Hallo zusammen, ich möchte folgendes realisieren: Verschiedene Objekte sollen durch ein Brett hindurch erkannt werden. Dazu soll jedes Objekt einen LC-Parallelkreis integriert haben mit einer individuellen Resonanzfrequenz. Das Objekt befindet sich überhalb des Brettes, die Erkennung unterhalb. Zur Erkennung habe ich mir folgende Gedanken gemacht: Eine LC-Reihenschaltung (Erkennungsschaltung) soll, über verschieden zuschaltbare Kapazitäten und gleichzeitige Änderung der Erregerfrequenz (Rechteck), auf die Resonanzfrequenzen der Objekte eingestellt (durchgeschaltet) werden. Dabei soll um ein Maximum an Energie auf den im Objekt integrierten Schwingkreis zu übertragen eben auch die Resonanzfrequenz der Erkennungsschaltung (über die Kapazitäten) an diese Resonanzfrequenz angepasst sein. Ist also die Frequenz der Erkennungsschaltung gleich der Resonanzfrequenz des LC-Parallelkreises im Objekt, so sollte dieser der Erregerschaltung Energie entziehen. Das müsste als Spannungsabfall messbar sein. Oder anders Formuliert, habe ich die Resonanzfrequenz des LC-Parallelkreises im Objekt getroffen, dann kann ich einen Spannungsverlust an der Erregerspule messen. Ist das soweit richtig? Meine Fragen an euch wären jetzt folgende: - Wie kann ich diesen Spannungsabfall am besten (digital) messen? Einen Gleichrichter + Komparator an den Ausgang der Spule hängen? - Macht es Sinn, eine zweite Messspule zu verwenden und die an dieser Spule von der Erregerschaltung plus Schwingkreis im Objekt induzierte Spannung zu messen? Die dann an dem Punkt, an dem ich die Resonanzfrequenz getroffen habe minimal ist? - Wie kann ich die Schaltung bezüglich der Reichweite optimieren? Allgemein habe ich in versuchsweisen Aufbauten eine Spannung von 2 Vpp an der Erregerspule und im Vergleich nur 10 bis 20 mVpp an der Spule im Objekt. Diese Differenz ist doch sehr hoch, so dass sich die Spannungsänderung an der Erregerspule kaum bemerkbar macht bzw im Rauschen untergeht, wenn die Objektspule mit ihr in Resonanz ist... - Wie könnte ich eine geeignete Verstärkerschaltung realisieren, um der Erregerspule vor allem bezogen auf den Strom mehr Energie zuzuführen? Der µC-Ausgang wird ja nicht sonderlich viel an Strom zu bieten haben, was vermutlich bislang die Ursache meiner mageren Ergebnisse ist.
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Manuel S. schrieb: > Ist also die Frequenz der Erkennungsschaltung gleich der > Resonanzfrequenz des LC-Parallelkreises im Objekt, so sollte > dieser der Erregerschaltung Energie entziehen. [...] Ist das > soweit richtig? Herzlichen Glückwunsch! Sie haben soeben das Dipmeter erfunden. :) > - Wie kann ich diesen Spannungsabfall am besten (digital) > messen? Synchrondemodulator bzw. I/Q-Mischer, Tiefpass, ADC. > Einen Gleichrichter + Komparator an den Ausgang der Spule > hängen? Rein passive Gleichrichter sind in solchen Anwendungen ein Furunkel am Arsch. Vertrau mir :) > - Wie kann ich die Schaltung bezüglich der Reichweite > optimieren? Magnetische Kopplung verbessern. > Allgemein habe ich in versuchsweisen Aufbauten eine Spannung > von 2 Vpp an der Erregerspule und im Vergleich nur 10 bis 20 mVpp > an der Spule im Objekt. Diese Differenz ist doch sehr hoch, so > dass sich die Spannungsänderung an der Erregerspule kaum bemerkbar > macht bzw im Rauschen untergeht, wenn die Objektspule mit ihr > in Resonanz ist... Hmm. Gute Dipper sind ziemlich empfindlich. Siehe den "Superdipper" vom Funkamateur. > - Wie könnte ich eine geeignete Verstärkerschaltung realisieren, > um der Erregerspule vor allem bezogen auf den Strom mehr Energie > zuzuführen? Keinesfalls den Frequenzbereich und die angepeilte Entfernung nennen! Das wäre ein Verrat von Geschäftsgeheimnissen!
Danke zunächst mal für deine Antwort! Possetitjel schrieb: > Herzlichen Glückwunsch! > Sie haben soeben das Dipmeter erfunden. :) Danke! Das Dipmeter ist mir schon ein Begriff, wenn auch nur grob. Da ich aber ja nur wenige fest vorgegebene Frequenzen habe, dachte ich, dass es ja auch einfacher zu realisieren sein muss. Sprich, alle fest vorgegebenen Frequenzen einzeln durchgehen und sehen, bei welcher die Spannung einbricht. > Hmm. Gute Dipper sind ziemlich empfindlich. Siehe den "Superdipper" > vom Funkamateur. Danke für den Tip! > Magnetische Kopplung verbessern. Wie stelle ich das an? Nen gemeinsamen Kern oder ähnliches kann ich ja nicht verwenden. > Keinesfalls den Frequenzbereich und die angepeilte Entfernung nennen! > Das wäre ein Verrat von Geschäftsgeheimnissen! Versuchsweise habe ich bereits zwei Spulen die von der Frequenz her aufeinander abgestimmt sind, entfernungstechnisch kommt auch in größerer Entfernung, 20 bis 30 cm, noch was messbares an. Zum Erregersignal, das ist eine Rechteckfunktion vom µC-Timer. Vpp ca 5 V, aber nur 74mA Stromstärke. Daher dachte ich, ob es a) Sinn macht, den Strom zu verstärken -> Höhere "Sendeleistung" -> Mehr Energie an der Empfängerspule -> Stärkere Schwingung b) Eventuell aus dem Rechteck einen Sinus zu machen? Die Entfernung sind maximal 5 cm, der Frequenzbereich ist auf ca. 50 kHz bis 100 kHz angedacht. Ist prinzipiell die mögliche Entfernung und Signalstärke vom Frequenzbereich abhängig? Wenn ja, inwiefern? Höhere Frequenz = schwächeres Signal? Und wie deutlich müsste die Spannung denn unter den gegebenen Umständen in etwa einbrechen? Habe bisher nur mit dem Oszi ohne Filter, Verstärker oder ähnliches die Spannung gemessen und dabei eben keine Veränderung bemerken können wenn ich die Empfängerspule in die Nähe die Erregerspule gehalten habe.
Muß die Erkennung so gemacht werden oder würde auch RFID infrage kommen?
Manuel S. schrieb: > Danke! Das Dipmeter ist mir schon ein Begriff, wenn auch > nur grob. Da ich aber ja nur wenige fest vorgegebene > Frequenzen habe, dachte ich, dass es ja auch einfacher zu > realisieren sein muss. Ja... im Prinzip richtig... aber... > Sprich, alle fest vorgegebenen Frequenzen einzeln durchgehen > und sehen, bei welcher die Spannung einbricht. Mit dem Dipper wird im Prinzip gewobbelt - sprich: Man dreht die Frequenz langsam und stetig durch und beobachtet den Oszillatorstrom. Die Resonanz wird also als Relativwert, d.h. im Vergleich zu den direkt benachbarten Frequenzen erkannt - und nicht als Absolutwert. >> Magnetische Kopplung verbessern. > > Wie stelle ich das an? Spulen groß im Vergleich zum gegenseitigen Abstand machen. Entweder Durchmesser groß wählen (Flachspule), oder Länge. Lange Zylinderspulen haben den Nachteil, dass sie recht genau ausgerichtet werden müssen. RFID nimmt, soviel ich weiss, Flachspulen. Bei 5cm Abstand würde ich 10cm Durchmesser versuchen. > Nen gemeinsamen Kern oder ähnliches kann ich ja nicht > verwenden. Nein, das ist klar :) > Die Entfernung sind maximal 5 cm, der Frequenzbereich ist > auf ca. 50 kHz bis 100 kHz angedacht. Hmm. Das sollte machbar sein. > Ist prinzipiell die mögliche Entfernung und Signalstärke > vom Frequenzbereich abhängig? Indirekt. > Wenn ja, inwiefern? Wenn die Frequenz zu niedrig ist (1Hz), werden die Schwingkreis- elemente unmöglich. 0.4F / 0.4H sind recht unhandlich... Wenn die Frequenz zu hoch ist (1GHz), werden die Schwingkreis- elemente wieder unmöglich. 4pF / 40nH sind winzig... 50kHz...100kHz kommt mir schon nicht falsch vor. > Und wie deutlich müsste die Spannung denn unter den gegebenen > Umständen in etwa einbrechen? Mindestens einige Prozent. > Habe bisher nur mit dem Oszi ohne Filter, Verstärker oder > ähnliches die Spannung gemessen und dabei eben keine > Veränderung bemerken können wenn ich die Empfängerspule in > die Nähe die Erregerspule gehalten habe. Hmm. Möglicherweise liegt ein ärztlicher Kunstfehler vor. Wenn Du auf der Sendeseite einen Parallelschwingkreis nimmst, muss dieser hochohmig, d.h. von einer Stromquelle gespeist werden. Im Resonanzfall müsste die Spannung dann einbrechen.
Bastler schrieb: > Muß die Erkennung so gemacht werden oder würde auch RFID infrage kommen? Müssen tut sie es nicht. RFID würde natürlich auch in Frage kommen, habe jedoch aus folgenden Gründen die Methode mit der Resonanz für erfolgversprechender befunden: - Es sind nur sehr wenige unterschiedliche Objekte zu unterscheiden (Spielfiguren) - Der Platz ist recht beschränkt, für nen selbstgebauten RFID-Tag bräuchte ich ja noch für nen relativ großen Chip Platz. Im Endeffekt ist die Sache mit den Resonanzspulen wohl eine Art RFID-Light, der Empfänger muss nix können außer schwingen und der Sender muss nix können außer merken, wenn die Spannung verringert wird. Possetitjel schrieb: > Mit dem Dipper wird im Prinzip gewobbelt - sprich: Man dreht > die Frequenz langsam und stetig durch und beobachtet den > Oszillatorstrom. > Die Resonanz wird also als Relativwert, d.h. im Vergleich zu > den direkt benachbarten Frequenzen erkannt - und nicht als > Absolutwert. Wenn ich meine bescheidenen Fähigkeiten mal betrachte glaube ich, dass ich beim Herstellen der Spulen auch nicht exakt die Resonanzfrequenzen treffen würde - schon allein der Toleranzen in den Bauteilen wegen. Es würde zur Unterscheidung der Objekte ja reichen zu sagen, bei dieser Frequenz x bricht die Spannung am stärksten ein, also muss die der gesuchten Resonanzfrequenz am nächsten liegen. Oder ist der Peak da so extrem, dass man kaum ne Abweichung haben darf? > Spulen groß im Vergleich zum gegenseitigen Abstand machen. > Entweder Durchmesser groß wählen (Flachspule), oder Länge. > Lange Zylinderspulen haben den Nachteil, dass sie recht > genau ausgerichtet werden müssen. > RFID nimmt, soviel ich weiss, Flachspulen. Bei 5cm Abstand > würde ich 10cm Durchmesser versuchen. Also es geht konkret darum, dass ich die Figuren auf einem Spielbrett erkennen will - Möchte mir gerne ein Schachbrett bauen, das ich mit Bluetooth auf den PC verbinden kann und dieser somit weiß, wie die Figuren stehen. Es wird oft empfohlen (bei Schachcomputern), es einfach mit Hallsensoren oder Reed-Schaltern zu machen, jedoch kann ich damit nicht die Figuren aus einer beliebigen Stellung unterscheiden. Bin also mit der Spulengröße auf die Gegebenheiten des Spielbretts beschränkt. Und sie sollten ja auch nicht so stark sein, dass die Figur vom Nachbarfeld gleich mit erkannt wird :) Mit dem Abstand ließe sich sicherlich noch auf ca 2 cm heruntergehen. Daher auch der Plan mit zwei Spulen zur Erkennung, da sich das Ganze dann rastern ließe. Einmal eine Sendespule auf den Linien A bis H nacheinander anschalten und jeweils die zweite Spule auf Reihe 1 bis 8 gleichzeitig auslesen. Z.B könnte ich dann sagen, auf B2 und B5 steht ein schwarzer Bauer. Das Ganze bräuchte dann nicht 64 sondern nur 16 Spulen (8 Sende- und 8 Auswertespulen) was die Kosten für die ganzen Auswerteschaltungen sehr verringern würde. Alternativ habe ich auch darüber nachgedacht, das mit nur einer sehr guten Auswerteschaltung zu machen und eben die unterschiedlichen Spulen dranzumultiplexen. Aber man sollte ja auch nicht jedes mal ewig warten müssen bis der Zug erkannt wurde weil erst 64 Spulen nacheinander angesteuert werden und diese und jeweils 12 Frequenzen durchlaufen müssen. Ist eben die Frage, Geldersparnis oder Komfort :) > Hmm. Möglicherweise liegt ein ärztlicher Kunstfehler vor. Wenn > Du auf der Sendeseite einen Parallelschwingkreis nimmst, muss > dieser hochohmig, d.h. von einer Stromquelle gespeist werden. > Im Resonanzfall müsste die Spannung dann einbrechen. Auf der Sendeseite verwende ich einen Reihenschwingkreis. Rechteckgenerator -> Spule -> Kapazität. Der angedachte Multiplexer soll vom µC angesteuert die Spule auf eine der Kapazitäten verbinden, welche dann auf GND liegt. In meinem Versuch das Ganze noch ohne MUX sondern einfach auf dem Steckbrett.
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Hallo, habe jetzt noch ein paar Sachen simuliert (siehe Schaltung). Der Teil rechts von "Brett" ist der Parallelkreis der anhand seiner Resonanzfrequenz erkannt werden soll. Links ist die Messschaltung bzw in diesem Falle jetzt mal nur Erregeschaltung. Die Resonanzfrequenzen der Parallelkreise habe ich in Abhängigkeit der Kapazität C1 bei gleichbleibender Induktivität per Simulation bestimmt, z.B.: C1 = 100 nF -> f_0 = 616770 Hz C1 = 200 nF -> f_0 = 436433 Hz Nun anhand dieser Resonanzfrequenzen die Kapazitäten C2 in der Erregerschaltung bei gleichbleibender Induktivität um dort dieselbe Resonanzfrequenz zu erreichen: C1 = 100nF -> C2 = 30nF C1 = 200nF -> C2 = 60nF Logisch, ergibt sich ja aus dem Verhältnis der Induktivitäten. So, dann habe ich beispielsweise den Erregerkreis auf die Resonanzfrequenz 616770 Hz eingestellt mit der dazugehörigen Kapazität von 30 nF. Auf der Gegenseite eine Variable Kapazität und siehe da, wenn diese bei 100 nF ist messe ich die geringste Spannung an der Erregerspule (Messpunkt ist im Schaltplan zu sehen). Passt also soweit in der Theorie. Anschließend würde ich gerne die von diesem "Paar" induzierten Spannungen in eine dritte Spule messen. Würde gerne per ADC messen, damit ich z.B. sagen kann mit der Einstellung für die Resonanzfrequenz 436433 Hz (= 200nF) ist die Spannung im Vergleich zur normalen Spannung am geringsten. Man müsste kalibrieren und die Werte im µC abspeichern, da die Spannungen sich je nach Resonanzfrequenz unterscheiden, zumindest in meiner Simulation. Meine Fragen an euch sind: - Ist das soweit richtig? Und auch in der Praxis so umsetzbar?
Possetitjel schrieb: >> Ist also die Frequenz der Erkennungsschaltung gleich der >> Resonanzfrequenz des LC-Parallelkreises im Objekt, so sollte >> dieser der Erregerschaltung Energie entziehen. [...] > Herzlichen Glückwunsch! > Sie haben soeben das Dipmeter erfunden. :) Bei der Eisenbahn hat man sowas Indusi genannt. :-)
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