TEDS là gì ?

Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về công nghệ cảm biến TEDS theo định nghĩa của IEEE 1451. Ở cuối bài viết này, bạn sẽ:

• Xem cách TEDS có thể giúp bạn tiết kiệm thời gian và tiền bạc, đồng thời ngăn ngừa lỗi thiết lập
• Tìm hiểu thêm về cách thức hoạt động của TEDS
• Hiểu được lợi ích của việc sử dụng cảm biến TEDS với hệ thống thu thập dữ liệu của bạn

Bạn đã sẵn sàng bắt đầu chưa? Hãy cùng đi vào chi tiết.

TEDS là từ viết tắt của Transducer Electronic Data Sheet. Đây là một chip EEPROM được nhúng trong cảm biến hoặc đầu nối của cảm biến, chứa các thông tin như số sê-ri, ngày hiệu chuẩn và các hệ số hiệu chuẩn khác. TEDS được giới thiệu trong chuẩn IEEE P1451 như một phương thức tiêu chuẩn hóa để lưu trữ thông tin quan trọng về đầu dò, cảm biến và bộ truyền động.

TEDS cho phép cảm biến hoạt động theo kiểu plug and play thực sự, loại bỏ một phần hoặc toàn bộ thao tác nhập tay trong quá trình thiết lập và đảm bảo rằng các cấu hình chính xác được áp dụng. Vì vậy, TEDS còn thường được gọi là nền tảng cho smart sensors - cảm biến thông minh.

TEDS chip DS2431

Hãy hình dung một EEPROM rất nhỏ được tích hợp trong cảm biến hoặc trong đầu nối cảm biến, lưu trữ những thông tin như:

• Loại cảm biến
• Số sê-ri
• Model
• Dữ liệu hiệu chuẩn
• Tên nhà sản xuất

Hệ thống đo lường có thể đọc những thông tin này ngay khi cảm biến được kết nối, từ đó đơn giản hóa đáng kể việc thiết lập cảm biến.

TEDS được Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) phát triển như một phần của tiêu chuẩn “bộ chuyển đổi thông minh” cho cảm biến và bộ truyền động. Tiêu chuẩn này xác định giao thức truyền thông kỹ thuật số để đọc và ghi dữ liệu vào cảm biến. Để tìm hiểu sâu hơn, bạn có thể tham khảo IEEE Std 1451.4 (2004), thường được gọi ngắn gọn là IEEE 1451.

Vì là tiêu chuẩn mở nên các thiết bị TEDS phải có tính liên nền tảng và khả năng hoán đổi giữa các nhà sản xuất. Thông tin kỹ thuật chuyên sâu có thể tham khảo thêm từ IEEE về giao diện đầu dò thông minh cho cảm biến và cơ cấu chấp hành theo chuẩn P1451.4.

Các loại thiết bị TEDS

Có hai loại thiết bị IEEE 1451.4 TEDS:

• Thiết bị loại 1 sử dụng cùng một dây cho cả tín hiệu analog và giao tiếp số TEDS. Không xảy ra nhiễu vì TEDS không được truy cập trong lúc đo; hệ thống chỉ đảo cực tạm thời đầu ra cảm biến để đọc dữ liệu số từ EEPROM trong giai đoạn thiết lập.
• Thiết bị loại 2 sử dụng dây riêng cho tín hiệu analog và giao tiếp số TEDS. Trường hợp này thường gặp khi chip TEDS được bổ sung vào một cảm biến vốn ban đầu không có chip.

Tính linh hoạt của TEDS được thể hiện rõ qua việc hỗ trợ cả hai kiểu truyền thông hỗn hợp trên. Hệ thống Dewesoft DAQ có thể đọc được cả hai loại cảm biến TEDS.

Hãy khám phá hệ thống thu thập dữ liệu hiện đại của Dewesoft với khả năng tương thích hoàn toàn với TEDS.

Mục đích của TEDS là gì?

Hãy tưởng tượng bạn là một kỹ sư thử nghiệm và đang thiết lập một bài đo modal analysis. Bạn phải kết nối 100 gia tốc kế vào hệ thống đo. Sau khi hoàn tất đấu nối vật lý, bạn phải mở phần mềm của hệ thống DAQ và cấu hình từng cảm biến một: chọn gain, nhập đơn vị kỹ thuật, áp dụng hệ số tỷ lệ, nhập các hệ số bù, đặt tên kênh, v.v.

Quá trình này có thể mất hàng giờ vì bạn phải liên tục đối chiếu giữa datasheet của từng cảm biến và phần mềm DAQ, thậm chí lần theo cáp để chắc chắn không cắm nhầm cảm biến. Đây là công việc thủ công rất tốn thời gian, kéo theo chi phí cao và cực kỳ dễ xảy ra sai sót.

Bây giờ hãy tưởng tượng một kịch bản khác: bạn chỉ cần kết nối từng cảm biến. Phần mềm DAQ sẽ tự động nhận diện cảm biến, đọc thông tin TEDS, đối chiếu với cơ sở dữ liệu cảm biến tích hợp, sau đó tự động cấu hình kênh, áp dụng đúng đơn vị kỹ thuật, hệ số tỷ lệ, mức gain điều hòa tín hiệu và các tham số cần thiết khác. Công việc vốn phải mất hàng giờ nay chỉ còn vài phút.

Tiết kiệm thời gian, tiết kiệm chi phí và loại bỏ lỗi do con người chính là mục đích cốt lõi của TEDS. Ngoài ra, TEDS cũng hỗ trợ tốt cho yêu cầu quản lý hiệu chuẩn theo ISO 9001 và QS 9000.

Số lượng lớn cáp tín hiệu trong các bài test nhiều kênh khiến việc theo dõi và cấu hình thủ công trở nên rất phức tạp

TEDS có gây ảnh hưởng đến hiệu suất của cảm biến không?

Chip TEDS không gây ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của cảm biến. Bản thân chip rất nhỏ và chỉ bổ sung khối lượng không đáng kể. Đối với những cảm biến rất nhỏ hoặc nhạy cảm về khối lượng, chẳng hạn như một số gia tốc kế, chip có thể được tích hợp trong đầu nối thay vì trong thân cảm biến.

Như đã đề cập ở trên, với thiết bị loại 1, đường tín hiệu analog của cảm biến cũng được dùng để đọc dữ liệu TEDS. Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng đến quá trình đo vì chip TEDS chỉ được đọc trong giai đoạn thiết lập hệ thống, khi cảm biến chưa được dùng để thu thập dữ liệu thực tế.

Những thông số nào có thể được lưu trữ trong chip TEDS?

Tiêu chuẩn TEDS xác định nhiều loại thông tin có thể lưu trên chip. Đồng thời, nó cũng quy định các template khác nhau cho nhiều loại cảm biến và cho dữ liệu hiệu chuẩn.

Bốn nhóm thông tin TEDS cơ bản gồm:

• Basic TEDS (64 bits)
• Standard Templates (25 to 39, and 43)
• Calibration Templates (40-42)
• User TEDS

Những cảm biến nào có thể được trang bị TEDS?

Về nguyên tắc, mọi cảm biến đều có thể được trang bị TEDS. Đúng là có những cảm biến quá nhỏ để khó tích hợp EEPROM bên trong, hoặc có những cảm biến mà khối lượng bổ sung của chip có thể ảnh hưởng tới hiệu năng, hoặc một số cảm biến phải hoạt động trong môi trường quá khắc nghiệt khiến EEPROM không thể đặt trong thân cảm biến.

Tuy nhiên, trong các trường hợp đó, chip TEDS hoàn toàn có thể được đặt trong đầu nối hoặc trong cáp thay vì trong chính cảm biến. Điều này đặc biệt phù hợp với các cảm biến rất nhỏ như gia tốc kế mini, hoặc với strain gauge - loại cảm biến gần như không có “không gian bên trong”.

Dù vậy, cũng có những trường hợp việc thêm TEDS không thực sự cần thiết, ví dụ khi bạn chỉ dùng một cặp nhiệt điện rất phổ biến trong một bài test đơn giản.

Điểm mạnh của TEDS là bạn có thể triển khai công nghệ này theo đúng cách phù hợp với hệ thống và môi trường kiểm tra của mình. Hệ thống của bạn có thể là sự kết hợp linh hoạt giữa cảm biến có TEDS và không có TEDS.

Những cảm biến thường được trang bị TEDS nhất

• Accelerometers - Gia tốc kế
• Microphones - Micro
• Pressure sensors - Cảm biến áp suất
• Force sensors - Cảm biến lực
• Load cells
• Torque sensors - Cảm biến mô-men xoắn
• Các loại cảm biến MEMS

Điều quan trọng là: đây chỉ là những ví dụ phổ biến nhất, còn thực tế gần như mọi cảm biến đều có thể được triển khai TEDS.

TEDS hoạt động như thế nào trong hệ thống Dewesoft DAQ?

Giao diện TEDS được bật mặc định trong phần mềm DewesoftX, bởi chip TEDS cũng được sử dụng trong các bộ điều hợp Dewesoft DSI (Dewesoft Smart Interface).

Khi một cảm biến TEDS được kết nối vào hệ thống DAQ Dewesoft, bạn có thể mở màn hình cấu hình kênh và xem thông tin hiệu chuẩn, tỷ lệ, số sê-ri và nhiều dữ liệu khác của cảm biến.

Điều này giúp loại bỏ việc phải tra cứu tài liệu giấy và tránh nhầm lẫn giữa các cảm biến. Nhưng ưu điểm lớn hơn nằm ở việc DewesoftX có thể tự động điền dữ liệu từ tất cả các cảm biến TEDS mà bạn kết nối với hệ thống.

Màn hình thiết lập kênh trong DewesoftX hiển thị thông tin TEDS

Công nghệ cảm biến thông minh Dewesoft dựa trên TEDS

Mở rộng TEDS bằng cách lưu cả cài đặt điều hòa tín hiệu DAQ

Phần mềm DewesoftX không chỉ đọc mã nhận dạng cảm biến và áp dụng hệ số tỷ lệ. Nó còn đối chiếu cảm biến với cơ sở dữ liệu nội bộ luôn được cập nhật, cho phép tự động cấu hình phần cứng DAQ đúng theo từng cảm biến.

Nói cách khác, việc triển khai TEDS của Dewesoft không chỉ dừng ở mức nhận diện tín hiệu, mà còn cho phép ghi nhớ toàn bộ các cài đặt điều hòa tín hiệu như dải đo, loại đầu vào, bộ lọc, điện áp kích thích và các tham số liên quan khác.

Nhiều hãng đã cố gắng làm điều này bằng cách xây dựng các template độc quyền. Dewesoft vẫn giữ được tính tương thích chuẩn bằng cách ghi template tiêu chuẩn trước để cảm biến vẫn có thể dùng với các hệ DAQ khác, sau đó ghi thêm các template bổ sung để Dewesoft có thể tự động gọi lại toàn bộ cấu hình phần cứng cần thiết.

Nhiều template trong phần TEDS

Bạn có thể chỉnh sửa cảm biến bằng cách nhấn vào biểu tượng khóa ở góc trên bên phải của phần TEDS. Người quản lý thử nghiệm cũng có thể đặt mật khẩu để giới hạn quyền ghi dữ liệu vào chip TEDS.

Thay đổi đơn vị kỹ thuật

Bạn có thể thắc mắc liệu TEDS có “khóa cứng” bạn vào bộ đơn vị kỹ thuật do nhà sản xuất cảm biến định nghĩa hay không. Ví dụ, với gia tốc bạn có thể muốn dùng [g] thay vì [m/s²], hoặc ngược lại. Tương tự, nhiều người dùng muốn chọn °F thay vì °C cho nhiệt độ.

Điều này hoàn toàn không thành vấn đề. Mặc dù DewesoftX dựa trên hệ đơn vị SI chuẩn hóa, phần mềm vẫn cho phép chuyển đổi nhanh sang các đơn vị kỹ thuật khác thông qua menu lựa chọn. Bạn có thể lưu lựa chọn đó vào template, để lần sau khi kết nối cảm biến, đơn vị mong muốn sẽ được áp dụng tự động.

Dewesoft đã triển khai đầy đủ tiêu chuẩn TEDS, đồng thời mở rộng bằng khả năng lưu cả cấu hình điều hòa tín hiệu DAQ, cho phép tự động hóa gần như hoàn toàn việc thiết lập kênh đo.

Thử nghiệm và mô phỏng hiệu suất hàng hải

TEDS case study

Ông Roberto Basti, trưởng Phòng thí nghiệm Đo lường tại Viện Nghiên cứu Công nghệ Hàng hải ở Rome, Ý, đã có nhiều năm kinh nghiệm với TEDS và các hệ thống DAQ Dewesoft như SIRIUS và DEWE-43.

Ông cho biết rằng công việc của nhóm đã thay đổi đáng kể kể từ khi áp dụng công nghệ TEDS. Trước đây, họ phải cung cấp dữ liệu hiệu chuẩn thủ công cho kỹ sư hiện trường, trong khi nay có thể lưu trực tiếp dữ liệu đó vào từng cảm biến để đội ngũ chỉ cần tập trung vào bài test thay vì lo về tham số hiệu chuẩn.

Tôi có thể thêm TEDS vào các cảm biến không phải TEDS không?

Câu trả lời ngắn gọn là CÓ. Hiện nay có những chip TEDS nhỏ, ví dụ như DS24B33 của Maxim, có đủ NVRAM để lưu thông tin cảm biến, dữ liệu đầu dò và cả cài đặt bộ khuếch đại.

Bộ điều hòa tín hiệu Dewesoft STG có đường đầu vào TEDS chuyên dụng, cho phép kết nối trực tiếp tới chip TEDS.

Cài đặt chip TEDS để sử dụng với mô-đun Dewesoft STG

Trong hầu hết trường hợp, tốt nhất nên đặt chip TEDS trong đầu nối của cảm biến thay vì trong thân cảm biến. Ví dụ, với strain gauge - vốn gần như là một lá kim loại mỏng - việc đặt chip trong đầu nối DSUB là phương án hợp lý hơn nhiều.

Chip TEDS có thể được lập trình bằng phần mềm DewesoftX hoặc bằng công cụ TEDS editor miễn phí do Dewesoft cung cấp.

Ưu điểm của TEDS

• Rút ngắn thời gian thiết lập, từ đó giảm chi phí
• Loại bỏ lỗi nối dây và lỗi cấu hình
• Cải thiện tính toàn vẹn dữ liệu bằng cách tránh chọn sai cảm biến hoặc nhập sai hệ số hiệu chuẩn
• Bài test càng nhiều kênh thì lợi ích của TEDS càng lớn
• Giảm công việc nhập tay nhàm chán, tăng độ chính xác và giảm áp lực cho kỹ sư
• Tự động hóa giúp cải thiện khả năng lặp lại thử nghiệm
• TEDS là một tiêu chuẩn mở
• Cảm biến TEDS vẫn có thể dùng với các hệ DAQ cũ không hỗ trợ TEDS như cảm biến thông thường
• Hỗ trợ lưu trữ hồ sơ hiệu chuẩn theo ISO 9001 và QS 9000

Tóm tắt

TEDS là một công nghệ mạnh mẽ và cực kỳ hữu ích, đặc biệt khi triển khai số lượng lớn cảm biến. Nó cho phép loại bỏ phần lớn công việc thiết lập thủ công, tiết kiệm thời gian, giảm chi phí và hạn chế lỗi do con người.

Đây là một tiêu chuẩn mở, đa nền tảng, đã được chứng minh và được hỗ trợ bởi rất nhiều nhà sản xuất cảm biến cũng như hệ thống DAQ. TEDS là một phần tiêu chuẩn trong phần mềm DewesoftX và được hỗ trợ trên toàn bộ dải sản phẩm Dewesoft.