50 Hz Rauschen in Messginalen

[Dieter J. (dj413)]

Hallo zusammen,

ich habe einen Messaufbau bei dem ich mehrere Sensoren an einem 
Messcomputer verarbeite. Mir ist jetzt beim Messen aufgefallen, dass ein 
Kraftsensor bzw. der Messverstärker ein erhöhtes 50 Hz Rauschen in die 
Signale einbringt. Ich habe den gesamten Aufbau grafisch abgebildet.

Als Versorgung benutze ich ein 24 Volt Schaltnetzteil. Der Gesamtstrom 
sollte max. bei 0,3 A liegen. Die beiden Platinen habe ich selbst 
erstellt. Falls gewünscht kann ich dazu einen Schaltplan liefern. Ich 
bin kein Elektrotechniker, weshalb mir sowohl die Erfahrung als auch die 
passende Ausbildung zum Erstellen solcher Platinen fehlt. Entschuldigt 
also, falls grobe Fehler auftreten.

Mit der ersten Vorfilterplatine wollte ich die Spannungsversorgung 
filtern. Anschließend wird die Spannungsversorgung in der grünen Platine 
noch einmal gefiltert. Ich benutze diese Platine, um die Sensorik mit 
Strom zu versorgen und die eingehenden analogen Signale mit aktiven 
Tiefpassfiltern zu filtern. Es handelt sich um 
Kräfte/Drücke/Positionen/Winkel (Spannung max. 10 V) etc. in einem 
Arbeitsbereich bis 100 Hz.

Im Anhang ist ein Winkelsensor abgebildet (angeschlossen als Sensor 1), 
der hat zwar deutliches Rauschen, allerdings liegt es mit Sicherheit an 
der schlecht ausgelegten Spannungsversorgung. Der andere Graph zeigt den 
Kraftsensor mit den deutlichen Schwingungen.

Nun habe ich die besagten 50 Hz auf der Leitung, die meine Auflösung der 
Kraft schmälern. Laut dem Hersteller sind die 10 - 15 mV Rauschen 
deutlich zu viel (auch sollten die Signale nicht mit 50 Hz schwingen), 
weshalb ich von einem Fehler auf meiner Seite ausgehe.

Den Kraftsensor habe überbrückt, da er auch negative Spannung liefern 
kann. Meine Filterplatine kann allerdings nur positive Spannung 
verarbeiten.

Meine gedanklichen Ansätze:
Vorfilterplatine besser auslegen. Eine Bandsperre einfügen und insgesamt 
die Knickfrequenz des LC Tiefpass verringern. Ich glaube die Filterung 
auf der grünen Platine bringt nicht viel. Einen sternförmigen Massepunkt 
habe ich versucht zu realisieren.Das Anschließen der gestrichenen Masse 
hat leider keinen Effekt gebracht, weshalb ich sie nicht angeschlossen 
habe.

Ich bin für den Hinweis dankbar. Ich weiß leider nicht wo ich genau den 
Fehler suchen soll und bin für den Rat dankbar. Ein Oszi und ein 
Labornetzteil habe ich da, falls nötig.

Grüße
Dieter

[dudu (Gast)]

Ich hasse Regenschirm wunder mich aber das ich nass werde wennn es 
regnet ;-)

1. Evtl. könnte schon das lösen der Masseverbindung von Sensor 3 am 
terminal Board eine Besserung bringen.
2. Kabel durch geschirmtes ersetzen Schirmung an den Sensor 3 (GND) am 
Terminal offenlassen!

[Egon D. (Gast)]

dudu schrieb:

> 1. Evtl. könnte schon das lösen der Masseverbindung
>    von Sensor 3 am terminal Board eine Besserung
>    bringen.
> 2. Kabel durch geschirmtes ersetzen Schirmung an den
>    Sensor 3 (GND) am Terminal offenlassen!

3. Sensor selbst erden bzw. abschirmen

[Harlekin (Gast)]

Egon D. schrieb:
> dudu schrieb:
>
>> 1. Evtl. könnte schon das lösen der Masseverbindung
>>    von Sensor 3 am terminal Board eine Besserung
>>    bringen.
>> 2. Kabel durch geschirmtes ersetzen Schirmung an den
>>    Sensor 3 (GND) am Terminal offenlassen!
>
> 3. Sensor selbst erden bzw. abschirmen

4. gelbe Fläche verkleinern (siehe Bild)

5. Leitungen verdrillen

6. Sensoren einzeln testen

7. Ist der Messcomputer ein Laptop? Dann ein Versuch ohne Netzadapter

[Einer (Gast)]

Harlekin schrieb:
> 4. gelbe Fläche verkleinern (siehe Bild)

Es ist nicht nur die Fläche, sondern auch die buchstäbliche 
Masseschleife.

Also: Das Ausgangssignal vom DMS-Verstärker zurück zur Platine, und von 
dort aus über das 15cm-Kabel auf das Terminal-Board.

[Wolfgang (Gast)]

Dieter J. schrieb:
> ich habe einen Messaufbau bei dem ich mehrere Sensoren an einem
> Messcomputer verarbeite.

Mit welcher Bandbreite verarbeitest du die Sensoren?

[Dieter J. (dj413)]

Hallo,

danke für die anregenden Informationen.

Wolfgang schrieb:
> Mit welcher Bandbreite verarbeitest du die Sensoren?

Ich lese die Daten mit 1 kHz aus.

Harlekin schrieb:
> Ist der Messcomputer ein Laptop? Dann ein Versuch ohne Netzadapter

Es handelt sich um ein Echtzeitregelsystem - Die eigentlichen Daten 
beziehe ich paketweise über LAN

dudu schrieb:
> Ich hasse Regenschirm wunder mich aber das ich nass werde wennn es
> regnet ;-)

Darauf hin habe ich angefangen zu überprüfen, ob das Sensorkabel des 
Kraftsensores überhaupt geschirmt ist und siehe da: Der Schirm zwischen 
Kraftsensor und Verstärker war nicht angeschlossen. Leider hat es nichts 
gebracht.

Habe nun auch ein Labornetzteil angeschlossen. Das gleiche.

Der Messverstärker ist in einem Metallgehäuse. Ich habe die eigentliche 
Messplatine aus dem Gehäuse genommen und die 50 Hz sind komplett weg. 
Übrig ist das "gleichmäßige Rauschen" mit 3-5 mV.

Das ganze viel mir ein als ich angefangen habe die isolierten pos. und 
neg. Differenzeingänge des eigentlichen DMS zu berühren. Nach dem 
Rausholen der Platine waren sie weg. Ich werde mich mit dem Hersteller 
mal in Verbindung setzten. Leider habe ich keine Garantieansprüche, weil 
die Box min. 10 Jahre alt ist.

[ths (Gast)]

Kann man aussschließen, dass die 50 Hz kapazitiv in die DMS einkoppeln? 
Es kann sein, dass die CMMR des Instrumentenverstärkers nicht ausreicht, 
das hinreichend zu unterdrücken.

[Dieter J. (dj413)]

ths schrieb:
> Kann man aussschließen, dass die 50 Hz kapazitiv in die DMS
> einkoppeln?
> Es kann sein, dass die CMMR des Instrumentenverstärkers nicht ausreicht,
> das hinreichend zu unterdrücken.

Wenn ich richtig verstehe, dann meinst du ob irgendwo eine Leitung mit 
50 Hz auf die Messkette bestehend aus Sensor und Verstärker einwirkt?

Der Sensor selbst liegt 2 Meter von jeglicher Elektronik entfernt. Das 
Kabel zwischen Sensor und Verstärker ist geschirmt. Der Schirm ist mit 
dem Minuspol auf der Verstärkerplatine verbunden und hängt damit direkt 
an dem Labornetzteil. Das eigentliche Metallgehäuse ist lackiert und hat 
mit der Platine nur über die Schrauben eine mögliche Verbindung. Aber 
zwischen Gehäuse und GND der Platine gibt es keinen Kontakt. Gehäuse 
ebenfalls nicht geerdet. Der Verstärker liegt auf dem Tisch. Mir ist 
aufgefallen, dass beim anheben der Gehäuses (Platine fest verbaut) es 
Einflüsse auf die Amplitude des 50 Hz Signals hatte.

[ths (Gast)]

Das muss nicht unbedingt leitungsgebunden einwirken. Bitte mal das 
Sensorgehäuse auf PE legen, falls metallisch. Und Lichtquellen im Raum 
wegschalten. Und auch mal die Kiste abschatten mit einem Karton, ich 
hatte mal Lichteinkopplungen in Glasdioden.

Es ist nicht immer vorteilhaft, den Kabelschirm auf FE zu legen, mal PE 
ausprobieren.

[Dieter J. (dj413)]

ich glaube ich habe das Problem gefunden. Ich habe einfach nur das 
Gehäuse geerdet und schon sind die Schwingungen weg. Scheint wirklich 
nur am Gehäuse zu liegen und den kapazitiven Einwirkungen.

Danke für die Hilfe!

[Bernd (Gast)]

Kapazitive Einstreuungen sind i.d.R. die letzten, die in Betracht 
kommen.

Prioritäten der Störeinstrahlung:
1. galvanische Kopplung
2. induktive Kopplung
3. kapazitive Kopplung

Kann im Einzelfall natürlich anders sein, aber das ist die Reihenfolgen, 
nach der ich auf die Suche gehen würde...

[Lurchi (Gast)]

Ob man eher mit induktiver (magnetischer) oder kapazitiver Kopplung 
rechnen muss hängt davon ab wie hochohmig die Schaltung ist. DMS sind 
eigentlich eher niederohmig und damit nicht so empfindlich auf 
kapazitive Einkopplung, ganz immune aber natürlich auch nicht.

Schaltnetzteile sind aber bekannt das sie ggf. über Y Kondensatoren hohe 
Störspannungen vom Netz einkoppeln können.