Überblick über TEDS-Sensorvorlagen nach IEEE 1451.4

IEEE 1451.4 ist ein neuer Standard zur Einführung von Plug-and-Play für analoge Sensoren. Die Plug-and-Play-Funktion wird durch eine standardisierte Zusammenfassung der technischen Daten des Sensors (TEDS) möglich. Auf einem TEDS sind die wichtigsten Daten enthalten, die für das Gerät oder Messsystem erforderlich sind, um die Signale des analogen Sensors zu erkennen, richtig einzuordnen und weiterzuverwenden. Daten wie Sensortyp, Hersteller und Kalibrierangaben sind nur einige der Daten, die auf einem TEDS gespeichert werden können. Das TEDS wird auf zwei Arten bereitgestellt: Erstens kann sich das TEDS in einem Embedded-Speicher, üblicherweise einem elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM), innerhalb des analogen Messwandlers befinden, wie in der Norm IEEE 1451.4 definiert. Ein virtuelles TEDS kann zum Beispiel in einer Datei gespeichert sein, die aus dem Internet heruntergeladen werden kann. Der Vorteil virtueller TEDS liegt darin, dass die standardisierten Datenblätter auch für ältere Sensoren ohne Speicherchip oder EEPROM verwendbar sind.

Der Standard IEEE 1451.4 definiert das Verfahren zur Kodierung von TEDS-Informationen für eine Vielzahl von Sensortypen und -anwendungen. Um einen so breiten Bereich abzudecken und gleichzeitig den Speicherbedarf gering zu halten, verwendet das TEDS-Konzept IEEE 1451.4 das Konzept der Vorlagen, die die spezifischen Eigenschaften für verschiedene Sensortypen definieren. In diesem Artikel werden Aufbau und Inhalt von TEDS nach IEEE 1451.4 beschrieben, einschließlich der einfachen TEDS und jeder dieser spezifischen Sensorvorlagen.

Dies sind einige der Vorteile von TEDS-Sensoren:

• Datenzuverlässigkeit
• Automatisches Hochladen von Sensordaten in die Software
• Einfache Anbindung
• Schnellere Sensorkonfiguration
• Manuelle Eingabe eliminieren
• Offener Standard

In der Spezifikation IEEE 1451.4 wird ein TEDS definiert, das aus mehreren Abschnitten besteht, die zu einem vollständigen TEDS verkettet sind. Der erste Abschnitt ist der Basic TEDS, der die wesentlichen Identifizierungsinformationen enthält. In der Regel folgt ein IEEE-Standard-TEDS, der die wichtigen Eigenschaften für einen bestimmten Sensortyp definiert, dem Basis-TEDS. Optional kann dieser Standardvorlage eine Kalibriervorlage folgen. Zwei-Bit-Selektoren in den TEDS-Daten zeigen den folgenden Abschnitt an. Schließlich wird der Endabschnitt des TEDS als offener Benutzerbereich angegeben.

TEDS-Daten, die in einen EEPROM programmiert werden, enthalten im Gegensatz zu einer virtuellen TEDS-Datei auch einen Prüfsummenwert, der nicht in Abbildung 1 enthalten ist.

Die ersten 64 Bit des Sensor-TEDS sind die Basis-TEDS. Das Basic TEDS identifiziert den Sensor eindeutig und enthält die Hersteller-ID (14 Bit), die Modellnummer (15 Bit), den Versionsbuchstaben (5 Bit Zeichencode), die Versionsnummer (6 Bit) und die Seriennummer des Geräts (24 Bit). Diese Daten sind nach dem in Tabelle 1 beschriebenen Format in einem nichtflüchtigen Speicher organisiert.

Tabelle 1: Einfache TEDS-Inhalte

	Bitlänge	Zulässiger Bereich
Hersteller-ID	14	17 - 16381
Modellnummer	15	0-32767
Versionsbuchstabe	5	A-Z (Datentyp Chr5)
Version	6	0-63
Seriennummer	24	0-16777215

HINWEIS — Viele Sensoren werden mit Entwurfsversionen (D0.9x) dieser Norm hergestellt, die ein anderes Format für die grundlegenden TEDS als das in dieser Norm verwendete beschreibt. Weitere Informationen dazu finden Sie im Anhang A.

Die Hersteller-ID ist eine Aufzählung der Hersteller. Mehrere IDs werden Early Adopters zugewiesen und zukünftige Zuweisungen werden vom IEEE verwaltet. Diese ID-Zuweisungen werden auch in einer ASCII-Textdatei verfügbar sein, die beim IEEE oder bei Softwareanbietern erhältlich ist. Software kann diese Datei zur Anzeige der Herstellernamen verwenden. Die Werte 0-16 und 16382-16383 sind für spezielle Anwendungen reserviert, z. B. Knotenlisten in einer Konfiguration mit mehreren Knoten oder benutzerdefinierte Vorlagen.

Die Anwendung und Abtretung der restlichen Basis-TEDS liegt im Ermessen des Herstellers. Konkret kann die Modellnummer als Aufzählung des Modellnamens für einen bestimmten Hersteller definiert werden. Diese Aufzählung ist möglicherweise bei Herstellern als ASCII-Datei für Softwareanwendungen erhältlich.

Die Norm definiert eine Sammlung von Vorlagen für gängige Sensorklassen, wie in Tabelle 2 aufgeführt. Die Vorlagen 25 bis 39 sind Vorlagen für den Sensortyp, die Eigenschaften enthalten, die für bestimmte Sensortypen erforderlich sind. Die Vorlagen 40, 41 und 42 sind Kalibriervorlagen und können mit einer der wandlerartigen Vorlagen verwendet werden.



Die Tabellen in den folgenden Abschnitten fassen den Inhalt jeder IEEE-Standardvorlage zusammen. Jede Zeile der Tabelle entspricht einem Eigenschaftsbefehl (in Vorlagen mit dem Vorzeichen % gekennzeichnet) oder Steuerbefehl, der Bits aus dem TEDS verwendet, z. B. einem Case auswählen. Die erste Spalte in vielen Tabellen mit der Bezeichnung Auswählen zeigt die verschiedenen Cases für Cases auswählen in den Vorlagen an. Ein aus dem TEDS gelesener 2-Bit-Case kann beispielsweise vier verschiedene Cases enthalten, von denen jeder einen Abschnitt der Vorlage enthält, der für den entsprechenden Case-Wert verwendet wird.

Die Tabellen geben auch die Anzahl der Bits an, die für jede Eigenschaft verwendet werden, die Zugriffsrechte (Benutzer, Kalibrierung oder Identifizierung) und den Datentyp. Die in diesen Standardvorlagen verwendeten Datentypen sind in Tabelle 3 zusammengefasst.

Tabelle 3: In IEEE-Standardvorlagen verwendete Datentypen

ConRes und ConRelRes bieten eine Methode zur Kodierung von nicht ganzzahligen Werten mit minimalem Bitverbrauch, indem sie einen begrenzten Bereich definieren, in dem die Bits abgebildet werden. Bereich und Auflösung für ConRes- und ConRelRes-Eigenschaften sind in der Vorlage aufgeführt.

Vorlage 25: Beschleunigungsmesser und Kraftaufnehmer
Diese Vorlage ist für dynamische Beschleunigungsmesser und Kraftaufnehmer mit Konstantstromversorgung (IEPE) vorgesehen.

Vorlage 27: Mikrofone (mit eingebauten Vorverstärkern)

Diese Vorlage eignet sich für Messmikrofone mit integriertem Vorverstärker. In der Regel verfügen diese Geräte über eine IEPE-Schnittstelle.

Vorlagen 26, 28, 29 und 43

Die Vorlagen 26 und 43 sind für Ladungsverstärker vorgesehen, wobei vorgesehen ist, einen angeschlossenen piezoelektrischen Wandler, entweder einen Beschleunigungs- oder Kraftaufnehmer, zu beschreiben. Vorlage 28 ist eine Mikrofonvorverstärkervorlage, die eine angeschlossene Mikrofonkapsel angeben kann. Vorlage 29 ist eine Vorlage zur Beschreibung eines kapazitiven Mikrofons.

Einzelheiten zum Inhalt und zur Zusammensetzung der Vorlagen 26, 28, 29 und 43 sind in Anhang A der Spezifikation IEEE 1451.4 enthalten.

Vorlage 30: High-Level-Spannungsausgabevorlage

Diese Vorlage ist eine allgemeine Vorlage für eine Vielzahl von Sensoren. Prinzipiell eignet sich diese Vorlage für alle Sensoren mit analoger Spannungsausgabe. Der erste 6-Bit-Case "Auswählen" zeigt den physikalischen Messwert und die entsprechenden Einheiten (z. B. PSI, N, m/s², mm, % usw.) an.

Vorlage 31: Ausgabevorlage für Stromschleifen

Wie die Vorlage zur Spannungsausgabe ist auch diese Vorlage eine universelle Vorlage für die Verwendung mit einer sehr breiten Palette von Sensoren. Prinzipiell eignet sich diese Vorlage für alle Sensoren mit Stromschleifenausgabe (in der Regel 4 bis 20 mA oder 0 bis 20 mA). Der erste 6-Bit-Case "Auswählen" zeigt den physikalischen Messwert und die entsprechenden Einheiten (z. B. PSI, N, m/s², mm, % usw.) an.

Vorlage 32: Vorlage für Widerstandssensoren
Diese Vorlage ist eine universelle Vorlage für jeden Sensor, dessen elektrische Ausgabe ein variabler Widerstand ist. Ist ein Widerstandssensor als Potentiometer ausgebildet, kann die Vorlage 39 zweckmäßiger sein. Der erste 6-Bit-Case "Auswählen" zeigt den physikalischen Messwert und die entsprechenden Einheiten (z. B. PSI, N, m/s², mm, % usw.) an.

Vorlage 33: Vorlage:Brückensensoren

Die Vorlage für Brückensensoren eignet sich für alle Sensoren, die in einer Widerstandsbrücke mit linearer Ausgabe betrieben werden. Beispiele dafür sind Kraftmessdosen, Drucksensoren und Beschleunigungsmesser. Der erste 6-Bit-Case "Auswählen" zeigt den physikalischen Messwert und die entsprechenden Einheiten (z. B. PSI, N, m/s², mm, % usw.) an.

Vorlage 34: AC-LVDT/RVDT-Vorlage
Die Vorlage für Brückensensoren eignet sich für LVDT- und RVDT-Sensoren mit Wechselspannungsversorgung. Der erste 3-Bit-Case "Auswählen" zeigt den physikalischen Messwert und die entsprechende Einheit (z. B. m, mm, Zoll, Bogenmaß oder Grad) an.

Vorlage 35: DMS-Vorlage

Die DMS-Vorlage ist für Dehnungsmessstreifen vorgesehen, die in einer Brückenmessanordnung verwendet werden. Die Skalierung der Brückenmesswerte basiert auf dem Dehnungsfaktor und kann linear oder nicht linear sein. Die Eigenschaften für den kleinsten und größten physikalischen und elektrischen Bereich sind Teil der Vorlage und definieren den Betriebsbereich des Sensors.

Bei Dehnungsmessstreifen hängen viele der Messparameter von der Schaltungs- und Befestigungsart des Messstreifens ab. Daher enthält die Vorlage diverse Parameter, die je nach Schaltungs- und Befestigungsart variieren. Dazu zählen beispielsweise der Poisson-Koeffizient, der Young-Modul und der Brückentyp.

Vorlage 36: Thermoelementvorlage

Mit der Vorlage für Thermoelemente können Sie den Messbereich, den Ausgangsbereich und die Art des Thermoelements auswählen. Die Vorlage enthält keine detaillierten Angaben zu nicht standardisierten Thermoelementkurven.

Vorlage 38: Thermistorvorlage

Die Vorlage für Thermistoren legt mithilfe der Steinhart-Hart-Thermistorgleichung die Betriebsart des Thermistors fest.

Vorlage 37: Widerstandstemperaturfühler (RTD) Vorlage

Die Vorlage für TEDS-RTDs ermöglicht die Angabe einer Standard-DIN-Kurve (Cases 0 bis 5) oder einer benutzerdefinierten CURVE (Cases 6 und 7) mit Callendar-Van-Dusen-Koeffizienten.

Vorlage 39: Vorlage:Potentiometrischer Spannungsteiler

Die Schablone 39 ist für Sensoren vorgesehen, deren Ausgänge als Potentiometer in ohmscher Spannungsteilerschaltung ausgebildet sind. Der erste 6-Bit-Case "Auswählen" zeigt den physikalischen Messwert und die entsprechenden Einheiten (z. B. PSI, N, m/s², mm, % usw.) an.

Der IEEE-Standard enthält drei Standardvorlagen als Kalibriervorlagen, die Sie zusammen mit einer der Standardvorlagen im vorherigen Abschnitt verwenden können. Die Vorlagen Kalibriertabelle und Kalibrier CURVE bieten Mechanismen zum vollständigen Festlegen der Ein- und Ausgangskurven für den Sensor.

Die Vorlage Kalibriertabelle (ID = 40) ermöglicht das Einbeziehen mehrerer Datenpaare zur Angabe der Ein- und Ausgabefunktion des Sensors. Die Vorlage Kalibriertabelle verwendet die in der Standardgebervorlage enthaltenen minimalen und maximalen physikalischen und elektrischen Werte und gibt eine beliebige Anzahl (Wert n in Tabelle 16) von Datenpaaren innerhalb dieser Bereiche an.

Die Calibration CURVE Template (ID = 41) ermöglicht die Spezifikation der Ein- und Ausgangsfunktion des Sensors als Multisegment-Multipolynom-CURVE. Die Calibration CURVE Template verwendet die in der Standardgebervorlage enthaltenen minimalen und maximalen physikalischen und elektrischen Werte und gibt eine beliebige Anzahl von Polynomkurven in diesen Bereichen an.

Die Vorlage Frequenzgangtabelle (ID = 42) ermöglicht die Spezifikation der Frequenzgangfunktion des Sensors als eine Reihe von Amplituden-Frequenz-Datenpaaren.

Viele Sensoren werden mit einer vorläufigen Version des IEEE-1451.4-Standards (v0.9) verwendet. Die TEDS in diesen Sensoren verwenden ein anderes Format für die einfachen TEDS sowie verschiedene Vorlagen. Obwohl Vorlagen mit den ID-Werten 0 bis 24 verwendet werden, sind in den folgenden Tabellen die beliebtesten veralteten Vorlagen sowie die in diesen Sensoren verwendeten Basic TEDS zusammengefasst.

Tabelle 19 Einfache TEDS-Inhalte für ältere Sensoren

	Bitlänge	Zulässiger Bereich
Hersteller-ID	12	17 - 4095
Modellnummer	16	0-65535
Versionsbuchstabe	5	A-Z (Datentyp Chr5)
Version	6	0-63
Seriennummer	24	0-33554431

Siehe auch:

Lesen intelligenter TEDS-Sensoren und virtueller TEDS-Dateien in LabVIEW