TEDS 란 정확히 무엇을 의미할까요?

TEDS 칩에는 센서의 고유한 정보가 지문처럼 새겨져 있어 별도의 센서 Set-up 과정이 필요하지 않습니다. IEEE1451 국제 표준을 만족시키는 TEDS는 자체 회로 연결(Circuit Connection) 기술에 기반하여 다양한 제조사의 센서와 앰프를 별도의 Set-up없이 사용할 수 있습니다.

 

센서 종류에 상관없이 TEDS 를 사용할 수 있습니다.

HBM에서도 TEDS를 널리 사용하게 되었습니다. 거의 모든 센서에 옵션(표준 옵션 또는 맞춤 솔루션)으로 TEDS가 장착되어 있습니다. HBM 앰프는 TEDS를 읽을 수 있고, 많은 장치들도 TEDS에 기록할 수 있습니다.

모든 데이터가 TEDS 칩 안의 소위 탬플릿(template) 안에 저장됩니다. 이러한 탬플릿은 센서의 매개변수(parameter)가 나열되어 있는 표라고 생각할 수 있습니다.

TEDS 칩마다 기본(Basis) TEDS라고 부르는 탬플릿이 있습니다. 다음과 같은 정보가 이 탬플릿 안에 저장됩니다.

 

  • Manufacturer of the sensor
  • Type series of the sensor
  • Version letter
  • Version number
  • Serial number of the sensor
               

TEDS 절차를 통해 필요한 데이터를 칩에 있는 탬플릿 안에 인코딩합니다.

코딩 사례

TEDS의 제조사 ID에 숫자 31을 저장하면, 이는 제조사가 HBM임을 의미합니다. 센서 안의 칩이 이제 앰프로 ‘31’을 전송할 것입니다. 따라서 앰프 시스템에 있는 펌웨어(firmware)가 코드를 분명히 알게 될 것입니다. 센서 유형 계열에 대한 정보도 마찬가지입니다. 기술 표준이 지원된다면 관련 센서 제조사는 이러한 데이터 세트를 준비하고 있습니다. HBM에서 이 정보는 홈페이지에서 다운로드 할 수 있습니다.

TEDs 모듈에 연결

Class 2 connection

IEEE 1451.4에는 TEDS 모듈을 위한 다양한 연결 옵션이 제시되어 있습니다. 지금까지 가장 쉬운 방식은 추가 케이블 2개를 이용하여 TEDS 모듈을 연결하는 방식입니다. 그림에는 이러한 연결 유형이 나타나 있습니다.

이 방법은 옵션이지만 실행 가능성 측면에서 제한이 있는 경우가 많습니다.:

 

  •  조립 라인과 테스트 벤치에서 센서 케이블 배선은 보통 심이 6개인 케이블(2개는 전원 케이블, 2개는 케이블 영향 측정용 감지 라인, 2개는 측정 신호 전송용)을 통해 이루어집니다. 케이블 2개를 추가하면 전체 배선을 교체하는 것과 같아질 것이며, 일반적으로 한계(no-go) 기준입니다.
  • 어떠한 응용 조건에서도 스트레인 게이지 센서용으로 사용되는 고품질 측정 케이블은 심이 8개인 형태가 없습니다.

Zero wire connection

이것이 바로 Class 1 이라 불리우는 센서가 규정되어 있는 이유입니다. 센서 케이블을 이용하여 TEDS로부터 센서 데이터를 읽거나, 측정을 위해 스위칭이 전자적으로 이루어집니다. 앰프가 센서 데이터를 읽고 있는 동안에 사용자가 측정치를 취할 수 없지만 위에서 설명한 단점을 피할 수 있습니다. 하지만 앰프가 교정된 후에 측정 데이터를 얻는 것이 합리적이기 때문에 이러한 문제는 일반적으로 허용됩니다.

클래스1 연결은 대부분 IEPE 센서에 사용합니다. 저자가 아는 바에 따르면, 이러한 방법은 스트레인 게이지 측정 기술에는 적용하지 않으며, 그러므로 여기에서 더 이상 논의하지 않을 것입니다.

또 다른 방법에는 소위 제로 와이어 구성이 있습니다. 이 회로는 클래스1 센서와 마찬가지로 추가적인 케이블이 불필요합니다. HBM은 기존 인프라에 TEDS 기술을 적용하고자 하는 고객의 요구에 부응하기 위해 몇 년 전에 이 방법을 개발하였습니다.

이 방법에서는 아래 그림에 제시된 것처럼 측정용 브리지의 전원 선과 감지 선 사이를 작게 연결하여 TEDS 모듈을 장착합니다.

 

 

비용과 설치 시간을 절약하고 안전성을 높이는 TEDS

적절한 센서를 찾기 위해서는 기술적 요구조건 뿐 아니라, 사용이 얼마나 용이한지도 중요한 요소 입니다. 설치가 쉽고 빨라야 하며, 측정 체인의 모수화(Parameterization)는 효율적이고 오류가 없어야 합니다. 힘 센서를 이용한 최신형 솔루션을 그 예로 들 수 있습니다.

기존의 힘 센서는 기계적으로 볼 때 많은 장점이 있었습니다만, 센서의 특성에 맞게 측정 체인을 교정하는 작업이 상당히 어려웠습니다. 담당자는 복잡한 앰프 작동만큼이나 센서 기술에 대해서도 잘 알고 있어야 했습니다. 그렇기 때문에 측정 엔지니어들이 자체적인 교정 데이터, 일련번호, 유형 명칭이 포함된 센서를 요구하는 것입니다. 하지만 TEDS(Transducer Electronic Data Sheet) 기술을 사용한다면 이 상황이 완전히 바뀌게 됩니다.

대부분의 센서에 사용이 가능합니다.

다른 탬플릿은 관련된 센서 설명을 이용하여 획득 시스템을 모수화할 수 있습니다.

기본 TEDS(basis TEDS)를 읽은 경우, 센서 데이터에 관한 매개변수가 전송됩니다. 스트레인 게이지(Strain gauge)를 적용한 힘 센서는 소위 브리지 센서, 즉 휘트스톤 브리지 회로(Wheatstone bridge circuit)에 따라 작동하는 센서입니다. IEEE1451.4에는 관련 탬플릿이 규정되어 있습니다.

힘 센서의 감도(즉, 정격 출력과 정격 힘의 조합)에 관한 정보 이외에도, 기본 TEDS에는 참조 여기 전압(reference excitation voltage), 브리지 저항 또는 교정 일자(있는 경우) 등의 중요한 정보가 포함되어 있습니다. 예를 들면 압력 측정과 같은 기타 스트레인 게이지 센서도 휘트스톤 브리지 회로라면 비슷하게 다룰 수 있습니다.

새로운 교정 데이터로 이러한 내용을 덮어쓸 수 있다는 점에 주목해야 합니다. 센서의 정격 출력에 약간의 변화가 있을 경우, 그리고 이러한 변화를 재교정 중에 확인하였다면, 교정한 후에 새로운 정격 출력 값을 TEDS에 기록할 수 있습니다.

현장 교정이 필요하다면, HBM 교정 실험실 또는 사용자가 TEDS 데이터를 기록할 수도 있습니다.

브리지 센서 이외에도 TEDS 기술은 관련 탬플릿을 활용하여 주파수 출력(증분형 인코더(incremental encoder), 토크 센서) 또는 전압 출력 등 사실상 모든 유형의 센서 기술을 지원합니다. 시각적 디스플레이나 버스 시스템(EtherCAT 또는 PROFIBUS)에 무관하게, 출력 인터페이스 디스플레이 장치의 선형화(linearization) 또는 교정을 위한 다른 탬플릿이 있습니다.

 

적은 데이터 – 신속한 전송

전송할 데이터의 양이 적기에 신속하게 데이터를 전송할 수 있습니다.

표준에 따르지 않는 제조사의 센서를 사용할 경우, 사용자는 전체 TEDS를 기록할 수도 있습니다. TEDS를 지원하지 않는 제조사의 센서를 활용할 경우, HBM에서 TEDS 칩을 구할 수 있습니다. TEDS를 관련 센서 또는 케이블에 장착하고 관련 하드웨어를 사용하여 기록할 수 있습니다. 사실상 기존의 모든 센서를 플러그 앤 플레이(plug & play)식으로 사용할 수 있습니다.

IEEE1451의 HBM 센서 유형 인코딩 – 발췌. 데이터 세트는 HBM 홈페이지에서 다운로드 할 수 있습니다.

 

 

TEDS가 측정 정확도에 미치는 영향

연결 시, 감지 선에 추가로 저항기(resistor)가 있어야 하기 때문에 측정 정확도라는 문제가 남아 있습니다. 와이어가 6개인 구조는 본질적으로 브리지 여기 전압 선과 감지 선 사이의 전압을 측정합니다. 앰프의 입력 저항은 매우 높습니다. 그렇기 때문에 작은 직렬 저항은 결국 무의미할 것입니다. 또한 TEDS 칩을 통해 센서가 보정되는데, 이는 모든 영향이 고려된다는 뜻입니다.

집중적인 측정을 하면 50ppm 보다 훨씬 낮은 0점에 영향을 미칩니다. 스프레드(0점과 최대 강도의 측정 신호 사이의 차이)는 변하지 않습니다. 그러므로 TEDS 모듈은 브리지 센서의 측정 정확도에 영향을 미치지 않습니다.

Where is the TEDS installed?

위에서 논의한 바와 같이, TEDS는 항상 센서에 연결해야 합니다. 따라서 가장 좋은 위치는 센서 안쪽입니다.

기계적 설계 때문에 스프링 소자에 TEDS 모듈을 설치할 수 없는 센서와 같이 매우 작은 센서는 그렇게 할 수 없을 수 있습니다. 그럴 경우에는 TEDS 칩을 플러그에 설치할 수 있습니다. 이러한 센서에는 TEDS가 플러그에 장착된 상태로 제공됩니다. HBM은 제로 와이어 기술이 적용된 거의 모든 센서를 제공하며, 스트레인 게이지 센서와 함께 사용하면 효과가 극대화됩니다. 플러그 안에 TEDS를 장착해야 할 경우, 그리고 플러그 모델 때문에 제로 와이어 구성을 포함시킬 수 없는 경우에만 클래스2 디자인이 적용됩니다.

다른 모든 구성에는 맞춤형 솔루션을 이용할 수 있습니다. TEDS 마더보드를 개별 부품으로 제공하거나 케이블에 장착된 형태로 제공할 수 있습니다.

전망

위에서 언급한 대로, IEEE1451.4 표준은 현재 개정 중입니다. 작업 그룹에는 업계 대표와 사용자가 포함되어 있고 HBM도 참여하고 있습니다. 실제 경험에 따르면 디스플레이 장치를 미리 규정하는 작업이 매우 중요하며, 이는 추후 고려될 것입니다. 선형도(linearity) 교정도 쉽게 수행할 수 있게 될 것입니다. 제로 와이어 기술이 표준에 추가될 것입니다. 또한 구성과 회로에는 변경 사항이 없을 것입니다. 이는 현재 제공되는 센서를 향후에도 완벽하게 사용할 수 있음을 의미합니다.


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