Geschichte der DMS-Messtechnik: mit Wheatstone bis zur Cloud

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

EBV Elektronik GmbH & Co. KG

dataTec AG

imc Test & Measurement GmbH

imc Test & Measurement GmbH

Scanner, Shunt-Kalibrierung, Sense und andere Spezialitäten

Als die Messverstärker noch überaus aufwändig und teuer waren, erfreuten sich sogenannte Scanner großer Beliebtheit: Ein Messstellen-Umschalter, realisiert als Matrix von vergleichsweise preiswerten (MOSFET-)Relais-Schaltern, konnte so einen einzigen Verstärker mit vielen Kanälen jeweils nacheinander auslasten.

Zumindest für Viertelbrücken-Schaltungen hielt sich die Zahl der umzuschaltenden Leitungen dabei noch im Rahmen. Allerdings ist der parasitäre Durchlasswiderstand von MOSFET-Schaltern nicht ausreichend stabil und symmetrisch. Die patentierte Kreutzer-Schaltung konnte diese Voraussetzung der Viertelbrücken-Messung sehr geschickt lösen bzw. umgehen.

Heute indes erlaubt preiswerte Halbeitertechnik eine durchgängige Realisierung kanalindividueller Vorverstärker und ADCs. Die durch Unterabtastung bedingten Probleme der nicht-kontinuierlichen Scanner, mit dem daraus resultierenden Aliasing und ungenügender Störunterdrückung, sind damit Vergangenheit.

24-Bit-ADC-Technologie gilt dabei mittlerweile als Standard. Noch höhere Auflösung, etwa mittels Auto-Ranging-Verfahren durch zwei parallele ADC-Pfade unterschiedlicher Verstärkung, sind dabei weder sinnvoll noch möglich. Mögen solche Konzepte für andere Anwendungen mitunter attraktiv sein, so versagen sie bei DMS-Messungen: Da die Signale durch den Brückenoffset nicht nullsymmetrisch sind, können sie bei kleiner DMS-Aussteuerung also nicht einfach wie mit einer Lupe weiter hochverstärkt werden.

Auch die Shunt-Kalibrierung hat durch die technische Entwicklung mittlerweile etwas an Bedeutung verloren. Sie dient nur noch zur qualitativen Überprüfung der Mess- strecke, etwa auf Verkabelungsfehler und nicht wirklich zur maßgeblichen Korrektur einer Skalierung. Denn die mittels Kabel- kompensation (Sense), geregelte Viertelbrücken-Dreileiterschaltung und durch digitale Kalibrierverfahren bereits erreichte Präzision ist kaum zu übertreffen.

Verteilte Topologie: sensornah und dennoch global vernetzt

Systemseitig gibt es eine Tendenz zu räumlich verteilten Messverstärker-Systemen. Zunächst bezieht sich das auf lokale Vernetzung innerhalb eines Testfeldes, z.B. über digitale Systembusse wie CAN, EtherCAT oder FibreOptic-Medien. So können nah am Sensor platzierte Messverstärker elektro-magnetische Störeinkopplung drastisch minimieren und teure Sensorkabel durch wenige und robuste Bus-Kabel ersetzen.

Ein weiterer Trend dehnt diese Dezentralisierung noch weiter aus: über Netzwerk und Mobilfunk bis ins Internet. Denn sowohl wachsende Erfassungsmöglichkeiten als auch zunehmende Arbeitsteilung erfordern es, die Daten verfügbar zu machen. Auf riesige Datenberge (Big Data) weltweit Zugriff zu haben, um mittels datenbankgestützter Auswertungen und algorithmischer Signalanalyse damit Antworten auf heute noch nicht einmal gestellte Fragen zu finden –das ist die Vision neuer Cloud-basierter Ansätze.

Einen detaillierten Technologieartikel zum Thema Messtechnik in der Cloud finden Sie als Abschluss unseres DMS-Dreiteilers im kommenden Sonderheft „Messtechnik, Sensorik und Test“, das am 6. September 2016 erscheint.

* Dipl.-Ing. Martin Riedel ist Leiter Produkt-Marketing bei imc Meßsysteme, Berlin.

* Dipl.-Ing. Nils Becker ist verantwortlich für Marketing bei imc Test & Measurement, Friedrichsdorf.

(ID:44162294)