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온도 센서 시스템의 혁신을 이룬 초소형 IPC 데이터 수집 솔루션

2020-01-07

배경

분산 온도 센서(DTS) 모니터링 시스템은 온도 감지 장치로 온도센서를 사용하는 대신 광섬유 케이블을 사용합니다. 광섬유 케이블을 모니터링 영역에 설치하고 호스트 컴퓨터에 연결하면 소프트웨어를 사용해 실시간으로 온도 변화를 관찰할 수 있는데, 전자기장의 간섭을 받지 않고 유연하며 작고 설치가 쉬운 장점을 가지고있는 광섬유 케이블은 넓은 지대를 사각지대없이 관찰하는것을 가능케합니다. DTS시스템은 특히 파워케이블, 석유, 가스파이프라인 및 저장 탱크, 고속도로, 철도터널 등 고위험 재난방지응용분야에 적합합니다. 시스템의 품질은 전 지역에 퍼진 케이블을 따라 빠르고 정확하게 모든 현장의 온도를 지속적으로 온도를 모니터링 할 수있가에 의해 결정되는데, 시스템 총괄책임자의 경우 시스템성능이 시장 요구조건을 충족시키면서 경쟁자들보다 우수한 최적의 DAQ제품을 선택해야합니다.

시스템 요구사항

 DTS시스템은 DTS 호스트 기기, 온도측정 광섬유 케이블, 측정 소프트웨어와 관련제품으로 구성됩니다. 공간 온도정보는 빛의 Raman 효과를 이용한 광섬유의 빛 전달과 후방 산란으로 광섬유의 특성을 측정하는 기기(OTDR)를 사용하여 얻습니다. DAQ가 개인용 컴퓨터에 장착된 원래의 회사 DTS 호스트는 속도가 낮고 해상도가 떨어지기 때문에 회사는 이 하드웨어를 고성능 컴퓨터와 디지타이저로 교체하여 데이터 수집 정확도와 시스템을 개선하고자 했습니다. 그러나 새로운 하드웨어는 높은 가격대비성능을 충족시켜야 했는데 특히 디지타이저의 경우, 100MSPS 이상의 샘플링 속도와 동시 아날로그 샘플링, 16비트의 해상도, DMA(Direct memory access)를 통한 데이터 전송 및 효율적인 대용량 온보드 메모리를 지원해야했습니다. 클라이언트는 컴퓨터와 관련하여 고성능 프로페서, 다중 PCle 슬롯과 빠른 속도의 저장장치, 산업용 보호시스템을 요구했습니다.

시스템 설명

어드밴텍의 DAQ 솔루션에는 IPC-220 초소형 컴퓨터와 PCIE-1840 디지타이저가 포함됩니다. 넓은 다이나믹 레인지와 빠른 샘플링 속도를 자랑하는 이 시스템은 특히 DTS시스템이 고주파 신호를 얻을 수 있는 광섬유 온도 센서 호스트로 사용하기에 적합합니다. 두 제품을 완벽하게 통합합으로써 DAQ 시스템은 레이저를 제어하는 AOMs(acousto-optic modulators)를 작동시켜 설정된 범위의 레이저 펄스를 전파기와 광섬유 케이블로 보내는 한편, 변환기로부터 레이저 펄스의 후방 확산 신호를 수신합니다. 호스트 컴퓨터에서 일련의 과정이 처리된 이후 신호는 전체 온도 감지 케이블의 온도분포를 보여줍니다. PCIE-1840 디지타이저는 후방 확산 신호를 수신하는 동시에 데이저 펄스를 전송시키는 솔루션의 가장 중요한 구성 요소인데 최대 125MSPS의 샘플링속도, 16비트의 해상도 및 4개의 동시 아날로그 채널을 갖추고 빠르고 정확한 데이터 수집이 가능합니다. 또한 2GB의 온보드 메모리를 포함하면 고속데이터 전송 요구사항을 충족시킬 수 있으며 독립 CPU DMA를 통한 데이터 전송은 전체적인 속도를 증가시키고 과부하를 줄입니다. DMA 전송 속도를 빠르게하기위해 어드밴텍은 전송속도를 10배이상 향상시킬수 있도록 이 프로젝트의 드라이버를 조정했고 거기에 레이저빔의 강도는 레이저 펄스의 범위에의해 결정되므로  PCIE-1840 보드를 FPGA(Field-programmable gate array)하여 사용자가 펄스범위를 조정할수있는 커스터마이징기능을 추가했습니다.

어드밴텍의 장점

어드밴텍의 고속 디지타이저 PCIE-1840의 고속 샘플링, 해상도, 채널 수, 전송 속도 및 온보드 메모리는 기존 DAQ 모델 및 다른 디지타이저보다 뛰어납니다. 고성능의 IPC-220 초소형 컴퓨터가 내장되어 고객의 DTS시스템 성능을 향상시키고 고객의 요구를 반영해 커스터마이징한 PCIE-1840보드로 전체적인 시스템 효율성을 증가시킵니다. 결과적으로 어드밴텍의 DAQ솔루션의 긍정적인 효과로 고객사는 다른 시스템에도 이 솔루션을 도입하기로 결정했습니다.

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