Hallo Leute, ein Mitkommilitone und ich arbeiten derzeit an einer Projektarbeit zum Thema Blitzdetektion in Hydraulikleitungen. Durch statische Aufladung soll eine Spannung im Hydraulik Öl entstehen, welche sich in Form von Blitzen entlädt. Wir sind auch in diesem Forum bereits auf Einträge zum Bau eigener Detektoren gestoßen. Bsp.: http://www.elektronik-labor.de/Projekte/Blitzwarner10.html Nun unsere Frage: Wenn es möglich ist Gewitterblitze in großer Ferne zu zählen, könnte man diese Technik dann theoretisch auch für Mini Blitze in unmittelbarer Nähe verwenden. Eine weitere Einschränkung wäre das dieses Signal durch ein 1,5mm dickes Stahlrohr hindurch abgefangen werden müsste. Wir sind für jede Einschätzung und Hilfe dankbar. Beste Grüße, Alexander & Philipp
Alexander Th schrieb: > Nun unsere Frage: Wenn es möglich ist Gewitterblitze in großer Ferne zu > zählen, könnte man diese Technik dann theoretisch auch für Mini Blitze > in unmittelbarer Nähe verwenden. Nö, die Intensität ist einfach zu gering und dann noch durch dein Stahlrohr abgeschirmt. Das geht im Umgebungsrauschen unter. Macht erst mal Messungen ohne Stahlrohr in einem aussenrum abgeschirmten Raum, um zu sehen, ob dort übrrhaupt was passiert. Eine Möglichkeit wäre noch optisch, die Physiker fangen kleinste Lichtblitze in grossen Räumen auf, Stichwort Neutrinos im Wassertank. Man kann einzelne Photonen zählen. Die Frage ist, wie durchsichtig das Öl ist.
Alexander Th schrieb: > Wir sind für jede Einschätzung und Hilfe dankbar. Bei HAMAMATSU könntest du gucken, was die so an rauscharmen PMT für Single-Photon-Count anbieten können.
Vielen Dank erstmal für die schnelle Antwort, die helfen uns auf jeden Fall schonmal weiter MaWin schrieb: > Nö, die Intensität ist einfach zu gering und dann noch durch dein > Stahlrohr abgeschirmt. > > Das geht im Umgebungsrauschen unter. Ok, die Einschätzung ist schonmal einiges Wert. Eine andere Möglichkeit hatten wir vllt darin gesehen das Magnetfeld des Blitzes zu messen, welches ja in der Regel nicht so leicht abgeschirmt werden kann. Wir würden hier auf Hall Sensoren im oder außen um das Rohr zurückgreifen. Wie würdest du die Erfolgschancen hier einschätzen? MaWin schrieb: > Eine Möglichkeit wäre noch optisch, die Physiker fangen kleinste > Lichtblitze in grossen Räumen auf, Stichwort Neutrinos im Wassertank. > Man kann einzelne Photonen zählen. Die Frage ist, wie durchsichtig das > Öl ist. Hier hatten wir auch schon recherchiert und die Fotodioden als besonders geeignet empfunden. Wir müssten diese nur noch hinsichtilich der Hochdruckanwendung testen, da solche Informationen zur Beanspruchung nicht dem Datenblatt zu entnehmen waren. Mike schrieb: > Bei HAMAMATSU könntest du gucken, was die so an rauscharmen PMT für > Single-Photon-Count anbieten können. Photomultiplier hatte wir schon ausgeschlossen. Da wir eine Anordnung mehrer solcher Geräte um einen Filter herum benötigen würden und diese sehr teuer sind, oder würde dir da noch eine andere Alternative zur optischen Messung einfallen? Bei uns wären die Fotodioden noch im Rennen. Es geht wirklich um die reine Detektion, nicht um die Messung der Intensität etc. Vielen Dank nochmal, diverse Hersteller und eigene Partnerinstitute lassen im Gegensatz zu diesem Forum lange auf Antworten warten. Beste Grüße
Alexander Th schrieb: > Photomultiplier hatte wir schon ausgeschlossen. Da wir eine Anordnung > mehrer solcher Geräte um einen Filter herum benötigen würden und diese > sehr teuer sind, Wenn man was besonderes messen will, was noch keiner zuvor gemessen hat, muss man manchmal tief in die Tassche greifen. Ein billiger Hallsensor wird es nicht tun.
MaWin schrieb: > Wenn man was besonderes messen will, was noch keiner zuvor gemessen hat, > muss man manchmal tief in die Tassche greifen. Die Sache ist, dass es ja schon massig Blitzmessungen gibt und wir in angegeben Link gelesen haben, dass Leute aus Ihrem Schlafzimmmer heraus Blitze aus mehreren Kilometern Entfernung gemessen haben. Da müssten die Signale ja auch durch mehrere dicke Betonwände durchgehen. Und immerhin sollen unsere Entladungen immernoch theoretische Entladungsspannungen von 17.000 V besitzen. Ich kann mir einfach nicht vorstellen, dass es da nicht irgendeinen Einfluss auf die Umgebung außerhalb des Rohres gibt der messbar ist. MaWin schrieb: > Ein billiger Hallsensor wird es nicht tun Warum kannst du das so sagen, meinst du das Magnetfeld ist zu schwach? Aber Danke für die Hilfe.
Den Hall sensor häng an den Nagel zu wenig sensibel magnetisch ginge mit einer/zwei Spulen im innern des Stahlrohres Ist die statische Aufladung Zweck(wofür) oder parasitäre Erscheinung von Strömungsreibung ? Wie genau läst soll sich die entladung lokalisieren lassen? Wenn es um gewollte definierte Entladung geht dann ließen sich isoliert ins Rohr plazierte Sonden verwenden.
Alexander Th schrieb: > Photomultiplier hatte wir schon ausgeschlossen. Da wir eine Anordnung > mehrer solcher Geräte um einen Filter herum benötigen würden und diese > sehr teuer sind Auf die Kosten bei umfangreicheren Messanordnungen nimmt HAMAMATSU mit seiner Preispolitk leider keinerlei Rücksicht ;-( Trotzdem könnte es sinnvoll sein, zur Quantifizierung des Effektes erstmal mit einem PMT zu messen und wenn man die Signale im Griff hat, nach günstigeren Detektoren zu suchen. Ein Stahlrohr ist zum Durchgucken allerdings mit Sicherheit ungeeignet. Auch ist zu bedenken, dass die Blitze vermutlich einen hohen UV-Licht Anteil haben und es im UV mit der Transmissivität des Öls meist eher übel aussieht. Miniblitze bedeutet Minimagnetfelder. Da wird der Hallsensor nix sagen.
Winfried J. schrieb: > magnetisch ginge mit einer/zwei Spulen im innern des Stahlrohres Das hört sich schonmal gut an, wie wäre da ungefähr die funktionsweise? Magnetfeld induziert Strom in Spule oder gibt es noch andere Einflüsse? Winfried J. schrieb: > Ist die statische Aufladung Zweck(wofür) oder parasitäre Erscheinung von > Strömungsreibung ? Ist eine parasitäre Erscheinung von Strömungsreibung, welche eigentlich ungewollt ist und auf welche mit speziellen Ölen oder Additiven reagiert wird. In unserem Fall ist das Öl aber gegeben und wir sollen die Entladungen detektieren. Winfried J. schrieb: > Wie genau läst soll sich die entladung lokalisieren lassen? Entladungen finden in der Regel nur an einem Filterelement statt. Hier ist der triboelektrische Effekt am größten. Man kann also die Länge des Rohres schon auf einen bestimmten Abschnitt reduzieren. Winfried J. schrieb: > Wenn es um gewollte definierte Entladung geht dann ließen sich isoliert > ins Rohr plazierte Sonden verwenden. In unserem Versuch würden wir die Blitze bewusst provozieren, dabei kommt es schon zu ein paar Entladungen pro Sekunde. Es ist nicht so als würden wir Nadel im Heuhaufen suchen. Mit Sonden meinst du hier Hall Sonden?
Was genau willst Du denn für Miniblitze messen? So Piezo-Feuerzeug mäßig= Das hat auch 15 kV...
Hallo, Hallsensoren, aussen am Rohr halte ich auch nicht für sinnvoll, (ferromagnetischer)Stahl schirmt Magnetfelder gut ab, ausserdem sind die üblichen, billigen, Hallsensoren vermutlich nicht schnell genug, Grenzfrequenz oft im unteren kHz-Bereich. Eine ungewöhnliche, vielleicht auch blöde Idee: Entladungen erzeugen Druckwellen = Schall, wie wäre es mit einem Mikrofon? Oder sind die Strömungsgeräusche so laut, daß das darin untergeht? Die Idee mit den Spulen von Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) hört sich gut an, die sollten dann aber in der Nähe der Entladungen sein. Eventuell könnte man es auch mit einer Antenne probieren, elektrische Entladungen strahlen recht breitbandig ab, was, wie hier schon erwähnt, für die Detektion von Gewitter-Blitzen ja genutzt wird. Im nichtleitenden Öl sollten sich diese Wellen eigentlich ausbreiten können, Metallwände durchdringen sie eher nicht, hier müsste auch im Öl detektiert werden. Mit freundlichem Gruß - Martin
Also ich würde es mal mit kapazitiven Sensoren oder einer Art von "Antenne" versuchen. Miniblitze ... das klingt nach hohen Spannungen aber kaum Strom und das Magnetfeld ist nun mal vom Strom und nicht von der Spannung abhängig ...
Hallo Alexander, nur mal so als Anregung, ohne groß durchdacht oder ausprobiert zu sein. Wenn das Rohr, oder Bauteil, in dem die Blitze entstehen, elektrisch isoliert ist, sollte das ganze Bauteil doch als Sensor funktionieren? Ohne Verbindung nach Masse sollte dort ein deutlicher Impuls auftreten? Da im Öl die Ladung nicht völlig abfließen kann, werden Ölteilchen die Ladung zu geerdeten Teilen des Aufbaus mitnehmen, wodurch ein Potentialunterschied, zwischen Masse und Sensorrohr, entsteht. Gruß. Tom
Nachtrag: Als Mikrofon könnte sich vielleicht ein modifizierter Drucksensor eignen. Bei Solchen, die auf Piezo-Basis arbeiten, könnte das eigentliche Sensorelement schnell genug sein, die Auswerteelektronik müsste man halt modifizieren, oder durch was Eigenes ersetzen. Vorteil wäre, daß man schon eine entsprechend druckfeste 'Mechanik' hätte. Mit freundlichem Gruß - Martin
Alexander Th schrieb: > Photomultiplier hatte wir schon ausgeschlossen, da diese > sehr teuer sind, Dafür sind sie auch wesentlich empfindlicher und haben ein wesentlich besseres Rusch/Nutzleistungsverhältnis. Aber vielleicht reicht ja auch die geringere Empfindlichkeit. Egal, welches Meßverfahren du wählst, um ein kurzes Rohr- stück aus Kunststoff oder Glas (je nach Innendruck) wirst Du m.E. nicht herumkommen. Gruss Harald
Mit Sonden meinte ich in den Ölstrom ragende Metallsonden (Metallnetz Sieb Seier)welche die Ladungsträger ableiten wie auch von TomA vorgeschlagen, also rein elektrostatisch. Hallsensoren wie gesagt sind ungeignet Spulen im Rohr sind komplizierter, weil das Feld nur in einem vektor pro Spule erfasst werden kann, ansonsten benötigst du 3 ortogonalausgeichtete Spulen. Allerdings wird das nicht sehr effektiv du benötigst große Spulen mit vielen Windungen um ein so schwaches Signal aufzunehmen. Namaste
Martin Schlüter schrieb: > Eine ungewöhnliche, vielleicht > auch blöde Idee: Entladungen erzeugen Druckwellen = Schall, wie wäre es > mit einem Mikrofon? Oder sind die Strömungsgeräusche so laut, daß das > darin untergeht? Den Gedanke würde ich auch bekräftigen. Da die Entladungen steile Flanken haben sind sie im höheren Frequenzbereich angesiedelt. Diese kann man herausfiltern. Piezo-Scheiben könnten dafür gehen. Die mögen hohe Frequenzen und geben relativ hohe Spannung ab.
Im Prinzip kann die akustische Detektion schon funktionieren, aber es gibt halt auch andere möglich Schallquellen, etwa aus der plastischen Verformung oder dem Kollaps von Bläschen. Die Optische Detektion ist da wohl schon am zuverlässigsten. wobei es auch da eventuell andere Quellen geben kann, etwa durch hochenergergetische Strahlung von außen.
Winfried J. schrieb: > Mit Sonden meinte ich in den Ölstrom ragende Metallsonden (Metallnetz > Sieb Seier)welche die Ladungsträger ableiten ....oder überhaupt erst erzeugen! Bevor es blitzt, braucht man eine Ladungserzeugung, z.B. durch Reibung, gefolgt von einer Ladungstrennung, durch welche die Spannung bis zum Durchbruch ansteigen kann.
prinzipiel richtig aber lesen hilft zu verstehen. Reibung ist eine Frage der Oberfläche und statische Aufladung eine des Materials. Da dürft das benannte Filter wohl die größeren Potentiale aufweisen ....
Die Blitze entstehen also im Öl, wenn es durch einen Filter gedrückt wird. Ich würde beginnen mit einer elektrostatischen Messung mittels zweier Metallgitter direkt vor und hinter diesem Filter. Wenn da drin eine Entladung stattfindet, muß das ein Signal ergeben.
Hallo nochmal, besten Dank für die viele Unterstützung. Ich versuch mal so durch die Reihe weg auf die wichtigsten Sachen zu antworten. Karl Otto schrieb: > Was genau willst Du denn für Miniblitze messen? So Piezo-Feuerzeug > mäßig= Das hat auch 15 kV... Laut Hydrauliköl Datenblatt ist der Isolationseffekt geringer als bei Transformatorenöl, sodass wir mit einer Durchschlagspannung von ca. 30-40 kV rechnen. Martin Schlüter schrieb: > Entladungen erzeugen Druckwellen = Schall, wie wäre es > mit einem Mikrofon? Oder sind die Strömungsgeräusche so laut, daß das > darin untergeht? Schall wurde in der Tat von unserem Assistenten von außerhalb des Rohres schon ausprobiert, da waren die Maschinenschwingungen rundherum zu groß. Im Rohr wäre das natürlich nochmal ne ganz andere Sachen. Große Zweifel haben wir jedoch an der Belastbarkeit der Piezo Elemente. Auch wenn unser Demonstrator nur bei 1 bar läuft, sollte es in echt auch mit Hochdruck (50-60 bar) funktionieren. Sprünge der Pumpe würden uns das akustische Signal im Rohr vermutlich direkt kaputt machen. TomA schrieb: > Wenn das Rohr, oder Bauteil, in dem die Blitze entstehen, elektrisch > isoliert ist, sollte das ganze Bauteil doch als Sensor funktionieren? > Ohne Verbindung nach Masse sollte dort ein deutlicher Impuls auftreten? Es sind halt echt ziemlich kleine Blitze, um sich die Dimension deutlich zu machen, hier: http://www.youtube.com/watch?v=8k6L_XiY1WQ Elektrisches Feld wird man zudem immer messen können wegen der statischen Aufladung, ob bei so vielen Blitzen dann der Unterschied zwischen Abfall und Aufbau noch darstellbar ist wissen wir nicht. Ulrich H. schrieb: > Die Optische Detektion ist da wohl schon am zuverlässigsten. wobei es > auch da eventuell andere Quellen geben kann, etwa durch > hochenergergetische Strahlung von außen. Ist momentan auch unser größter Favorit. Da unser Demonstrator nur grob die Funktion unseres Messverfahrens darstellen soll, wären sogar günstigere Fotomultiplier denkbar. Dort haben wir diverse Sachen auf ebay gefunden, welche recht vielversprechend klangen. Vielleicht hat ja einer von euch schon Erfahrungen mit sowas gemacht und kann da was preiswertes empfehlen. Andere Alternative wären Fotodioden oder Fototransistoren. Hier haben wir schon von ähnlichen Fällen (auch in diesem Forum) gelesen, in denen sehr wenig Licht mit kurzer Reaktionszeit detektiert werden konnte. Winfried J. schrieb: > Da dürft das benannte Filter wohl die größeren Potentiale > aufweisen .... Das ist richtig, die Entladung findet zwischen Filtermaterial und Öl statt. ----------- Prinzipiell noch eine andere Frage: Egal für welchen Sensor wir uns entscheiden, ein sehr kleines Ausgangssignal wird in jedem Fall das Resultat sein. Könnt ihr Spannungsmessgeräte empfehlen (ruhig auch Marke Eigenbau) mit denen dies gut funktioniert? Bzw. wollen wir uns kein Gerät anschaffen dessen Potenzial wir nur zu einem Bruchteil ausnutzen um die Kosten minimal zu halten..
Zigarre schrieb: > Ein billiges Nachtsichtgerät umbauen? Haben wir noch nicht drüber nachgedacht, Probleme könnte ich mir hier instinktiv nur aufgrund des Hochdruckes vorstellen. Werde es morgen mal mit meinem Projektpartner diskutieren.
In dem Video war doch ordentlich was los in dem Filter! Das muß sich sowohl elektrostatisch als auch optisch gut auswerten lassen. Bei Schall könnten die Strömungsgeräusche schwierig werden. Jedenfals dürfte eine selektive Verstärkung helfen, die hauptsächlich schnelle Impulse durchläßt. Gehen diese Öle denn kaputt, wenn Entladungen auftreten?
>Wenn es möglich ist Gewitterblitze in großer Ferne zu >zählen, könnte man diese Technik dann theoretisch auch für Mini Blitze >in unmittelbarer Nähe verwenden. Ja, aber gemäß den Dimensionen spielt sich das auch in ganz anderen Wellenlängen- bzw. Frequenzbereichen ab. >Eine weitere Einschränkung wäre das >dieses Signal durch ein 1,5mm dickes Stahlrohr > hindurch abgefangen werden müsste. Das geht so oder so nicht. Weder Magnetfeld noch E-Feld, die ja bei hohen Frequenzen bekanntlich miteinander verquickt sind, kommen da durch. Entweder machst du das Rohr aus Isoliermaterial, oder verwendest es selbst als Elektrode, oder du bringst den Sensor (optisch, elektrisch, Schall) hinein. >Schall wurde in der Tat von unserem Assistenten von außerhalb des Rohres >schon ausprobiert, da waren die Maschinenschwingungen rundherum zu groß Ich denke, da habt ihr etwas falsch gemacht. Die von den Blitzen ausgehenden Schallwellen wird man auch an der Oberfläche eines Metallrohrs registrieren können, aber man muss geeignete Wandler, die bis in den MHz-Bereich funktionieren, verwenden. Das Gerappel der Mechanik, das sich vorwiegend im Audio-Bereich abspielt, interessiert da überhaupt nicht. Solche Wandler gibt es. Beispielsweise wird in der medizinischen Ultraschalldiagnostik mit 8MHz gearbeitet, für das PAL-Farbfernsehen wurden immense Mengen von 4,43MHz Transducern für Laufzeitleitungen gebraucht. Sofern in der Nähe keine Kavitationen auftreten, sollten die Pumpengeräusche etc. nicht stören, da die Dämpfung in Flüssigkeiten bei diesen Frequenzen sehr hoch ist. >Hier hatten wir auch schon recherchiert und die Fotodioden als besonders >geeignet empfunden. Wir müssten diese nur noch hinsichtilich der >Hochdruckanwendung testen, Da du dann ja auf jeden Fall eine Durchführung des Signals nach draussen brauchst, solltest du lieber Lichtleitfasern verwenden und einen Photomultiplier aussen anbringen. Evtl könnte man an die Faser auch ein Spektrometer anschliessen. >Photomultiplier hatte wir schon ausgeschlossen. Da wir eine Anordnung >mehrer solcher Geräte um einen Filter herum benötigen würden und diese >sehr teuer sind, Teuer sind sie eigentlich nicht, weil man oft den Verstärker sparen kann, aber selbst die billigsten Typen (Squirrel Cage) sind sehr schnell und empfindlich. Außerdem sind sie durchweg für kurzwelliges Licht empfindlich, also dort, wo voraussichtlich das sehr heisse Plasma des Blitzes hauptsächlich emittiert und wo Si-Detektoren schlecht (oder teuer) sind. >dass Leute aus Ihrem Schlafzimmmer heraus Blitze aus mehreren > Kilometern Entfernung gemessen haben. Da müssten die >Signale ja auch durch mehrere dicke Betonwände durchgehen. Diese Blitze sind ja nicht nur Kilometer weit entfernt, sondern auch Kilometer lang. Und Beton ist kein Stahl. >> Ein billiger Hallsensor wird es nicht tun >Warum kannst du das so sagen, meinst du das Magnetfeld ist zu schwach? Nein, ein HG ist zu langsam. Schnelle Magnetfeldänderungen nimmt man besser mit einer Spule auf, und im Extremfall hat die nur eine Windung. >Spulen im Rohr sind komplizierter, weil das Feld nur in einem vektor pro >Spule erfasst werden kann, ansonsten benötigst du 3 >ortogonalausgeichtete Spulen. Allerdings wird das nicht sehr effektiv du >benötigst große Spulen mit vielen Windungen um ein so schwaches Signal >aufzunehmen. Nein, die Blitze sind sehr kurz und somit sicherlich stromstark. Das bedingt einen niederohmigen Sensor und da ist eine Spule mit vielen Windungen fehl am Platz. Eine einzige Windungsschleife, direkt ans Koaxkabel angeschlossen, ist dafür richtig. >In dem Video war doch ordentlich was los in dem Filter! Das will ich meinen! Halte mal ein UKW-Radio neben das Rohr, dann wirst du das Prasseln schon hören. >Gehen diese Öle denn kaputt, wenn Entladungen auftreten? Vermutlich. So ein Blitz erzeugt ja ein Plasma mit einer Temperatur von etlichen tausend Kelvin. Das hält keine Substanz aus. Selbst wenn das Volumen des Blitzkanals sehr gering ist, wird im Umfeld wahrscheinlich das Material noch durch das UV-Licht geschädigt. >Ist eine parasitäre Erscheinung von Strömungsreibung, welche eigentlich >ungewollt ist und auf welche mit speziellen Ölen oder Additiven reagiert >wird. Also die Flüssigkeit ein bischen leitfähig machen. Wasser ist billig aber nicht immer erwünscht. Ionische Flüssigkeiten sollten auch funktionieren: http://de.wikipedia.org/wiki/Ionische_Fl%C3%BCssigkeit
@Alexander Th (alex_t): Du hast meinen Nachtrag (15.10.2014 13:05) gelesen? Wegen der Druckfestigkeit bin ich ja auf die Idee gekommen, man könnte einen Drucksensor auf Piezo-Basis umbauen, da hat man die passende 'Mechanik' schon dran, da sollte es, Etwas für 50-60 bar zu finden, kein Problem sein. Die Umgebungsgeräusche sind sicher ein Problem, da gebe ich Dir Recht, aber da lässt sich ja vielleicht in der Aufbereitung der Daten was machen. Der 'Knall' eines Überschlags sollte eigentlich von anderen Geräuschen, wie z.B. von der Pumpe, zu trennen sein. Mit freundlichem Gruß - Martin
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