PC-Messtechnik im Umbruch

Der allgemeine Trend zu kleineren und leistungsfähigeren Geräten lässt sich nicht nur in der Konsumelektronik beobachten sondern ebenso in der elektronischen Messtechnik. Bislang verfügten Messgeräte meist kaum über Möglichkeiten zur Ablaufsteuerung oder zur Auswertung und Speicherung von Messwerten. Waren umfangreichere Messfunktionen und eine Verarbeitung der Messwerte notwendig, so musste ein PC-gesteuertes Messsystem aufgebaut werden, in dem meist mehrere unterschiedliche Messgeräte kombiniert wurden. Zur Realisation derartiger Messsysteme stehen unterschiedliche Plattformen, wie IEC-Bus-gesteuerte Einzelgeräte, PC-Einsteckkarten oder Modulrahmen (z. B. PXI, VXI) zur Verfügung. Ein als Steuerrechner eingesetzter PC übernimmt dabei die Aufgaben von Testablaufsteuerung, Erfassung und Auswertung der Messergebnisse sowie die Erstellung und Verwaltung der Test- und Messprogramme. Von mehreren Anbietern sind hierfür entsprechende Messtechnik-Softwarepakete wie TestPoint verfügbar. Damit lassen sich sogar durch die Kombination von Einzelgeräten mit spezifischen Softwarefunktionen auch Messgeräte mit erweiterten Funktionen erstellen. Mittels einer PC-Datenerfassungskarte können damit beispielsweise auf dem PC die Funktionen eines Oszilloskops oder eines Spektrumanalysators realisiert werden. Ein derartiges virtuelles Instrument lässt sich dann am Bildschirm genauso wie ein “reales” Instrument bedienen.

Durch die Verfügbarkeit kostengünstiger Prozessoren ist es mittlerweile kein Problem mehr, selbst in einfache Messgeräte einen oder sogar mehrere Prozessoren zu integrieren und so die Geräte mit mehr “Intelligenz” auszustatten, wie es beispielsweise bei den Smartlink-Geräten der Fall ist. Die bisher auf einen PC beschränkten Funktionen wie Ablaufsteuerung oder automatische Aufzeichnung und Auswertung der Messwerte lassen sich damit größtenteils direkt in die Messgeräte verlagern. Die Notwendigkeit, ein relativ aufwendiges PC-gesteuertes Messsystem aufzubauen, ist damit nicht mehr in jedem Fall gegeben. Dies soll aber nicht heißen, dass in messtechnischen Anwendungen auf einen PC in Zukunft ganz verzichtet werden kann. Während das Messgerät gleichsam als Front-End agiert und die Messaufgabe weitgehend selbstständig durchführt, arbeitet der PC quasi eine Stufe höher und dient dazu, die Messergebnisse von mehreren Messgeräten und Messstationen zu sammeln und zu speichern sowie aufzubereiten und grafisch darzustellen. Er dient damit als Benutzerschnittstelle zu den einzelnen Messstationen. Zu den weiteren Aufgaben zählen in diesem Zusammenhang auch die zentrale Verwaltung von Mess- und Testprogrammen sowie die Dokumentation der Ergebnisse und das Qualitätsmanagement, wozu beispielsweise auch die Prüfmittelüberwachung (zum Beispiel (Kalibrierung) gehört.

Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist die Vernetzung des PCs und der einzelnen Messgeräte, um so die Daten problemlos austauschen zu können. Vermehrt wird hierzu heute auch das Internet oder Intranets eingesetzt, die eine Datenübertragung oder auch eine Fernsteuerung und Fernwartung des Messsystems nicht nur innerhalb eines Standorts sondern sogar weltweit ermöglichen. Entsprechend sind natürlich auch die Forderungen an die Messsoftware, die eine Anbindung an das Internet oder Intranet sowie an Datenbanken zur Speicherung der Messdaten ebenfalls unterstützen muss. So gibt es auch für TestPoint verschiedene Toolkits für Internet/Intranet, Datenbanken oder statistische Prozesskontrolle.

Die am Markt verfügbaren Einsteckkarten stellen meist universell einsetzbare Messgeräte für allgemeine Anwendungen dar. In vielen Einsatzbereichen werden die Messaufgaben aber zunehmend komplexer und spezifischer, so dass der Aufbau eines Messsystems aus universellen Einzelkomponenten immer aufwendiger wird und zudem viel Erfahrung erfordert. Hierzu zählt nicht nur die Auswahl und Integration der Hardware sondern ebenso die Auswahl einer geeigneten Systemsoftware und die Erstellung der Anwendungsprogramme. Immer häufiger werden deshalb komplette Messlösungen in der Form von Einzelgeräten angeboten, die alle wichtigen Messfunktionen enthalten.

Der Hersteller hat diesen Trend bereits frühzeitig erkannt und bietet mittlerweile mehrere Systemlösungen für unterschiedliche Anwendungsbereiche an. Die Geräte sind dabei in Tischgeräten im 19”-Format untergebracht und verfügen über verschiedene Kommunikationsschnittstellen. Sie lassen sich als eigenständige Lösungen einsetzen, aber auch problemlos in größere Messsysteme integrieren. Zu den Beispielen für derartige Lösungen zählen:

– THD Multimeter Modell 2015 – ein Multimeter mit integriertem Sinusgenerator für Messungen an Geräten und Bauteilen der Audiotechnik,

– DMM/Datenerfassungssystem Modell 2700 – ein Multimeter und PC-Messsystem/Datenlogger, das mittels Einsteckkarten auf ein Messsystem mit bis zu 80 analogen Ein-/Ausgängen erweitert werden kann

– SourceMeter-Familie Modell 2400 – eine Kombination aus schneller programmierbarer Stromversorgung und Multimeter für die Messung von Kennlinien und den Test elektronischer Bauteile

– Batterie-Simulator Modell 2306 – ein Gerät zur Simulation von Batterien und Akkus mit umfangreichen Stimulus- und Messfunktionen, beispielsweise für den Produktionstest von Mobiltelefonen.

Welche Anforderungen an derartige Geräte gestellt werden, lässt sich gut am Beispiel der Herstellung von Mobiltelefonen zeigen. Hier werden hochspezialisierte Testgeräte benötigt, die das Mobiltelefon mit Strom versorgen, dabei auch die Gerätebatterie des Mobiltelefons simulieren und gleichzeitig die relativ kleine Stromaufnahme des Mobiltelefons messen können. Die Schwierigkeit besteht darin, möglichst schnell auf Lastwechsel zu reagieren, die auftreten, wenn das Mobiltelefon vom Standby-Modus in den Leistungsmodus umgeschaltet wird. Die Stromaufnahme kann hierbei um bis zu 100 Prozent ansteigen. Bei einer normalen Stromversorgung kann dies einen Spannungseinbruch mit einer Dauer von mehreren Millisekunden verursachen, der zu einem Abschalten des Telefons während des Tests führen kann. Die hybride Stromversorgung mit Rücklesefunktion Serie 2300 (Batterie-Simulator) vereint alle genannten Funktionen in einem einzigen Gerät (Bild 1). Dagegen würde die Realisierung eines vergleichbaren Messsystems aus Einzelkomponenten einen sehr großen Aufwand und somit auch hohe Kosten verursachen.

Für den Anwender stellen derartige Komplettsysteme damit äußerst kompakte und kostengünstige Lösungen dar, die zudem durch den integrierten anwendungsspezifischen Funktionsumfang die Erstellung von Anwendungsprogrammen deutlich vereinfachen. Da zudem kein Aufwand für die Systemintegration anfällt, sind die Systeme sofort nach der Anschaffung einsatzbereit. Speziell im Produktionstest wird mit diesen Geräten ein deutlich höherer Durchsatz erreicht.

Moderne PC-Systeme werden nicht nur immer leistungsfähiger sondern auch immer kleiner, wobei zunehmend alle wichtigen Funktionen auf der Hauptplatine untergebracht werden. Aus Platzgründen wird dabei auch immer häufiger auf Steckplätze für Erweiterungskarten verzichtet. So wurden bereits einige Modelle vorgestellt, bei denen auf das konventionelle Gehäuse verzichtet wurde und die gesamte Elektronik im Standfuß des Monitors eingebaut wird. Damit entfällt aber gleichzeitig auch die Möglichkeit, den PC mittels Steckkarten zu einem Messsystem zu erweitern. Stattdessen geht der Trend zu dezentralen oder vernetzten Systemen, die auf Grund der sehr kompakten Bauweise direkt am Messobjekt platziert werden können und sich zum Beispiel über Ethernet oder eine serielle Schnittstelle mit dem PC verbinden lassen (Bild 2). Gegenüber den PC-Steckkarten bieten sie die Vorteile, dass der PC nicht mehr geöffnet werden muss, unabhängig von Steckplätzen eine nahezu unbeschränkte Erweiterung (und Leistung) möglich ist und auch die Kalibration des Messsystems meist deutlich einfacher ist.

Obwohl diese Messsysteme relativ klein sind, beinhalten sie trotzdem die gesamte Messelektronik und darüber hinaus auch eine integrierte Signalaufbereitung, sowie einen Messwertspeicher. Angeboten wird inzwischen eine ähnliche Auswahl an Funktionen wie bei den PC-Steckkarten. Da praktisch alle PCs heute über eine serielle Schnittstelle und größtenteils auch über einen Ethernet-Anschluss verfügen, ist der Einsatz solcher Systeme kein Problem und erfordert auch keine zusätzlichen Investitionen. Zudem lassen sich diese Geräte auch direkt an ein Ethernet anschließen und können somit weit entfernt vom PC eingesetzt werden. Die bereits anfangs beschriebene Durchführung von Messungen über das Internet oder ein Intranet ist damit auch hier grundsätzlich möglich.

Neben intelligenteren Messgeräten und dem Trend zu kompletten applikationsspezifischen Lösungen hat wohl das Internet die größten Auswirkungen auf die Messtechnik. Durch das Internet bieten sich mittlerweile neue Möglichkeiten, wie einfache weltweite Vernetzung von Messgeräten, problemlose Softwarewartung und Fernsteuerung der Geräte, sowie eine von Zeit und Ort unabhängige Verfügbarkeit der Daten. Über die bereits bekannten Anwendungsgebiete ergeben sich hier in Zukunft sicher noch weitere interessante Perspektiven.

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