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1-2-2019

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Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Messtechnik Neues

Messtechnik Neues Verfahren durch Kombination aus Digitizer und CUDA-Grafikkarte Spectrum präsentiert Digitizer mit Block Average für extrem lange und schwache Signale wenn die Mittelung für lange Signale durchgeführt werden muss. Digitale Oszilloskope Digitale Oszilloskope verwenden normalerweise 8 Bit Analog- Digital-Wandler (ADCs), was ein ungünstiges Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zur Folge hat. Darüber hinaus ist die Fähigkeit zur Mittelung typischerweise durch kleine Prozessoren und einen begrenzten Onboard-Speicher eingeschränkt. Schnelle Digitizer können im Allgemeinen viel höhere A/D-Auflösungen und mehr Speicher bieten. FPGA-Technologie Spectrum Instrumentation GmbH info@spec.de sales@spectruminstrumentation.com www.spectruminstrumentation.com Ein neues “Signal Averaging”- Paket revolutioniert die Art und Weise, wie Signale erfasst und gemittelt werden können. Die Signalmittelung spielt eine entscheidende Rolle bei Anwendungen, in denen Signaldetails, die in zufälligem Rauschen verborgen sind, extrahiert und analysiert werden müssen. Das neue Paket von Spectrum Instrumentation verwendet SCAPP (Spectrums CUDA Access for Parallel Processing) zusammen mit den neuesten Digitizern des Unternehmens, um die parallele Struktur einer CUDA- Grafikkarte zur Datenbearbeitung nutzbar zu machen. Dabei werden die Daten mithilfe von RDMA-Übertragung (Remote Direct Memory Access) direkt an eine GPU gesendet, wo eine schnelle Zeit- und Frequenzbereichs-Signalmittelung möglich ist und Einschränkungen, die bei anderen Ansätzen auftreten, vermieden werden. Das neue Averaging Paket ist für alle Nutzer interessant, die mit schwachen Signalen arbeiten oder bei denen Signaldetails aufgrund von starkem Rauschen verloren gehen. Dazu gehören Anwendungen wie Massenspektrometrie, LIDAR, Radioastronomie, Automation, Radar, Biomedizin, Sonar und viele mehr. Das Paket steht ab sofort zur Verfügung. Signalmittelung Bisher hatten Ingenieure und Wissenschaftler, die eine Signalmittelung durchführen wollten, drei grundlegende Möglichkeiten: Sie konnten zum einen ein digitales Oszilloskop kaufen, das die Signalmittelung beinhaltet. Eine weitere Möglichkeit war die Anschaffung einer Digitizerkarte, wobei die digitalisierten Daten an einen PC gesendet werden und der Host-Prozessor die Berechnungen durchführt. Als dritte Möglichkeit konnte ein spezieller Digitizer erworben werden, der mit FPGA-Technologie die Signalmittelung selbst übernimmt. Jedoch haben alle diese drei Techniken gravierende Einschränkungen, Jedoch wird die Erfassungsgeschwindigkeit der Digitizerkarte normalerweise durch die maximale Datenübertragungsrate des PCs limitiert, während außerdem der Host- Prozessor neben der Mittelung viele weitere Aufgaben ausführen muss. Digitizer, die hingegen FPGA-Technologie verwenden, benötigen große und teure FPGAs, um selbst moderate Signallängen zu mitteln. Daher sind FPGA-basierte Lösungen meist teuer und bieten nur begrenzte Aufzeichnungslängen. Der neue Ansatz von Spectrum Im Gegensatz dazu kann der neue Ansatz von Spectrum Instrumentation eine Mittelung selbst für extrem lange Signale durchführen und Benutzern gleichzeitig eine unerreichte Flexibilität bieten. Das Paket funktioniert mit den schnellen PCIe- Digitizerkarten der M4i-Serie sowie der M2p-Serie in der mittleren Leistungsklasse. Die M4i-Serie bietet Digitizer, welche Signale mit bis zu 5 GS/s bei 8 Bit Auflösung, 500 MS/s bei 14 Bit Auflösung oder 250 MS/s bei 16 Bit Auflösung abtasten können. Die M2p-Karten bieten Abtastraten von 20 MS/s bis 125 MS/s, alle mit 16 Bit Auflösung und bis zu 8 Kanälen pro Karte. Somit können Benutzer ein Leistungsniveau auswählen, 70 PC & Industrie 1-2/2019

Messtechnik Der erweiterte Kabeltester mit Widerstands- und Kapazitätsmessung Das CableEye von Cami ist ein Testsystem für Kabel und Kabelbäume und ein wahres Multitalent, das den Anwender durch alle Lebensphasen seiner Kabel begleitet. CableEye bietet zunächst Unterstützung beim Design und der Entwicklung neuer Kabel, dann beim Erstellen von ersten Prototypen und schließlich in der Produktion der Kabel. Es prüft die Qualität der fertigen Kabel, bevor sie beispielsweise in Industrie, Medizintechnik oder auch in der Luftund Raumfahrttechnik zum Einsatz kommen. Schließlich unterstützt das CableEye den Anwender im täglichen Einsatz bei vorbeugenden Tests oder bei der schnellen Fehlersuche im Ernstfall. Das CableEye Testsystem ist sowohl software- als auch hardwareseitig erweiterbar und lässt sich – je nach Modell – von minimal 128 Testpunkten auf maximal 2560 Testpunkte aufrüsten. Dadurch können auch Kabel mit vielen Adern oder sogar komplexe Kabelbäume sicher und zuverlässig geprüft werden. Das CableEye M4 ist ein erweitertes Testsystem, das auch Widerstand und Kapazität misst. Das Prinzip des CableEye Systems bietet eine Kombination aus flexibler Hardware und intelligenter Software. Die Hardware kann per Adapterkarten an eine nahezu unbegrenzte Anzahl möglicher Kabel- und Steckverbindungen angepasst werden. Mit wenigen Handgriffen lassen sich die Adapterboards für verschiedene Verbinder-Typen wie BNC, RJ45, Sub-D, Flachband Verbinder u. a. ganz einfach installieren. Die Software ist intelligent und lernfähig: sie erfasst eine beliebige Anzahl von Musterkabeln und speichert deren Werte, die dann mit den Daten der zu testenden Kabel abgeglichen werden. Mithilfe der Software lassen sich auch individuelle Datenbanken erstellen, denn sie erlaubt das Speichern von Anmerkungen, wie etwa Montageanleitungen, Farbcodes oder Daten von Lieferanten. Alle Messergebnisse werden von der Software dokumentiert und in Protokollen festgehalten. Schließlich lassen sich die ermittelten Kabeldaten, Testergebnisse, Verdrahtungsberichte und Fehlerbeschreibungen bequem auf dem PC speichern oder über einen Drucker in Papierform ausgeben. Das CableEye M4 verfügt über 152 Testpunkte, die über Zusatzmodule auf 1024 Testpunkte erweitert werden können. Es eignet sich besonders zum Messen von Widerständen, Dioden, Kapazitäten und Twisted-Pairing. Im Bereich der Durchgangsprüfung erkennt das M4 offene Leitungen, Kurzschlüsse und fehlerhafte Verdrahtungen. Weiterhin führt es einen Pass/Fail-Test anhand vorgegebener Muster-Kabel durch und findet intermittierende Verbindungen. Im Bereich der Widerstandsmessung testet das M4 im Kabel integrierte Widerstände oder auch die Diodenausrichtung. Die Kabeldaten werden gespeichert und können etwa als Verdrahtungspläne, Fehlerbeschreibungen oder Labels gedruckt werden. • Meilhaus Electronic GmbH sales@meilhaus.de www.meilhaus.com das ihren speziellen Anforderungen an die Signalerfassung am besten entspricht. Da die Daten unter Verwendung der RDMA-Übertragung, ohne Eingreifen des Host-Prozessors, direkt zur GPU-Karte transferiert werden, kann eine Mittelung für Signale fast beliebiger Länge durchgeführt werden. Beispiele Beispielsweise kann ein M4i.2220-x8 Digitizer Signale mit 2,5 GS/s kontinuierlich abtasten und, selbst bei Längen von mehreren Sekunden, diese fortlaufend mitteln ohne ein Ereignis zu verpassen. Ebenso kann ein M4i.4451-x8 Digitizer mit einer Auflösung von 14 Bit dieselbe Funktion ausführen, während er vier Signale gleichzeitig mit 450 MS/s abtastet. Die Digitizerkarten verfügen außerdem über flexible Trigger-, Erfassungs- und Auslesemodi, die es ermöglichen, die Wellenformen auch bei extrem hohen Triggerraten zu mitteln. Im Gegensatz zu der FPGA-basierten Lösung, die FPGAs mit höchster Leistung erfordern, sind bei dem neuen Verfahren selbst CUDA-Grafikkarten der Einstiegsklasse zu den schnellen Berechnungen imstande. Das Paket Das neue Paket zur Mittelwertbildung ist Teil des SCAPP-Treiberpakets und enthält die Erweiterung für die RDMA-Übertragung, um den direkten Datentransfer vom Digitizer zur GPU zu ermöglichen. Das Paket enthält außerdem eine Reihe von Beispielen für die Interaktion mit dem Digitizer sowie Beispiele für die CUDA-Parallelverarbeitung mit den grundlegenden Mittelungsfunktionen. Die Beispiele enthalten Block-Mittelung zusammen mit Rauschunterdrückungsmethoden sowie lückenlose Mittelung von Signalen im Frequenzbereich. Die Nutzung der mitgelieferten, getesteten und optimierten Beispiele führt zu sofortigen Ergebnissen. Die gesamte Software basiert auf C/C++ und kann mit normalen Programmierkenntnissen problemlos erweitert werden. Eigene spezifische Algorithmen für die Mittelwertbildung können leicht eingebunden werden. Das SCAPP-Paket ermöglicht für PCs mit LINUX-Betriebssystem die RDMA-Übertragung direkt an die GPU oder für PCs mit Windows-basiertem Betriebssystem eine Übertragung mit dem Umweg über die CPU. ◄ PC & Industrie 1-2/2019 71

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