Test de synchronisation multi-appareils SonoDAQ PTP : l'écart reste inférieur à 40 ns

La clé d'un système d'acquisition de données multi-appareils n'est pas simplement le nombre de canaux, mais le fait que toutes les données acquises partagent ou non la même base de temps. Dans des applications telles que les réseaux acoustiques, la localisation de sources sonores, l'analyse NVH et les essais de vibration distribués, même un léger décalage temporel peut affecter les relations de phase, les différences de temps d'arrivée et la précision de la localisation de la source.

Cet article présente les résultats d'un test de synchronisation PTP réalisé sur trois appareils SonoDAQ. Il couvre à la fois les topologies réseau en chaîne et en étoile, la surveillance de la précision de synchronisation par OpenTest et la vérification 1PPS à l'oscilloscope, offrant une référence pratique pour évaluer la cohérence de la synchronisation dans les systèmes d'acquisition de données multi-appareils et multicanaux.

Résultats du test : dans cette configuration de test, l'écart de synchronisation de tous les canaux d'acquisition par rapport au canal de référence CH1 est resté inférieur à 40 ns. De plus, une comparaison des fronts sur 24 heures des signaux 1PPS de deux appareils SonoDAQ a montré une différence temporelle inférieure à 30 ns. Ces résultats démontrent que les performances de synchronisation PTP de SonoDAQ ne sont pas seulement une spécification sur le papier, mais peuvent aussi être surveillées, vérifiées et reproduites de manière constante dans des systèmes réels d'acquisition de données.

Pourquoi utiliser PTP pour l'acquisition de données synchronisée ?

PTP (Precision Time Protocol), défini couramment par la norme IEEE 1588, établit une base de temps unifiée entre plusieurs appareils via Ethernet. En échangeant des messages horodatés entre une horloge maître et des horloges esclaves, PTP calcule en continu le délai réseau et les décalages d'horloge, permettant à chaque appareil de corriger son horloge locale et de maintenir la synchronisation.

Comparé au protocole plus connu NTP (Network Time Protocol), PTP est bien mieux adapté aux applications de haute précision telles que la mesure industrielle et l'acquisition de données. Dans les systèmes qui prennent en charge l'horodatage matériel, PTP réduit significativement l'incertitude due à la latence réseau et au traitement logiciel, permettant à plusieurs appareils d'acquisition de fonctionner sur un axe temporel commun.

Topologies réseau flexibles avec SonoDAQ

SonoDAQ prend en charge la synchronisation temporelle de haute précision IEEE 1588 PTP, permettant à plusieurs appareils d'acquisition de partager une référence temporelle commune sur des réseaux Ethernet standard. Des systèmes multicanaux à appareil unique jusqu'aux plates-formes d'acquisition distribuées multi-appareils, PTP réduit le besoin de câbles dédiés de synchronisation et de déclenchement, simplifiant le déploiement et améliorant l'évolutivité.

En fonction de la taille du système et des exigences d'installation, SonoDAQ prend en charge deux topologies de synchronisation courantes :

• Topologie en chaîne pour les systèmes de petite à moyenne taille, permettant une interconnexion rapide des appareils.
• Topologie en étoile utilisant des commutateurs PTP compatibles IEEE 1588 pour les systèmes de mesure de grande taille, à nombre élevé de canaux ou distribués, offrant davantage de flexibilité et d'évolutivité.

Configuration de test : trois appareils SonoDAQ surveillés par OpenTest

Pour évaluer les performances de synchronisation PTP de SonoDAQ, un système d'acquisition synchronisé composé de trois unités SonoDAQ a été mis en place. La synchronisation PTP a été activée dans OpenTest, qui surveillait en continu l'état et la précision de la synchronisation.

Le même signal de test a été acheminé vers différents canaux, cartes et appareils afin d'évaluer les performances de synchronisation dans les scénarios d'acquisition multi-appareils les plus courants.

Configuration de test

Dans ce test :

• CH1 a servi de canal de référence.
• CH2 a permis de vérifier la synchronisation entre les canaux d'un même appareil.
• CH3 a permis de vérifier la synchronisation entre différentes cartes au sein d'un même appareil.
• CH4 et CH5 ont permis de vérifier la synchronisation entre différents appareils SonoDAQ.

OpenTest affichait en continu l'écart de synchronisation de chaque canal par rapport à CH1, permettant aux utilisateurs d'évaluer en temps réel la stabilité de la synchronisation.

Résultats mesurés : écart de synchronisation inférieur à 40 ns

Comme illustré à la figure 4, que la comparaison porte :

• Sur différents canaux au sein d'un même appareil,
• Sur différentes cartes au sein d'un même appareil, ou
• Sur différents appareils SonoDAQ,

l'écart de synchronisation affiché par OpenTest est resté inférieur à 40 ns par rapport au canal de référence CH1.

Pour valider davantage ces résultats, les sorties 1PPS de deux appareils SonoDAQ synchronisés via PTP ont été connectées aux voies 1 et 2 d'un oscilloscope pour une comparaison du jitter de front.

Après 24 heures de fonctionnement continu, les résultats de l'oscilloscope présentés à la figure 5 ont indiqué que :

• CH1 a servi de référence de déclenchement.
• La largeur de persistance du front de CH2 est restée inférieure à 30 ns.

Cela confirme que les performances de synchronisation ne sont pas de simples spécifications nominales, mais qu'elles peuvent être surveillées, validées et reproduites de manière indépendante à la fois via OpenTest et par des mesures à l'oscilloscope dans un système d'acquisition réel.

Résumé des résultats de test

Remarque : le résultat " 40 ns" fait référence à l'écart de synchronisation affiché par OpenTest par rapport au canal de référence CH1 dans la configuration de test spécifique décrite dans cet article. Les performances réelles de synchronisation peuvent être affectées par des facteurs tels que la topologie du réseau, les commutateurs PTP, le câblage, les sources d'horloge et les conditions électromagnétiques. Une vérification dans les conditions spécifiques au site est recommandée pour les déploiements en production.

Ce que cela signifie pour les essais en ingénierie

Dans les réseaux acoustiques, le beamforming et la localisation de sources sonores, les erreurs de synchronisation entre canaux affectent directement les relations de phase et les calculs de temps d'arrivée. Dans les essais NVH et de vibration, la cohérence temporelle entre les points de mesure influe sur l'analyse fréquentielle, l'analyse de corrélation et la précision de la localisation des événements.

La capacité de synchronisation PTP de SonoDAQ aide à garantir que les données multicanales sont acquises sur un axe temporel commun, en minimisant les erreurs de synchronisation introduites par le système d'acquisition lui-même.

Pour la surveillance industrielle distribuée, les essais de véhicules, les essais ferroviaires et les essais de grandes machines, la synchronisation PTP réduit également le besoin de câblage de synchronisation et de déclenchement sur de longues distances. Une fois qu'un nouveau nœud d'acquisition rejoint le même réseau PTP et se synchronise avec succès, il peut immédiatement faire partie du système de mesure existant, permettant une extension transparente d'un seul appareil vers une plate-forme multi-appareils distribuée.

Pour les utilisateurs, la valeur de la précision de synchronisation va au-delà de l'obtention d'une meilleure spécification. Elle réduit les sources d'erreurs liées à l'acquisition dans la localisation de sources sonores, l'analyse de phase et l'analyse d'événements multi-points. Grâce à la surveillance en temps réel de la synchronisation dans OpenTest, les ingénieurs peuvent déterminer rapidement si le système fonctionne dans des conditions de synchronisation fiables et réduire le risque de découvrir des données inutilisables seulement après la fin des essais.

Scénarios d'application typiques

Synthèse

PTP fournit une référence temporelle unifiée pour les systèmes d'acquisition de données multi-appareils et constitue une technologie clé pour obtenir des mesures synchronisées de haute précision.

Avec SonoDAQ et OpenTest, les utilisateurs peuvent construire des systèmes d'acquisition synchronisés via un réseau en chaîne ou en étoile, surveiller l'état de synchronisation en temps réel et vérifier les performances de synchronisation tout au long du processus de test.

Sur la base des résultats de cette évaluation, SonoDAQ a atteint des écarts de synchronisation inférieurs à 40 ns dans des scénarios d'acquisition multi-appareils et multicanaux. Une vérification indépendante par des mesures 1PPS à l'oscilloscope a en outre confirmé les performances de synchronisation, fournissant une base fiable pour les applications de test acoustique, de mesure de vibration, de localisation de sources sonores, d'analyse NVH et de surveillance industrielle distribuée.

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