Prueba de emisiones de campo cercano para instrumentos NI PXI

Introducción y desafío

La plataforma NI PXI proporciona una solución robusta y compacta para sistemas de medidas mixtas de alto rendimiento en pruebas de validación y producción. Lo que hace que PXI sea especial es esta capacidad de realizar múltiples tipos de medidas en una caja pequeña. Sin embargo, este beneficio no está exento de un desafío: interferencia potencial entre módulos.

​La interferencia electromagnética (EMI) es causada por los campos magnéticos emitidos por componentes como inductores y transformadores en módulos PXI vecinos. Las fuentes de alimentación tienden a emitir los campos magnéticos más grandes a través de estos componentes. Cuando PXI se introdujo inicialmente a finales de la década de 1990, la interferencia era mínima. Sin embargo, a medida que los nuevos instrumentos se volvieron más sensibles y las fuentes de alimentación conmutadas aumentaron las corrientes que transportaban, el problema creció.

​El objetivo era desarrollar una metodología fiable y automatizada para medir y mitigar el IME entre módulos PXI, que es crucial para garantizar el rendimiento y la fiabilidad de estos instrumentos.

​Soluciones anteriores

​Los métodos anteriores utilizados para medir los campos magnéticos eran inconsistentes. Las soluciones internas utilizaron sondas y analizadores de espectro con configuraciones provisionales como plantillas para mapear las emisiones. Estos métodos eran subjetivos, no estandarizados y tediosos, lo que condujo a resultados poco confiables.

​Se disponía de escáneres comerciales que podían mapear los campos magnéticos, pero tenían dos limitaciones significativas:

• ​Medida unidimensional—estos escáneres solo miden el campo magnético en una dimensión, que no captura la naturaleza tridimensional completa del campo.
• ​Entorno impreciso—no permitieron escanear la tarjeta en su entorno nativo dentro del chasis, lo que es crucial para obtener medidas precisas.

​Desarrollo de la solución

​Los ingenieros de NI Ed Loewenstein y Tim Keil desarrollaron un escáner personalizado utilizando tres motores paso a paso, instrumentos NI PXI y LabVIEW para automatizar la medida de emisiones de campo cercano. El escáner fue diseñado para cumplir con los siguientes requisitos:

• ​Medir en tres dimensiones—a diferencia de los escáneres comerciales, la solución podría reorientar la sonda en tres dimensiones para capturar todo el campo magnético.
• ​Operar en el entorno nativo del dispositivo—el escáner podría medir las emisiones del módulo PXI mientras opera en el chasis, asegurando datos precisos y relevantes.
• ​Automatizar la recopilación de datos—el escáner se automatizó para garantizar un funcionamiento y una adquisición de datos coherentes.

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Figura 1: La sonda de emisiones de campo cercano dentro de un chasis PXI.

​El equipo utilizó varias herramientas de hardware y software de NI para construir y operar el escáner:

• ​Fuente de alimentación NI PXIe-4139—el PXIe-4139 es una unidad de medida de fuente (SMU) de alta precisión. Se utilizó para suministrar energía a los motores y proporcionar un beneficio adicional de la información de diagnóstico. Al monitorear tanto la corriente como el voltaje, podrían garantizar un funcionamiento seguro para evitar daños.
• ​Osciloscopio NI PXIe-5170—el PXI-5170R es un digitalizador de alta velocidad diseñado para la adquisición precisa de señales. Fue elegido por su capacidad para adquirir el espectro de la sonda con precisión y eficiencia. Su gran ancho de banda y sus capacidades de procesamiento en tiempo real eran cruciales para construir mapas térmicos detallados de las emisiones.
• ​NI LabVIEW — LabVIEW es un entorno gráfico de programación utilizado para controlar todo el sistema. LabVIEW fue fundamental para automatizar todo el proceso de prueba: controlar la fuente de alimentación y los motores paso a paso, leer varios sensores, adquirir datos del digitalizador y registrar y mostrar los resultados.
• ​NI Vision Development Module—el Vision Development Module se utiliza con LabVIEW para desarrollar aplicaciones que necesitan procesamiento de imágenes. Permitió al equipo segmentar dinámicamente los datos y visualizar las emisiones en tiempo real, acelerando significativamente el proceso y facilitando la interpretación de los resultados.

​Figura 2: La interfaz de usuario LabVIEW del programa de emisiones de campo cercano

​Resultados y conclusiones

Este enfoque innovador estableció un método estandarizado, automatizado y fiable para evaluar las emisiones de campo cercano. Permitió a los ingenieros detectar y resolver rápidamente problemas de EMI, lo que llevó a mejoras notables en el rendimiento y la compatibilidad de los módulos. Además, la solución fomentó una cultura de mejora continua, alentando a los ingenieros a probar y refinar sus diseños de forma iterativa utilizando la retroalimentación del escáner.

​El desarrollo de esta metodología de pruebas de emisiones de campo cercano resolvió un desafío interno crítico, pero también demuestra la potencia y flexibilidad de nuestros productos.

​Acerca del ingeniero: Ed Loewenstein

​Ed Loewenstein comenzó su carrera con NI en 1987 y actualmente es arquitecto jefe centrado en proyectos de innovación a largo plazo. A lo largo de su carrera, ha participado en casi todo el portafolio de hardware de NI, incluyendo productos de adquisición de datos, PXI y RF. La pasión de Ed por el aprendizaje y su dedicación a la mejora continua sobresale en su trabajo. Es un jugador de equipo amigable y colaborador en la mejora de NI.   

​“Me gusta este tipo de proyecto porque me permite utilizar algunas de las habilidades que ya tengo y me hace adquirir otras nuevas. No sabía nada sobre control de movimiento o procesamiento de imágenes, pero lo aprendí. Y con LabVIEW, aunque no soy experto en software, puedo escribir un programa que hace lo que necesito hacer de una manera creíble".