. Dies eignet sich für die Integration in das Gesamt-Messsystem am besten. Hier bietet sich eine Standard-Ethernet-Übertragung an. Das empfangende Messsystem besitzt dafür ein dediziertes Interface mit eigener Prozessorleistung. Es nimmt den TCP/IP-Datenstrom entgegen und setzt die Pakete in uniforme Datenkanäle um. Dieses Interface ist in das Stand-alone-fähige Messgerät integriert und ist damit auch unabhängig vom PC, der für eine autarke Datenaufnahme nicht zwingend nötig ist. Um ein derartiges Telemetrie-Interface lassen sich alle Imc-Messsysteme und Datenlogger erweitern. Ein besonders modulares und flexibles Konzept lässt sich mit dem Imc-Messsystem CronosFlex und der MTP-Telemetrie realisieren, bei dem sowohl telemetrische als auch klassische Messdatenerfassung modular aufgebaut ist.
Eine präzise Synchronisation der Telemetrie wird mit Zeitstempeln realisiert. Diese können bereits auf dem Telemetrie-Receiver zugewiesen werden, welcher über IRIG-B synchronisiert wird. Das kann selbst die Laufzeiten auf dem reservierten Netzwerk kompensierten. Eine solche Lösung ist wiederum busfähig, so dass über einen Netzwerk-Switch sogar mehrere Telemetrie-Receiver gemeinsam angekoppelt werden können.
An dieser Stelle ist dann das Telemetrie-Subsystem vollständig in das universelle Messsystem integriert. Zudem ist es soweit abstrahiert, dass für alle weiteren Aufgaben des Tests die universelle Standard-Messtechnik-Software Imc Studio und der entsprechend durchgängige Workflow eingesetzt werden können. Damit sind für die synchron eingebundenen Telemetrie-Kanäle alle Funktionen der umfangreichen Imc-Studio-Software verfügbar: von der Datenaufnahme mit Multi-Trigger, über Echtzeitanalyse, Visualisierung, Speicherung bis hin zur kompletten Testautomatisierung mit Datenbankverwaltung.

Der praktische Nutzen

Bleibt die Frage, was eine solche Lösung tatsächlich an praktischem Nutzen für den Anwender bringt? Der wichtigste Nutzen liegt in der integrierten, messtechnischen Gesamtlösung: Nur so ist eine ganzheitliche Betrachtung des Prüflings auf Basis von verlässlich synchronen Messergebnissen möglich. Modularität und Flexibilität sorgen gleichzeitig für reduzierte Kosten bei der Ausrüstung. So können beispielsweise einheitliche Sensor-Module gemeinsam beschafft, geteilt und auch wiederverwendet werden, wenn eine Applikation ihren Auftrag erfüllt hat oder verändert werden soll. Und dank eines durchgängigen Software-Werkzeugs mit einer einheitlichen Bedienphilosophie wird die Arbeitsproduktivität der Anwender gesteigert. Bedenkt man, welchen Anteil die Personalkosten ausmachen, kann man erahnen, welche Effizienz-Potentiale zu heben sind.

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