TEDSセンサテクノロジとは

TEDSとは何ですか？

TEDSとは、transducer electronic datasheetの頭文字をとったものです。これは、センサまたはセンサのコネクタに埋め込まれたEEPROMデバイスで、シリアル番号,校正日,その他の校正要因などの情報を含んでいます。TEDSはIEEE P1451として導入され、トランスデューサ,センサ,アクチュエータに関する重要な情報を保存するために標準化された方法です。

TEDSはセンサを真の意味で「プラグ・アンド・プレイ」で動作させることができ、セットアップ時の一部または全部の手動入力を排除し、正しい設定を確実に適用することができます。「スマートセンサ」と呼ばれることもあります。

一般的なTEDSチップは、非常に小さなEEPROMです。

センサ本体に取り付けられた小さな不揮発性のEEPROMには、次のような情報が含まれています。

• センサタイプ
• シリアルナンバー
• モデル名
• 校正データ
• メーカ名

この情報はセンサが接続されたときに計測システムが読み取ることができるので、センサのセットアップを簡単に行うことができます。詳しくは次のセクションでご紹介します。

TEDSは米国電気電子技術者協会（IEEE）が策定した、センサとアクチュエータのための規格「スマート・トランスデューサ」の一部として開発されました。この規格は、センサにデータを読み書きするためのデジタル通信プロトコルを定義しています。詳細については、IEEE Std 1451.4 (2004)™を参照してください。

TEDSはオープンスタンダードであるため、メーカを問わず、クロスプラットフォームで互換性のあるデバイスを提供することができます。 詳細な技術情報については、IEEEのP1451.4 - Standard for A Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators - Mixed-Mode Communication Protocols and Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) Formatsをご参照ください。

TEDSデバイスの種類

IEEE 1451.4 TEDSデバイスには2つのクラスがあります。

• クラス1デバイスは、アナログ信号とTEDSのデジタル通信の両方に同じ配線を使用しています。TEDS EEPROMからデジタルデータを読み取るためにセンサ出力を一時的に逆バイアスしても、取り込み中にTEDSにアクセスすることはないので、干渉はありません。
• クラス2デバイスは、アナログ信号とTEDSデジタル通信に別々のワイヤを使用します。これはもともとTEDSチップを搭載していないセンサに、TEDSチップを追加した場合によく見られます。

TEDSの柔軟性は、上記のクラス1とクラス2のような混合モードの通信プロトコルのサポートによって示されています。DEWESoftの製品は、両クラスのTEDSセンサを読み取ることができます。

TEDSの目的は何ですか？

あなたがテストエンジニアで、モーダルテストのセットアップをしていると想像してください。100個の加速度センサを計測システムに接続しなければなりません。物理的な接続が完了したら、ソフトウェアを実行して、各センサを個別に設定し、正しいゲインの選択、工学単位の入力、適切なスケーリングとおそらくオフセット係数の適用、各チャンネルの名前付けなどを行います。

一部のテストでは何キロものケーブルが使われます。
1本1本トレースして、もう一方の端のセンサが思った通りのものかを確認しますか？

これには各センサのデータシートとソフトウェアとの間で何時間もかけて参照し、時にはセンサからDAQシステムまでの信号ケーブルをトレースして、何も入れ替えられていないことを確認する必要があります。このような手作業でのデータ入力は、時間的にも費用的にも負担が大きく、またエラーも発生しやすいものです。

ここで全く異なるシナリオを想像してみてください。それぞれの加速度センサを接続します。データ収録システムのソフトウェアは、自動的にセンサと通信し、TEDS情報を読み取ります。そして、そのセンサをオンボードのセンサデータベースと照合し、正しいスケーリングや工学単位、シグナルコンディショナのゲイン、その他の設定を行い、完全に自動的にチャネルをセットアップします。TEDS技術がなければ何時間もかかっていた作業が、突然数分に短縮されるのです。

時間を節約し、コストを削減し、ヒューマンエラーをなくすことが、TEDSの主な目的です。また、ISO 9001 や QS 9000 の校正要件にも役立ちます。

TEDSはセンサの性能に悪影響を及ぼしますか？

TEDSチップはセンサの性能に悪影響を与えません。チップ自体は非常に小さく、センサに与える質量はほとんどありません。センサの質量が問題となる加速度計やセンサが小さすぎる場合は、チップをコネクタに組み込むことができるので問題はありません。

前述のようにクラス1のTEDSデバイスでは、センサがデータを出力するのに使用するのと同じ信号ラインがTEDS情報も伝送します。TEDSチップはセンサがデータの計測に使用されていない、例えばシステムのセットアップ中に逆バイアス電圧が短時間使用されてチップの読み取り（または書き込み）が行われます。そのためDAQシステムのシグナルコンディショナが、信号に干渉することはありません。

TEDSチップにはどのようなパラメータが
格納されていますか？

TEDS規格では、チップに格納できる情報の複数のセクションが定義されています。さらに様々な種類のセンサや校正情報を含むために使用される多数のテンプレートも定義されています。

TEDS情報の4つの基本タイプ

■基本TEDS（64ビット）
■標準テンプレート (25～39、43)
■校正用テンプレート (40-42)
■ユーザTEDS

この4つのタイプについて、それぞれ見ていきましょう。

この基本的なTEDS情報に続いて、25から39（プラス43）までの番号が付けられた適切な標準センサテンプレートへのID参照があります。

これらのセンサテンプレートがどのようなものなのか気になるかもしれないので、ここでは小型のものをご紹介します。

次に、40から42までの番号が付けられた3つの標準的な校正テンプレートの1つをIDで参照しています。

最後にユーザエリアがあり、ユーザやDAQシステムによって追加情報を加えることができます。DEWESoftはこれらの機能を最大限に活用し、また後述するように独自のTEDSに接続されたセンサデータベースも活用しています。

TEDSを搭載できるセンサは？

すべてのセンサにTEDSを搭載することができます。センサの中には、EEPROMが入らないような小さなものもあります。超小型の加速度センサのように、EEPROMの質量が増えることで性能に悪影響を及ぼすセンサもあります。また、EEPROMでは耐えられないような過酷な環境下で使用されるセンサもあります。

それはすべて真実ですが、EEPROMはDAQシステムに接続するコネクタ部（場合によってはケーブル）に代わりに取り付けることができます。EEPROMはセンサの内部ではなく、センサに影響を与えず、過酷な環境からも切り離されたコネクタの中に設置できるので、どんなに小さな加速度センサでもTEDSに適合させることができます。

一方でTEDSを追加しても意味がない場合もあります。例えば、試験に使用する熱電対が1つだけの場合、そこにTEDSを追加することは時間と労力を費やす価値があるでしょうか？おそらくありません。

TEDS技術の優れた点は、お客様とテスト環境に合った方法で適用できることです。システムには、TEDSと非TEDSのセンサを好きなように組み合わせることができます。

TEDSを搭載しているのは、
どのようなセンサが多いですか？

• 加速度センサ
• マイクロフォン
• 圧力センサ
• フォースセンサ
• ロードセル
• トルクセンサ
• さまざまなMEMSセンサ

しかしどのセンサでもTEDSを搭載できます。上記は単に最も一般的なものです。

DEWESoft製品の中でTEDSはどのように機能しますか？

DEWESoft DSI（Dewesoft Smart Interface）アダプタにもTEDSチップが搭載されているため、データ収録ソフトウェアDewesoft Xでは、TEDSインタフェースがデフォルトで有効になっています。

DEWESoft Xのチャネル設定画面でTEDS情報を表示

TEDSセンサをDEWESoftのデータ収録システムに接続すると、チャネル設定画面が開き、センサからの校正情報のほか、スケーリングやシリアルNoなどを確認することができます。

これにより紙の文書を参照したり、センサを間違えたりすることがなくなり、DAQシステムにとって大きな助けとなります。さらに、Dewesoft XにはTEDSセンサデータベースが搭載されており、システムに接続したすべてのTEDSセンサのデータが自動的に入力されます。

TEDSに基づいたDEWESoftスマートセンサ技術

DAQシグナルコンディショナの設定を保存してTEDSを拡張する

Dewesoft X DAQソフトウェアは、センサデータベース内の既存のセンサとその固有の識別子を照合し、常に最新の状態に保ちます。さらに、各センサが接続されたときに、Dewesoftシグナルコンディショナのハードウェアをどのように設定するかを正確に定義することができます。

DewesoftのTEDSの実装は、単に信号を識別して正しいスケーリングを適用するだけではなく、実際にセンサを接続するたびにDAQハードウェアを設定に応じて自動的に設定することができます。

このチームには、「センサ」と「シグナルコンディショナ」という2つのプレーヤがいます。機能面だけでなく、設定面でもマッチしていなければなりません。シグナルコンディショナのゲイン設定は、センサの出力レベルに合わせる必要があります。これはただ1つのパラメータです。つまりTEDSの技術そのものは、戦いの半分に過ぎないのです。

DEWESoft DAQシステムがTEDSを実装する際の大きな利点は、センサデータに加えて、すべてのアンプの設定（レンジ，入力タイプ，フィルタ，励起電圧など）が保存されることです。

他社は独自のテンプレートを作ってこれを試みました。しかしDEWESoftは、1つのチップに複数のテンプレートを書き込めることを利用して、標準を維持しています。DEWESoftは最初に標準テンプレートを書き、他のDAQシステムとセンサの互換性を保ちます。その後1つまたは複数の追加テンプレートが書き込まれ、関連するすべてのシグナルコンディショナの設定が書き込まれ、DEWESoftのシステムによって取得されます。

Dewesoft Xの設定画面のTEDSセクションには、これらの複数のテンプレートが表示されています。

TEDSセクションの複数のテンプレート

このセクションの右上隅にあるロックマークをクリックすると、センサを編集することができます。テストマネージャは、特定のユーザがチップにTEDS情報を書き込めないようにパスワードを設定することもできます。

エンジニアリングユニットの変更

TEDSでは、センサメーカが定義したEU（工学単位）に固定されてしまうのではないかと思われるかもしれません。例えば、加速度の単位は[m/s2]ではなく[g]を使いたいと思うかもしれませんし、その逆もあり得ます。また、アメリカのエンジニアは、温度表示に摂氏ではなく華氏を好むかもしれません。

Dewesoft Xは標準化されたSI単位をベースにしていますが、他のEUへの変換もドロップダウンメニューで簡単に行えます。つまり、新しいTEDS加速度センサが[m/s2]で設定されていたとしても代わりに "g "を選択してテンプレートに書き込めば、今後このセンサではgが使われることになります。それぞれのセンサに複数のテンプレートを定義することができ、必要に応じてそれぞれのテンプレートを変更することができます。

DewesoftはTEDS規格を全面的に採用しつつ、シグナルコンディショナの設定を保存する機能を追加し、チャネル設定の完全な自動化を実現しました。

TEDSのケーススタディ

Roberto Basti氏は、イタリアのローマにある海洋技術研究機構の計測ラボの責任者です。 TEDSおよびSIRIUSやDEWE-43などのDEWESoftDAQシステムを長年使用し、彼は次のようにコメントしました。

Naval research case study

TEDS技術を知って、私たちの仕事は変わりました。これまでは校正データをフィールドエンジニアに提供して計測を行ってもらっていましたが、今ではこれらのデータをすべてのセンサに直接保存することができるので、校正パラメータを気にすることなく試験に集中することができます。この機能がとても気に入っているので、手持ちのすべてのセンサにTEDSチップを搭載しました。

Mr. Roberto Basti

非TEDSセンサにTEDSを追加できますか？

一言で言えば「できます」。マキシム社のDS24B33チップなどの小さなTEDSチップが市場に出回っています。これは、通常のセンサとトランスデューサの情報に加えて、アンプの設定を保存するのに十分なNVRAMを備えています。 これらのチップの価格は通常、わずか数米ドルまたは数ユーロです。

DEWESoft STGシグナルコンディショナには専用のTEDS入力ラインがあり、TEDSチップの出力に直接配線することができます。

DEWESoft STGモジュールに使用するTEDSチップのインストール

TEDSチップはセンサ本体ではなく、センサのコネクタ内に設置するのが最適です。ひずみゲージを例にとると、平らなホイル基板には「内部」がありません。しかし、通常は比較的大きなDSUBコネクタがあり、DAQシステムのシグナルコンディショナに接続されています。これはTO-92ケースの小さなTEDSチップを取り付けるのに最適な場所です。

TEDSチップは、Dewesoft Xデータ収録ソフトウェアまたはDEWESoftが提供する無料のTEDSエディタを使って、センサ情報をプログラムすることができます。

Dewesoft TEDS編集ソフト
1. インタフェース，2.TEDSデバイス，3. TEDSテンプレート

TEDSの利点

• セットアップ時間を短縮し、コストを削減
• 配線ミスをなくす
• 誤ったセンサの選択や校正値の入力による設定ミスをなくし、データの整合性を高める
• チャネル数が多ければ多いほど、TEDSのメリットは大きくなる
• 面倒な手入力をなくすことで、誤入力をなくし正確性の確保につながる
• 自動化により試験の再現性が向上
• TEDSはオープンスタンダード
• TEDSセンサは、TEDS機能を持たない従来のDAQシステムでも使用可能
• ISO 9001 と QS 9000 に準拠した校正記録の作成が可能

まとめ

TEDSは多数のセンサを配置する際に、非常に有効で強力な機能です。あらゆる種類のセンサ、またはそのセンサのコネクタやケーブルに取り付けることができる小さなセンサです。面倒な手動でのセンサやチャネルの設定を不要にし、時間とコストを削減し、ヒューマンエラーも低減します。

これは、クロスプラットフォームであり、何百ものセンサやDAQシステムメーカによってサポートされている実績のある規格です。 TEDSは、Dewesoft X DAQソフトウェアの標準部分であり、Dewesoft全製品ラインで使用されています。