Ich habe einen ziemlich massiven Sensor aus zwei identischen Spulen um Permanentmagneten. Auf diese Weise sollen bei Überfahrt eines Metallstücks zwei Sinuswellen hintereinander erzeugt werden (Amplitude 30mV bis 6V, je nach Geschwindigkeit und Metallmasse). Die Spulen möchte ich mit dem Analogeingang eines PSOC5 verbinden und dann mit Komparatoren die Sinuswelle auswerten. Dazu habe ich ein kleines Schnittstellenboard entwickelt, das den Spannungspegel auf ca. 0,9 V anhebt und die Amplituden über N4148 Dioden begrenzt. Problem: Ich erhalte in unregelmäßigen Abständen oszillierende Spannungsstöße. Das passiert aber immer nur auf einer Leitung, nie auf der anderen. Ein Tausch des Sensors gegen ein anderes Exemplar bringt nichts. Die Schaltung ist absolut symmetrisch aufgebaut. Woran kann das liegen?
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Ist die Länge der Zuleitungen unterschiedlich? Wenn man die Sensoren mitsamt ihren Zuleitungen gegeneinander vertauscht, wandert dann der Fehler mit dem Sensor oder ist er von Ort des Sensors abhängig? Es können ja im Untergrund unter der Sensorposition Leitungen o.ä. liegen, die die Oszillationen erzeugen.
Dirk M. schrieb: > Ich erhalte in unregelmäßigen Abständen oszillierende > Spannungsstöße. Ich würde diese Störstrahlung zunächst näher untersuchen. Dirk M. schrieb: > bei Überfahrt eines > Metallstücks zwei Sinuswellen hintereinander erzeugt werden (Amplitude > 30mV bis 6V, je nach Geschwindigkeit und Metallmasse). Tritt diese Störstrahlung auch ohne erzeugte Sinuswellen auf? Die Spulen könnten natürlich auch als Antennen für Störstrahlung dienen. Dirk M. schrieb: > Ich habe einen ziemlich massiven Sensor aus zwei identischen Spulen um > Permanentmagneten. Was heißt hier "massiver Sensor"? Wie sieht der Wickelkörper aus? Jede Induktivität hat auch eine Eigenresonanz. Vielleicht liegt ja Deine Störstrahlung im Bereich der Eigenresonanz. Eine weitere Möglichkeit der oszillierenden Spannungsstöße könnten die Dioden sein. Allerdings ist eine 1N4148 sehr schnell und und ist nicht so schwingungsempfindlich. In Schaltnetzgeräten schaltet man gelegentlich auch Löschglieder parallel zur Diode. Das ist letztlich ein Snubber, Kondensator & Widerstand in Reihe, abgestimmt auf die oszillierende Spannung. Letztlich wäre ein Filter die Endlösung falls die anderen Massnahmen nicht richtig greifen. Hier kommt es wieder auf die Frequenz der Störungen an. Also, wie sehen denn die Störungen im Detail aus? mfg Klaus
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Danke für eure Antworten! Der Sensor ist sehr massiv und hängt an der Schiene, um ein überfahrendes Rad zu erkennen. Die Leitungslänge beträgt ca. 50 cm. Klaus R. schrieb: > Dirk M. schrieb: >> Ich erhalte in unregelmäßigen Abständen oszillierende >> Spannungsstöße. > > Ich würde diese Störstrahlung zunächst näher untersuchen. Was kommt als Störstrahlung in Frage? Die 10V werden über ein TPS61093 Step-up-Wandler mit einer 10uH Spule erzeugt. Ansonsten gibt es im Umkreis nichts, was schwingt. > > Dirk M. schrieb: >> bei Überfahrt eines >> Metallstücks zwei Sinuswellen hintereinander erzeugt werden (Amplitude >> 30mV bis 6V, je nach Geschwindigkeit und Metallmasse). > > Tritt diese Störstrahlung auch ohne erzeugte Sinuswellen auf? > Die Spulen könnten natürlich auch als Antennen für Störstrahlung dienen. Wie man auf dem Oszibild (Messpunkt GPIO 1/2) sehen kann, kommt die Störung vor der Welle, während und auch dahinter. Im Labor kann ich das mit den kleinen Massen nicht nachstellen. Es ist auch so, dass die Störung nicht zu jeder Welle kommt sondern sporadisch. Interessant ist, dass es immer nur ein und derselbe Kanal betroffen ist. Man würde ja eher vermuten, dass es beiden Kanälen auftritt, weil die Schaltung symmetrisch ist. > > Dirk M. schrieb: >> Ich habe einen ziemlich massiven Sensor aus zwei identischen Spulen um >> Permanentmagneten. > > Was heißt hier "massiver Sensor"? Wie sieht der Wickelkörper aus? > Jede Induktivität hat auch eine Eigenresonanz. Vielleicht liegt ja Deine > Störstrahlung im Bereich der Eigenresonanz. Die Eigenresonanz kenne ich nicht. > > Eine weitere Möglichkeit der oszillierenden Spannungsstöße könnten die > Dioden sein. Allerdings ist eine 1N4148 sehr schnell und und ist nicht > so schwingungsempfindlich. In Schaltnetzgeräten schaltet man > gelegentlich auch Löschglieder parallel zur Diode. Das ist letztlich ein > Snubber, Kondensator & Widerstand in Reihe, abgestimmt auf die > oszillierende Spannung. > > Letztlich wäre ein Filter die Endlösung falls die anderen Massnahmen > nicht richtig greifen. Hier kommt es wieder auf die Frequenz der > Störungen an. > > Also, wie sehen denn die Störungen im Detail aus? Was genau müsste man dort anschauen? > mfg Klaus
Ist das sicher kein Softwareproblem? Sowas wie reinitialisieren des Eingangs?
Noch ein paar Fragen und Bemerkungen: Beim testweisen Austausch des Sensors wurde nur der Sensor, aber kein Teil der Schutzbeschaltung mit getauscht? Hast du die Funktion der Tiefpassfilter überprüft? (Testweise Rechteck anlegen...) Die Tiefpassfilter haben eine sehr hohe Eckfrequenz im Vergleich zum Nutzsignal, das sollte korrigiert werden. Die Zeitkonstante darf ruhig mindestens hundertmal so hoch sein... D0 und D1 zeigen die Ausgänge der Komparatoren, nehme ich an. Du betreibst die - wenn ich das richtig sehe - mit Hysterese, das ist schon mal gut ;-) Blaerbi
Dirk M. schrieb: >> Also, wie sehen denn die Störungen im Detail aus? > Was genau müsste man dort anschauen? Du hast als Oszi einen PICO verwendet. Die bieten offensichtlich auch gute Geräte an. Die oszilierenden Störungen sehe ich nur als senkrechte Striche. Damit kan man nur sehr weinig anfangen. Versuche ein Wellenpaket so aufzulösen das man die Details erkennt. Es müssten eigentlich auch Sinusschwingungen sein. Vielleicht gibt es auch Überlagerungen. Jedenfalls sollte man dann die Frequenz der Schwingungen erkennen können. Das wäre sehr wichtig. Was könnte die Ursache der Schwingungen sein? Man müßte mal mit einem Mikrofon die Geräusche in der Schiene aufnehmen. Gegenüber Deinem Meß-Nutzsignal sind die Störungen deutlich hochfrequenter. Durch die Last der Räder auf der Schiene könnten sehr kurze Knackgeräusche ausgelöst werden. Vielleicht spielen hier auch die Radlager eine Rolle. Wie kommt man weiter? Wenn man die Ursache nicht ermitteln kann oder beseitigen kann, dann müssen Tiefpassfilter eingesetzt werden. Hierzu benötigt man natürlich die Frequenz der oszillierenden Spannungsstöße und die Frequenz des Nutzsignals. Die Frequenz des Nutzsignals müßte eigentlich sehr tief sein. Sie könnte unter 10 Hz liegen Ein Filter dimensionieren. Je größer der Unterschied zwischen Störfrequenz und Nutzfrequenz desto einfacher wird das Filter. Du hast Angaben zur Spannung des Nutzsignals gemacht. >Amplitude 30mV bis 6V, je nach Geschwindigkeit und Metallmasse Dieser Bereich erhöht die Ansprüche an das Tiefpassfilter wieder. 6 V / 30 mV = 200 = 46 dB. Jetzt kommt alles auf die Frequenz der Störungen an. Die 30 mV entstehen bei der geringsten Nutzfrequenz. Sagen wir mal, wir haben da 1 Hz. Oktaven sind Verdoppelungen. Die 8. Verdoppelung von 1 Hz ist 256. Hat die Störfrequenz 256 Hz, so hat
1 | - ein Filter mit 6 dB/ Oktave = 6 dB * 8 = 48 dB Dämpfung. 1. Ordnung |
2 | - ein Filter mit 12 dB/ Oktave = 12 dB * 8 = 96 dB Dämpfung. 2. Ordnung |
3 | - ein Filter mit 18 dB/ Oktave = 18 dB * 8 = 144 dB Dämpfung. 3. Ordnung |
Das sieht schon einmal recht positiv aus. Hier mal ein Link zu aktiven Filter der ersten und zweiten Ordnung. https://www.electronics-tutorials.ws/de/filtern/aktiver-tiefpassfilter.html Die 6 V entstehen bei der höchsten Nutzfrequenz. Sagen wir mal, wir haben da 16 Hz. Hat die Störfrequenz 256 Hz so haben wir nur 4 Verdopplungen zu 256 Hz der Störfrequenz.
1 | - ein Filter mit 6 dB/ Oktave = 6 dB * 4 = 24 dB Dämpfung. 1. Ordnung |
2 | - ein Filter mit 12 dB/ Oktave = 12 dB * 4 = 48 dB Dämpfung. 2. Ordnung |
3 | - ein Filter mit 18 dB/ Oktave = 18 dB * 4 = 96 dB Dämpfung. 3. Ordnung |
OK. Jetzt brauchen wir die Spannungen der Störfrequenzen. Ich sehe im Diagramm nur in der Mitte der zwei Sinuswellen zwischen 915 mV und 840 mV einen Peek, der hat dann 75 mV. Nehmen wir mal wir hätten hier den sehr ungünstigen Fall, Nutzfrequenz 1 Hz, Nutzspannung 30 mV. Um von 75 mV auf 30 mV zu kommen, brauchen wir 75 mV / 30 mV = 2,5 * 8,0 dB Dämpfung der Störfrequenz. Zum Messen planen wir einen Störabstand von 20 dB ein. So muss die Störfrequenz um 20 dB + 8 dB = 28 dB gedämpft werden. Da wir hier bei der Nutzfrequenz von 1 Hz sind, 256 Hz Störfrequenz haben, genügt hier ein sogar ein Filter 1. Ordnung mit 6 dB/ Oktave und haben sogar 48 dB Dämpfung. Nehmen wir mal an, wir hätten den günstigeren Fall, Nutzfrequenz 16 Hz, Nutzspannung 6 V, Peek der Störung 75 mV. Wir haben hier schon ohne Filter einen Störabstand von 6 V / 75 mV = 80 ~ 38 dB. Dafür benötigen wir eigentlich keinen Filter zur Bedämpfgung des Störsignals. Nur, die 6 V willst Du ja über 1N4148 Dioden begrenzen. Würden die 6 V auf 0,7 V abgeschnitten, so bleibt die Störung noch weiterhin auf 75 mV. In diesem Fall beträgt der Störabstand immer noch das ca. 10 fache, also 20 dB. OK. Das war nur eine Gegenrechnung die zeigt das eine hohe Nutzspannung günstig gegenüber Störungen ist, insofern die die Störungen konstante Amplituden haben. Ein Filter 1. Ordnung wird erforderlich sein. Ich würde das GPIO - Signal auf einen OPV gehen lassen und dahinter das RC-Filter anordnen. Mit dem OPV hast Du eine definierte Eingangsimpedanz für das Filter, die man mit 1 Ohm annehmen an. Es ist nämlich ein beliebter Fehler den Innenwiderstand der Signalquelle nicht zu beachten. Wenn der PSOC5 Analogeingang auch einen kleinen Eingangswiderstand hat, dann brauchst du noch einen zweiten OPV zum entkoppeln. So, das war das wesentliche. Liefere mal die fehlenden Daten. Oszilierende Störungen ---------------------- Spannungen, Frequenz, sind die Werte konstant oder abhängig von der Geschwindigkeit der Räder? Messwerte --------- Spannungen sind bekannt, Frequenzen fehlen noch. mfg klaus
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