IEEE 1451.4 TEDSセンサテンプレートの概要

IEEE 1451.4は、アナログトランスデューサにプラグアンドプレイ機能を追加するための新しい規格です。プラグアンドプレイの識別の基本的メカニズムは、トランスデューサ電子データシート (TEDS) の標準化です。TEDSには、アナログセンサからの信号を識別、特性化、接続、そして適切に使用するために計測器または測定システムで必要とされる極めて重要な情報が含まれます。センサタイプ、製造元、キャリブレーション情報などのデータは、TEDSに保存できるデータのほんの一部です。TEDSは2つの方法のいずれかによってセンサに実装されます。まず、TEDSは、IEEE 1451.4規格で定義されているように、アナログトランスデューサ内の組込メモリ（通常はEEPROM）に配置できます。次に、インターネットからダウンロード可能な仮想TEDSは別のファイルとして存在します。この仮想TEDSの概念により、組込メモリまたはEEPROMが利用できない従来型センサおよびアプリケーションにも標準TEDSの利点を活用できます。

IEEE 1451.4では、広範なセンサタイプおよびアプリケーションのTEDS情報をエンコードする方法を定義しています。IEEE 1451.4 TEDSの概念では、このような広範囲をカバーしながらメモリ使用量を最小限に抑えるために、さまざまなセンサタイプの特定のプロパティを定義するテンプレートの概念が使用されています。本稿では，IEEE 1451.4 TEDSの基本TEDSおよび各センサテンプレートの構成と内容について説明する。

TEDSセンサを使用する利点は、次のとおりです。

• データの信頼性
• トランスデューサデータのソフトウェアへの自動「アップロード」
• 接続の容易さ
• センサセットアップの高速化
• 手動入力の排除
• オープン規格

IEEE 1451.4 仕様では、TEDS は複数のセクションが連結されて完全な TEDS を形成するものとして定義されています。最初のセクションは、基本的な識別情報で構成される基本TEDSです。通常、特定のセンサタイプの重要なプロパティを定義する1つのIEEE標準TEDSは、基本TEDSに従います。オプションとして、この標準テンプレートTEDSの後にキャリブレーションテンプレートを付けることができます。TEDSデータの2ビットセレクタは以下のセクションを示します。最後に、TEDSの終了部分はオープンユーザ領域として指定されます。

仮想TEDSファイルではなく、EEPROMにプログラムされたTEDSデータには、図1には含まれていないチェックサム値も含まれます。

トランスデューサTEDSの最初の64ビットは基本TEDSです。基本TEDSはトランスデューサを固有に識別し、製造元ID（14ビット）、モデル番号（15ビット）、バージョン文字（5ビット文字コード）、バージョン番号（6ビット）、およびデバイスのシリアル番号（24ビット）を含みます。このデータは、不揮発性メモリで表1に示されている形式に従って整理されています。

表1.基本的なTEDSコンテンツ

	ビット長	許容範囲
製造元ID	14	17 - 16381
型番	15	0-32767
バージョン表記	5	A-Z (データタイプChr5)
バージョン番号	6	0-63
シリアル番号	24	0-16777215

メモ ― 多くのトランスデューサは、この規格のドラフトバージョン (D0.9x) を使用して製造されています。このドラフトバージョンでは、この規格で使用されているものとは異なる基本的なTEDSの形式が記述されています。詳細については、付録Aを参照してください。

製造元IDは製造元の列挙体です。アーリーアダプタにはいくつかのIDが割り当てられ、今後の割り当てはIEEEによって管理されます。これらのID割り当ては、IEEEまたはソフトウェアプロバイダから入手可能なASCIIテキストファイルでも提供されます。ソフトウェアはこのファイルを使用して製造元名を表示できます。0～16および16382-16383の値は、マルチノード構成のノードリストやユーザ定義テンプレートなどの特別な用途用に予約されています。

残りの基本TEDSの適用および割り当ては、製造元の判断に任されています。具体的には、型番は特定の製造元のモデル名の列挙体として定義されます。この列挙体は、ソフトウェアアプリケーション用のASCIIファイルとして製造元から入手できます。

標準では、表2に示されているように、一般的なクラスのトランスデューサのテンプレート集が定義されています。テンプレート25～39は、特定のタイプのトランスデューサに必要なプロパティを含むトランスデューサタイプのテンプレートです。テンプレート40、41、42はキャリブレーションテンプレートで、トランスデューサタイプテンプレートの1つと使用できます。



以下の表は、各IEEE標準テンプレートの内容をまとめたものです。表の各行は、プロパティコマンド (%記号でテンプレートで指定) またはTEDSのビットを使用する制御コマンド (「ケースを選択」など) に対応します。多くの表の最初の列は「選択」とラベル付けされており、テンプレートの「ケースを選択」の各ケースを示します。たとえば、TEDSから読み取られた2ビットの「ケースを選択」には、それぞれ対応する「ケースを選択」値に使用されるテンプレートのセクションを含む4つの異なるケースがあります。

表には、各プロパティに使用されるビット数、アクセスレベル（ユーザ、キャリブレーション、または識別）、およびデータタイプも記載されています。これらの標準テンプレートで使用されるデータタイプを表3に示します。

表3.IEEE標準テンプレートで使用されるデータタイプ

ConResとConRelResは、ビットがマッピングされる範囲を限定することで、ビット使用量を最小限に抑えた整数以外の値を符号化する方法を提供します。ConResおよびConRelResプロパティの範囲と分解能は、テンプレートに記載されています。

Template 25:加速度計およびフォーストランスデューサ
このテンプレートは、定電流電源型（IEPE）ダイナミック加速度計およびフォーストランスデューサとの使用を意図して設計されています。

Template 27:マイクロホン（プリアンプ内蔵）

このテンプレートは、統合型プリアンプを含む測定マイクロホン用です。通常、これらのデバイスには定電流駆動（IEPE）インタフェースがあります。

テンプレート26、28、29、43

テンプレート26および43は電荷増幅器用で、加速度計またはフォーストランスデューサなどの圧電型トランスデューサを記述します。テンプレート28はマイクロホンプリアンプテンプレートで、付属のマイクロホンカプセルを指定できます。テンプレート29は、容量性マイクロホンを記述するテンプレートです。

テンプレート26、28、29、43の内容および構成の詳細は、IEEE 1451.4仕様のAnnex Aに記載されています。

Template 30:高レベル電圧出力テンプレート

このテンプレートは、さまざまなセンサで使用できる汎用テンプレートです。このテンプレートは、アナログ電圧を出力するほとんどのセンサで使用できます。最初の6ビット選択ケースは、物理測定とそれに対応する単位（PSI、N、m/s²、mm、%など）を示します。

Template 31:電流ループ出力テンプレート

このテンプレートは、電圧出力テンプレートと同様に、非常に幅広いセンサで使用できるように設計された汎用テンプレートです。このテンプレートは、電流ループ出力 (通常は4～20 mAまたは0～20 mA) を持つほとんどのセンサで使用できます。最初の6ビット選択ケースは、物理測定とそれに対応する単位（PSI、N、m/s²、mm、%など）を示します。

Template 32:抵抗出力センサテンプレート
このテンプレートは、電気出力が可変抵抗のセンサ用の汎用テンプレートです。抵抗センサがポテンショメータとして構成されている場合は、テンプレート39が適しています。最初の6ビット選択ケースは、物理測定とそれに対応する単位（PSI、N、m/s²、mm、%など）を示します。

Template 33:ブリッジセンサテンプレート

ブリッジセンサテンプレートは、電子出力インタフェースが抵抗ブリッジである線形出力センサで使用します。このようなセンサには、ロードセル、圧力センサ、加速度計などが挙げられます。最初の6ビット選択ケースは、物理測定とそれに対応する単位（PSI、N、m/s²、mm、%など）を示します。

Template 34:AC LVDT/RVDTテンプレート
ブリッジセンサテンプレートは、ACベースの線形可変差動変圧器 (LVDT) センサと回転式可変差動変圧器 (RVDT) センサに使用します。最初の3ビット選択ケースは、物理測定と対応する単位（m、mm、インチ、ラジアン、度など）を示します。

Template 35:歪みゲージテンプレート

歪みゲージテンプレートは、ブリッジ測定構成で使用される歪みゲージ用です。ブリッジの読み取り値はゲージ係数によってスケールされ、線形である場合とない場合がありますが、センサの動作範囲を定義するために物理/電子範囲の上限下限のプロパティが含まれます。

歪みゲージは測定パラメータの多くはゲージの取り付け方法によって左右される点が特徴です。したがって、テンプレートには、測定構成によって決定される追加プロパティ、およびゲージの取り付けプロパティが含まれます。たとえば、ポアソン係数、ヤング率、ブリッジタイプなどがこれにあたります。

Template 36:熱電対テンプレート

熱電対テンプレートでは、測定範囲、電子出力範囲、熱電対タイプなどを指定します。非標準熱電対曲線の詳細な仕様は、このテンプレートに含まれていません。

Template 38:サーミスタテンプレート

サーミスタテンプレートは、Steinhart-Hartサーミスタ式によってサーミスタの操作を指定します。

Template 37:測温抵抗体 (RTD) テンプレート

RTD テンプレートでは、RTD CURVE 選択ケースに応じて、Callendar-Van Dusen 係数によって標準 DIN CURVE (ケース0～5) またはカスタム CURVE (ケース6および7) の仕様を構成できます。

Template 39:電位差-分圧テンプレート

温度39は、抵抗分圧構成で出力がポテンショメータとして構成されているセンサ用です。最初の6ビット選択ケースは、物理測定とそれに対応する単位（PSI、N、m/s²、mm、%など）を示します。

IEEE標準には、キャリブレーションテンプレートとして指定された3つの標準テンプレートが含まれており、前のセクションで説明した標準トランスデューサテンプレートの1つと組み合わせて使用できます。キャリブレーション テーブルおよびキャリブレーション CURVE テンプレートは、センサの入力対出力曲線を完全に指定するためのメカニズムを提供します。

キャリブレーションテーブルテンプレート (ID = 40) を使用すると、センサの入出力機能を指定するために複数のデータペアを含めることができます。キャリブレーション表テンプレートは、標準トランスデューサテンプレートに含まれる物理値と電気値の最小値と最大値を使用し、これらの範囲内の任意の数（表16の値n）のデータペアを指定します。

Calibration CURVE Template（ID ＝ 41）を使用すると、センサの入出力関数を複数セグメントの複数多項式 CURVE として指定できます。Calibration CURVE Template は、標準トランスデューサ テンプレートに含まれる物理値と電気値の最小値と最大値を使用し、これらの範囲内の任意の数の多項式曲線を指定します。

周波数応答表テンプレート（ID = 42）を使用すると、センサの周波数応答関数を振幅/周波数データペアのセットとして指定できます。

多くのトランスデューサは、v0.9として指定されたIEEE 1451.4規格の暫定的なバージョンで使用されています。これらのセンサのTEDSは、基本TEDSとテンプレートで異なる形式を使用します。0～24のID値を持つテンプレートが使用されてきましたが、以下の表は、これらのセンサで使用される基本的なTEDSとともに、最も一般的に使用されるレガシーテンプレートの概要を示します。

表19:v0.9レガシーセンサの基本TEDSコンテンツ

	ビット長	許容範囲
製造元ID	12	17 - 4095
型番	16	0-65535
バージョン表記	5	A-Z (データタイプChr5)
バージョン番号	6	0-63
シリアル番号	24	0-33554431

関連項目:

LabVIEWでスマートTEDSセンサと仮想TEDSファイルを読み取る