Giải pháp thu thập dữ liệu với IPC siêu nhỏ gọn cho hệ thống cảm biến nhiệt độ phân tán
07/03/2020
Thông tin chung
Thay vì sử dụng cảm biến nhiệt độ để theo dõi nhiệt độ, hệ thống giám sát cảm biến nhiệt độ phân tán (DTS) sử dụng sợi quang làm thiết bị cảm biến nhiệt độ. Với cáp quang cảm biến nhiệt độ được cài đặt trong khu vực được giám sát và kết nối với máy tính chủ, phần mềm đo có thể được sử dụng để hiển thị các thay đổi nhiệt độ thời gian thực. Hưởng lợi từ các ưu điểm của sợi quang, bao gồm không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, có thể uốn cong tự do, nhỏ và dễ lắp đặt và có thể hỗ trợ phát hiện ở những khu vực rộng lớn mà không có điểm mù, hệ thống DTS đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng phòng chống thiên tai, có nguy cơ cao, chẳng hạn như cáp điện, đường ống dẫn dầu / khí, bể chứa và đường hầm đường cao tốc / đường sắt. Chất lượng của hệ thống DTS được xác định bởi khả năng của hệ thống để theo dõi nhanh chóng và chính xác nhiệt độ của tất cả các vị trí dọc theo cáp. Đối với các nhà tích hợp hệ thống, sản phẩm thu thập dữ liệu tối ưu (DAQ) phải được chọn trong quá trình phát triển để đảm bảo hiệu năng hệ thống đáp ứng yêu cầu thị trường và vượt xa đối thủ cạnh tranh.
Yêu cầu hệ thống
Hệ thống DTS của công ty bao gồm một máy chủ DTS, cáp quang cảm biến nhiệt độ, phần mềm đo lường và các sản phẩm liên quan. Thông tin phân bố nhiệt độ không gian thu được bằng cách sử dụng hiệu ứng Raman của ánh sáng truyền trong sợi quang và máy đo độ phản xạ miền thời gian quang (OTDR). Do máy chủ DTS gốc của công ty, máy tính cá nhân được trang bị DAQ không đủ tốc độ và độ phân giải, công ty muốn thay thế phần cứng này bằng máy tính hiệu năng cao và số hóa tốc độ cao để cải thiện độ chính xác và hệ thống thu thập dữ liệu. Tuy nhiên, giải pháp phần cứng mới cần phải cung cấp hiệu suất hoạt động cao với một chi phí tối ưu. Cụ thể, bộ số hóa cần hỗ trợ tốc độ lấy mẫu không dưới 100MSPS, độ phân giải 16 bit, lấy mẫu analog đồng thời, truyền dữ liệu qua truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA) để xử lý nhanh hơn và bộ nhớ trên bo mạch lớn để đảm bảo hiệu quả. Về máy tính, khách hàng yêu cầu một hệ thống được trang bị bộ xử lý hiệu suất cao, nhiều khe cắm PCIe và thiết bị lưu trữ với tốc độ đọc và ghi nhanh, cũng như bảo vệ phù hợp để có khả năng hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
Mô tả hệ thống
Giải pháp DAQ từ Advantech bao gồm máy tính công nghiệp siêu nhỏ IPC-220 và bộ số hóa PCIE-1840. Đặc trưng bởi dải hoạt động rộng và tốc độ lấy mẫu cao, hệ thống này cực kỳ phù hợp để sử dụng làm máy chủ cảm biến nhiệt độ sợi quang cho phép hệ thống DTS thu được tín hiệu tần số cao. Với sự tích hợp hoàn hảo hai sản phẩm, hệ thống DAQ có khả năng kích hoạt bộ điều biến quang âm (AOM) điều khiển các tia laser để gửi xung laser có độ rộng được cài đặt tới bộ phát và sau đó đến cáp quang, đồng thời nhận tín hiệu tán xạ ngược của nguồn xung laser từ đầu dò ảnh. Sau khi xử lý trên máy tính chủ, tín hiệu hiển thị phân phối nhiệt độ cho toàn bộ cáp cảm biến nhiệt độ.
Bộ số hóa PCIE-1840 là thành phần quan trọng nhất của giải pháp bởi vì giải pháp phần cứng này đồng thời kích hoạt việc truyền xung laser trong khi vẫn nhận được tín hiệu tán xạ ngược. Bộ số hóa này, với tốc độ lấy mẫu lên tới 125 MSPS, độ phân giải 16 bit và bốn kênh đầu vào analog đồng thời, cho phép thu thập dữ liệu chính xác và nhanh chóng. Hơn nữa, việc bao gồm 2 GB bộ nhớ tích hợp sẵn trên bo mạch đáp ứng các yêu cầu cho việc truyền dữ liệu tốc độ cao. Truyền dữ liệu thông qua DMA độc lập với CPU giúp tăng tốc độ truyền chung và giảm tải CPU. Để tăng tốc hơn nữa việc truyền dữ liệu DMA, Advantech đã điều chỉnh trình điều khiển cho dự án này bằng cách tăng tốc độ truyền hơn mười lần. Ngoài ra, do cường độ của chùm tia laser được xác định bởi độ rộng của xung laser, nên Advantech đã tùy chỉnh bảng PCIE-1840 với mảng cổng có thể lập trình trường (FPGA) để hỗ trợ người dùng cài đặt độ rộng xung.
Tại sao là Advantech?
Tốc độ lấy mẫu cao, độ phân giải, số lượng kênh, tốc độ truyền và bộ nhớ tích hợp của bộ số hóa tốc độ cao của PCIE-1840 vượt trội so với các mẫu DAQ thông thường với mức số hóa thấp. Hiệu năng của hệ thống máy khách DTS tăng lên khi có máy tính công nghiệp siêu nhỏ gọn IPC-220 với hiệu năng cao. Advantech cũng tùy chỉnh trình điều khiển của thiết bị PCIE-1840 theo nhu cầu cụ thể của khách hàng để cải thiện đáng kể hiệu quả hệ thống tổng thể. Cuối cùng, vì kết quả tích cực của việc giới thiệu giải pháp DAQ này của Advantech, khách hàng đã quyết định mở rộng quy mô giải pháp này ra các hệ thống khác của họ.
/PCIE-1840_03_1_s20151127092618.jpg)
