Calibración de instrumentos modulares NI

Actualizado el Jun 3, 2021

Ambiente

Hardware

  • Modular Instruments System

Este artículo examina una plataforma de instrumentación modular y cuándo y cómo calibrar la instrumentación modular. Los principios fundamentales de metrología y calibración son los mismos independientemente de si la plataforma de instrumentación se basa en instrumentos modulares o instrumentos tradicionales. Sin embargo, la flexibilidad de la plataforma modular y la interfaz definida por software permiten una variedad de opciones para calibrar estos instrumentos.

Instrumento modular

A medida que el movimiento hacia la modularidad se vuelve más popular, los sistemas de prueba se pueden clasificar cada vez más en uno de dos tipos de instrumentación: tradicional y definida por software. La Figura 1 ilustra las arquitecturas de estos diferentes tipos de sistemas.

Figura 1. Arquitecturas de instrumentos tradicionales y definidos por software

La Figura 1 muestra que la arquitectura de hardware para los dos enfoques es similar; sin embargo, las interfaces de software y el empaquetado de componentes difieren significativamente. Un instrumento tradicional es un dispositivo autónomo con una funcionalidad e interfaz de usuario fijas. El proveedor del instrumento controla el proceso de actualización del software integrado, que define las capacidades del dispositivo, por lo que está limitado a las medidas definidas en este software. Por el contrario, los instrumentos modulares definidos por software combinan la flexibilidad del software que puede personalizar con la funcionalidad de las opciones de hardware modular. Con esta combinación, puede realizar mediciones personalizadas, ajustar los estándares nuevos y en evolución y escalar las capacidades del sistema a medida que los requisitos crecen y cambian.
 

Sistemas de medición diseñados para ofrecer exactitud

Para comprender mejor las similitudes de los instrumentos virtuales y definidos por software, considere los subsistemas de medición de ambos. La Figura 2 muestra el diagrama de bloques para el componente de medición de la mayoría de los instrumentos modernos, que representa el subsistema de medición del instrumento tradicional al que se hizo referencia anteriormente o el diagrama de bloques para uno de los componentes de hardware modular del instrumento definido por software.

Figura 2. Diagrama de bloques para el subsistema de medición de la mayoría de los instrumentos modernos

Primero, la señal analógica se adquiere en el front-end analógico, que incluye el acondicionamiento y el escalado de la señal. Una vez que la señal analógica pasa por la interfaz, el convertidor analógico a digital (ADC) la digitaliza. Luego, los valores digitales se almacenan en la memoria integrada para su procesamiento y análisis. Este procesamiento posterior puede incluir procesamiento de señales digitales (DSP) en el sistema de medición, procesamiento posterior a la adquisición en el componente de procesamiento del sistema o registro para análisis fuera de línea.
 

Fundamentos de calibración

Ahora que ha revisado cómo funcionan los componentes de medición del hardware modular, es importante comprender los fundamentos de la calibración para que pueda ver cómo se aplican a la idea de un instrumento modular definido por software. La calibración del sistema de medición requiere dos acciones centrales: la verificación del desempeño de acuerdo con algún estándar y, si es necesario, el ajuste de las mediciones para cumplir con esos estándares.

La verificación es el paso clave en la calibración de un instrumento. En este paso, un instrumento mide un valor conocido, que suele ser proporcionado por un estándar de calibración de alta precisión. Los resultados de estas mediciones se comparan luego con el rendimiento requerido del dispositivo, que normalmente se define en las especificaciones del fabricante. Al comparar las mediciones reales con las especificaciones enumeradas, puede demostrar que se logran las propiedades de rendimiento indicadas de un sistema de medición.

Una vez que haya verificado el rendimiento actual de su sistema, es posible que pueda ajustar la capacidad de medición, si es necesario, para cumplir con sus especificaciones. Este ajuste puede incluir cambios en el circuito de medición real en sí, o puede ser tan simple como escalar los datos adquiridos en función de un desplazamiento determinado durante la verificación. El paso de ajuste de la calibración modifica los valores medidos para que correspondan al valor esperado; sin embargo, es importante determinar los valores que espera y si realmente se requiere un ajuste para satisfacer sus necesidades.
 

Calibración de instrumentos modulares

Calibrar los componentes de medición de su instrumento virtual es tan importante como calibrar un instrumento tradicional. Sin embargo, debido a que el sistema de medición es un componente modular separado, tiene varias opciones para verificar y ajustar su instrumento.
 

Verificación

Puede elegir entre varios métodos para verificar el rendimiento de su instrumento modular, aunque la teoría de comparar su medición con el valor esperado es consistente en todos ellos. El primer método es usar un software de panel de prueba que simule la interfaz de un instrumento tradicional, como la aplicación Soft Front Panel que se incluye en la mayoría de los controladores para instrumentos modulares de NI. La Figura 3 muestra la interfaz del Panel Frontal del NI-FGEN Soft. El panel frontal suave puede ser la forma más familiar de verificar el rendimiento si está acostumbrado a instrumentos tradicionales. Sin embargo, también es la forma menos eficiente porque debe ajustar manualmente la configuración del Panel frontal suave para verificar diferentes puntos de prueba. Este método no aprovecha la velocidad y flexibilidad de la plataforma de instrumentación modular.


Figura 3. Puede usar el Panel Frontal Suave NI-FGEN para verificar el desempeño de la medición.
 

Otra forma de verificar el rendimiento de su instrumento es automatizar el proceso de medición en el software. Los proveedores de instrumentación tradicional y modular suelen publicar un procedimiento de calibración que incluye una metodología para verificar el rendimiento de acuerdo con las especificaciones. Estos procedimientos incluyen puntos de prueba, técnicas de medición y límites de prueba. Los procedimientos de calibración manual de NI incluyen descripciones de las funciones específicas del software del controlador que se utilizarán para verificar el rendimiento. Al llamar mediante programación a las funciones necesarias para verificar el rendimiento, puede aprovechar los beneficios de la plataforma de instrumentación virtual para automatizar el proceso de medición.


Figura 4 . Con los procedimientos de calibración de NI, puede verificar sus medidas mediante programación.
 

Por último, puede utilizar varios programas de software estándar para automatizar aún más la verificación de sus medidas al automatizar tanto las medidas tomadas para verificación como el control de los estándares de calibración que proporcionan las referencias. Un ejemplo de este software es NI Calibration Executive, que aprovecha las tecnologías NI LabVIEW, NI-VISA, IVI y NI TestStand para crear un entorno integrado e independiente para calibrar dispositivos de medición de NI. Los procedimientos para calibrar estos dispositivos pueden ejecutarse automáticamente con Calibration Executive usando NI GPIB para comunicarse con estándares de calibración externos. La automatización de sus mediciones y el control de los estándares de calibración le ahorra aún más tiempo al verificar sus productos. Además, Calibration Executive proporciona los datos recopilados en informes de calibración que se almacenan en una base de datos compatible con ODBC para facilitar el acceso desde otros programas.

Figura 5. Usando NI Calibration Executive, puede automatizar todo el proceso de calibración para que sea aún más eficiente.
 

Ajuste

La naturaleza modular de un instrumento definido por software ofrece varias opciones para ajustar las mediciones después de haberlas comparado con sus especificaciones durante la verificación. Debido a que los valores digitales adquiridos por el sistema de medición generalmente se almacenan y procesan a bordo, a menudo puede ajustar el rendimiento de su instrumento modificando los coeficientes de calibración almacenados en la memoria. Por ejemplo, el diagrama de bloques para el generador de señal RF NI PXI-5652 se muestra en la Figura 6. La porción de la memoria que almacena los coeficientes de calibración está resaltada.


Figura 6. Los coeficientes de calibración NI PXI-5652 se almacenan en la EEPROM integrada.
 

Debe determinar los coeficientes de calibración basándose en los datos de verificación y su desempeño requerido. Para los productos de NI, se incluye una API de ajuste en la mayoría de los controladores de hardware. Estas API brindan acceso a llamadas a funciones que pueden leer y escribir los coeficientes de calibración y le brindan la capacidad de bloquear los coeficientes para evitar el acceso no autorizado. Tanto Calibration Executive como los procedimientos de calibración manual desarrollados por NI proporcionan instrucciones para ajustar los coeficientes para cumplir con las especificaciones publicadas de NI. Un ejemplo de la API de calibración para el controlador NI-SCOPE se muestra en la Figura 7.


Figura 7. La API de calibración para NI-SCOPE
 

Además de ajustar las medidas en el firmware del sistema de medida, la naturaleza definida por software de los instrumentos modulares le ayuda a realizar sus propios ajustes. Puede programar el software que ejecuta la interfaz de usuario en el controlador del instrumento para compensar las diferencias entre los datos medidos y los estándares conocidos. Por lo general, los módulos de medición individuales se calibran por separado utilizando los coeficientes de calibración integrados. Sin embargo, el software definido por el usuario puede implementar el escalado para ajustar las diferencias entre los módulos de medición, como en un sistema de RF de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), o para compensar el error de extremo a extremo que se acumula en todo el sistema de medición. incluidos bloques de terminales, cables y transductores.

La calibración es una parte importante del mantenimiento de cualquier instrumento de medición, ya sea un instrumento tradicional o uno definido por software basado en componentes de hardware modulares. Muchas de las características que hacen que un enfoque modular sea más flexible y escalable también ofrecen varias opciones para calibrar su hardware de medición. El enfoque definido por software facilita la verificación del rendimiento de las mediciones y los ajustes cuando sea necesario.
 

Calibración NI

Para ayudarlo a satisfacer sus necesidades de calibración, NI brinda soporte de calibración que incluye servicios para calibrar sus productos, procedimientos de calibración manual y software de calibración automatizado diseñado específicamente para su uso por laboratorios de metrología.
 

Servicios de calibración

NI proporciona los siguientes servicios de calibración para ayudar a que sus productos de NI rindan al máximo:

Servicio de calibración rastreable
Con la calibración rastreable, puede realizar un seguimiento del rendimiento de sus instrumentos y minimizar el tiempo y los costos asociados con el tiempo de inactividad no programado y los problemas de calidad. Este servicio incluye la verificación del rendimiento de la medición y el ajuste cuando sea posible. También cuenta con datos de medición "Tal como se encontró" y "Tal como se dejó" para mostrar las mediciones para cada punto de prueba cada vez. Estos datos pueden ayudarlo a caracterizar el rendimiento de su dispositivo y le permiten saber con precisión lo que está midiendo. Este nivel de servicio también le ayuda a cumplir con los requisitos de programas de calidad como ISO 9001.

Servicio de calibración compatible
El servicio de calibración compatible lo ayuda a satisfacer las necesidades de estándares de calidad más avanzados. Se realiza en un laboratorio que está acreditado según ISO 17025 y el servicio cumple con ANSI / NCSL Z540-1-1994. Este servicio incluye la verificación del rendimiento de la medición y el ajuste cuando sea posible, así como la provisión de datos de medición completos "Tal como se encontró" y "Tal como se dejó" y una evaluación de la incertidumbre de la medición.
 

Servicio de calibración acreditado según ISO 17025
NI Calibration Services Austin está acreditado según ISO / IEC 17025: 2005 por A2LA para satisfacer todas sus necesidades de servicio de calibración acreditado. Además, los Centros de Calibración Certificados de NI ubicados en todo el mundo pueden satisfacer las necesidades locales y brindar los mismos niveles de servicio sin importar dónde se encuentre. Este servicio incluye la incertidumbre de medición calculada completa y el logotipo del organismo de acreditación local para que pueda estar seguro de que el servicio se realizó exactamente de acuerdo con el estándar.
 

Opciones de calibración adicionales

Junto con las ofertas de calibración estándar, NI puede ayudarlo con servicios de calibración adicionales adaptados a sus necesidades específicas. Estos servicios para productos de NI incluyen, entre otros, servicios de calibración exprés, servicios de calibración en el sitio, calibración del sistema y procedimientos de calibración personalizados. Comuníquese con su representante local de servicios de NI para obtener un acuerdo de servicio de calibración personalizado.

Además de las ofertas de servicios, NI ofrece varias opciones si desea calibrar los productos de NI usted mismo. Los procedimientos de calibración manual que incluyen puntos de prueba e instrucciones paso a paso están en línea. Sin embargo, estos procedimientos a menudo requieren mucho tiempo y requieren pasos de programación para ajustar las capacidades de medición de los productos. Para enfrentar algunos de los desafíos de un procedimiento manual, NI proporciona el software de calibración automatizada NI Calibration Executive, que hace que la calibración de los productos de NI sea aún más rápida y sencilla. Puede visitar los recursos adicionales a continuación para obtener más información sobre los procedimientos manuales o Calibration Executive.