Hallo, ich arbeite derzeit an einem Forschungsprojekt für die Hochschule, bei dem ein Ottomotor mit einer einfachen Klopferkennung ergänzt werden soll. Habe bereits einiges dazu im Forum gelesen, dennoch gibt es einige offene Fragen. Als Sensor soll ein herkömmlicher Bosch Klopfsensor verwendet werden (https://www.bosch-motorsport.com/content/downloads/Raceparts/Resources/pdf/Data%20Sheet_69010059_Knock_Sensor_KS4-P.pdf). Die Verstärkung des Sensorsignals würde ich gerne mit einem Ladungsverstärker ausführen, welcher das Signal ungefiltert an ein USB-Oszi weitergibt. Am Rechner würde ich mithilfe einer FFT die entprechenden Frequenzen überwachen. Erwartete Klopffrequenz des Motors liegt bei etwa 10 kHz. Zu den Fragen: Welcher OP-AMP ist am besten für diese Schaltung geeignet? Wie hoch sollte die untere Grenzfrequenz liegen? Ist dieser Schaltungsaufbau generell geeignet? Vielen Dank schonmal im voraus. Grüße Dennis
Angehängte Dateien:
-
Ladungsverstaerker.gif
1,8 KB
Hi lt Datenblatt liefert der eine Spannung: Auszug: Empfindlichkeit bei 5 kHz 26 ± 8 mV/g Also ist ein Ladungsverstärker nicht unbedingt zielführend. Dann hat der nur 2 Anschlüsse??? Ein besseres Datenblatt wäre nicht schlecht. Gerhard
Einen OP mit geringem Input-BIAS-Strom. Muss nicht gleich der LMP7721 sein , ADA4625 wäre mein Tip. Dein LV sollte bipolar versorgt werden. Masse ist ja auf dem Schirm und der Vorteil des LV, den Innenleiter auf virtuell Masse zu ziehen und damit den Einfluß des Kabels auf die Messung zu reduzieren, geht damit verloren. Den Einfluß des Kabels nicht unterschätzen! Bei ca. 3pC/(m/s²) vom Sensor (was sind hier 26mV pro Gramm ?? ;) ) würde ich mit 100pF C_f starten... R_f dann je nach Hochpassfrequenz..
Wie kome ich auf die 3pC/(m/s²)? Bei C_f gleich C_sensor (und C_c,C_inp =0) liegen die 26mV bei 9,8.. m/s² am LV Ausgang. C_sensor steht im DaBla ... Macht man den C_f kleiner erhöht man die Verstärkung ... Ich würde den negativen Eingangspin des OP mit der Anschlußbuchse und dem Rückkopplungsnetzwerk nicht auf der Platine sondern in Luft zusammenlöten. Und dann alles gut mit IPA saubermachen!!
Hallo Gerhard, leider habe ich zum Sensor lediglich dieses Datenblatt gefunden. Wie du schon geschrieben hast, ist das ein zweipoliger Sensor. Wäre hier eine Verstärkung mit einem Elektrometerverstärker möglich, dieser hat ja einen hochohmigen Eingang? Gruß Dennis
Dennis H. schrieb: > leider habe ich zum Sensor lediglich dieses Datenblatt gefunden. > Wie du schon geschrieben hast, ist das ein zweipoliger Sensor. > > Wäre hier eine Verstärkung mit einem Elektrometerverstärker möglich, > dieser hat ja einen hochohmigen Eingang? zuerst muss man wirklich verstehen, was für einen Ausgang das Teil hat. Wie Franco/Gerhard schrieb, ist im Datenblatt explizit von einem Spannungsausgang die Rede. Vielleicht ist das Datenblatt hier absichtlich unklar, damit die Kunden das auf jeden Fall an eine Bosch ECU snchließen: "the KS4-P can be connected to all Bosch Motorsport ECUs fea-turing knock control" 2 Pins und integrierter Piezo wird manchmal auf folgende Weise betrieben: https://de.wikipedia.org/wiki/Integrated_Electronics_Piezo-Electric Also Speisung über hochohmige Stromquelle mit z.B. 10mA und AC-Abkopplung des aufmodulierten Spannungssignals. Aber ob das hier auch passt, müsste man rausmessen (oder doch noch eine andere Internetquelle zum Sensor finden).
Im datenblatt steht weiter: "this motion results in a compressive force which is converted into a voltage signal via a piezoceramicsensor element." Also kommt da wohl schon eine Spannung raus. Dann würde ich das erst mal mit nem normalen OP als Spannungsverstärker probieren. Gerhard
Und weil es Audiobereich ist, reicht eine übliche Audioschaltung, z.B. ein Mikrofonverstärker.
Henrik V. schrieb: > Bei ca. 3pC/(m/s²) vom Sensor (was sind hier 26mV pro Gramm ?? ;) ) Bei Beschleunigungssensoren*innen (??) ist es im technischen Umfeld durchaus üblich, die Empfindlichkeit in V/g anzugeben, wobei g die Erdbeschleunigung gemessen in m/s² ist. Puristen*innen mag das zwar stören, aber die Welt dreht sich nicht nur um diese.
Dennis H. schrieb: > ich arbeite derzeit an einem Forschungsprojekt für die Hochschule, bei > dem ein Ottomotor mit einer einfachen Klopferkennung ergänzt werden > soll. Kann man sich da nicht als Projektmitglied nicht direkt an Bosch wenden um weitergehende Informationen zu erhalten? Es gibt da einen Artikel von analog.com. https://www.analog.com/jp/technical-articles/signal-conditioning-for-high-impedance-sensors.html Diese Schaltung gefiel mir so gut, daß ich sie seiner Zeit in meine Recherchen zum Thema aufgenommen hatte. Figure 10: Non-inverting Charge Amplifier offers several advantages. Stages can be paralleled for lower voltage noise. Bias resistor works into higher capacitance for better low frequency response. Die Schaltungen lassen sich alle mit LTspice simulieren. https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html mfg klaus
Also Fig. 10 ist kein Ladungs, sondern ein Spannungsverstärker, schön wenn die Schaltung direkt am Sensor eingebaut wird. Schlecht wenn da noch Kabel dazwischen ist. Insbesondere wenn das Kabel auch noch Beschleunigungen ausgesetzt ist und seine Kapazität Mikrophon spielt. Der Bosch Sensor ist halt billig und reicht als Klopfsensor. Frequenz und Temperaturgang ist seehr grob spezifiziert. Hoffentlich ist er halbwegs linear.. Günni, justier mal Deinen Ironiedetektor ;) Der Vergleich mit 'der' Erbbeschleunigung ist schön um Laien über den Vergleich etwas zu veranschaulichen. In Forschung verwenden das nur Dummies, der Rest rechnet in SI.
:
Bearbeitet durch User
Henrik V. schrieb: > Also Fig. 10 ist kein Ladungs, sondern ein Spannungsverstärker, schön > wenn die Schaltung direkt am Sensor eingebaut wird. Schlecht wenn da > noch Kabel dazwischen ist. Insbesondere wenn das Kabel auch noch > Beschleunigungen ausgesetzt ist und seine Kapazität Mikrophon spielt. Na ja, letztlich wirken Landungen auch als Spannung. Auch beim Ladungsverstärker ist ein Kabel nicht gerade ideal. Deswegen haben die besseren Sensoren im Sensor sofort einen Impedanzwandler integriert und werden über IEPE mit Strom versorgt. Ich bin kein KFZ - Experte, aber konnte in der Werkstatt mal sehen wie die Zündung geprüft wird. Ich befrürchte Dennis wird mit diesem Störgewitter noch einiges zu tun haben. mfg Klaus
Angehängte Dateien:
-
Fig1_Kistlerpatent.png
5,9 KB -
IMG_0988k2.jpg
64 KB -
IMG_0984k.jpg
200 KB
Klaus R. schrieb: > Na ja, letztlich wirken Landungen auch als Spannung. Auch beim > Ladungsverstärker ist ein Kabel nicht gerade ideal. Oder Ladungen wirken als Strom .. der Ladungsverstärker stellt idealerweise eine Eingangsimpedanz von 0 Ohm dar. (Real so zwischen 10 Ohm und mehr, habe schon div. LV vermessen ;)). Und Stromschleifen sind robuster gegen Störeinflüsse. Da jedoch nur wenige pC bewegt werden, sollen sich diese nicht im Schmutz verstecken können, daher Eingangskreis sehr gut isoliert aufbauen. > Deswegen haben die besseren Sensoren im Sensor sofort einen Impedanzwandler > integriert und werden über IEPE mit Strom versorgt. Nö. :) Wobei die die meisten IEPE,CCLD,Deltatron usw. Sensoren besser sein werden als der Bosch-Klopfsensor, jedoch sind sie deutlich temperaturempfindlicher als die reinen Piezoelektrischen. Gerade bei höheren Temperaturen (Motoren) wird in der Regel ein dezidierter Quarz/Piezo Sensor eingesetzt. Und 'die' Referenzsensoren sind auch ohne eigene Elektronik .... danach kommt dann das Laser-Doppler-Vibrometer. Aber dazwischen sind IEPE Sensoren für die allgemeine Anwendung schon praktischer. Hat der TO aber nicht, er will den Boschsensor verwenden und einen LV dafür bauen. BTW kann man auch in Röhre, habe mal den Schaltplan des Kistlerpatentes mit einer EC92 nachgebaut und durchgemessen :)
:
Bearbeitet durch User
Hallo zusammen, zunächst möchte ich mich für das super Feedback bedanken, hat mir deutlich weitergeholfen. Bezüglich des Datenblattes habe ich mich an Bosch gewendet, falls da was bei raus kommt, stelle ich das noch hier ein. Bei der Berechnung der Ausgangsladung des Sensors komme ich nur auf 0,3pC 1150F*10^-12*26V*10^-3=3C*10^-11 => 0,3pC mit einem Rückkopplungskondensator von 100 pF komme ich damit auf eine Verstärkung von 11,5. hier muss ich mal schauen was der Sensor im Motorbetrieb liefert, evtl. muss ich das noch reduzieren, damit nichts übersteuert. Zu den OP-Amps vielleicht noch eine Frage. Der ADA 4625 hat eine Versorgungsspannung von +- 18V was eine höhere Verstärkung ermöglicht, leider ist dieser in Deutschland eher schwierig zu beschaffen. Der gut beschaffbare LMP7721 hat leider nur -+2,5V Versorgungsspannung und wird daher schnell an bis an den Anschlag verstärken. Gibt's vielleicht noch einen anderen OP den man verwenden könnte? Die Auslegung des Rückkopplungswiderstandes würde ich so vornehmen, dass die untere Grenzfrequenz etwa bei 500Hz liegt. So sollte ich im benötigten Messbereich von 10kHz eine halbwegs konstante Verstärkung haben. Ich versuche die Komponenten direkt im Anschlussstecker zum Sensor in einem Metallgehäuse unterzubringen. So können hoffentlich störende Einflüsse klein gehalten werden. Wenn ich die Schaltung aufgebaut habe und testen kann, gebe ich Rückmeldung ob das so funktioniert. besten Dank und freundliche Grüße Dennis Hernandez
:
Bearbeitet durch User
Dennis H. schrieb: > Der ADA 4625 hat eine > Versorgungsspannung von +- 18V was eine höhere Verstärkung ermöglicht, > leider ist dieser in Deutschland eher schwierig zu beschaffen. Der gut > beschaffbare LMP7721 hat leider nur -+2,5V Versorgungsspannung und wird > daher schnell an bis an den Anschlag verstärken. Mit dem ADA 4625 könnte man eine höhere Amplitude erzeugen. Aber willst vermutlich über 60 dB Verstärkung mit einer Stufe erzeugen? Was Du in die Verstärkung schickst, das fehlt Dir für die Rückkopplung. Bei GWB 18 MHz hast Du bei 10 kHz nur noch Faktor 1800 (65 dB) für die Verstärkung übrig. Aber um 10 kHz sauber zu verstärken brauchst Du mindestens die 3-5 fache Bandbreite. Sonst werden Phase und Amplitude noch beeinflußt. Also arbeite 2 stufig. Du könntest den speziell geeigneten LMP7721 für den Sensor einsetzen und einen guten OPV für die zweite Stufe vorsehen. Da hilft Dir die parametrische Suche. mfg klaus
Henrik V. schrieb: > Der Vergleich mit 'der' Erbbeschleunigung ist schön um Laien über den > Vergleich etwas zu veranschaulichen. In Forschung verwenden das nur > Dummies, der Rest rechnet in SI. Ich war als Lehrbeauftragter an der Hochschule aktiv. Da wurde auch mit etlichen Sensoren gearbeitet, wobei in den Datenblättern von VTI, AnalogDevices, ST u.ä. durchaus die Angabe V/g für die Empfindlichkeit üblich war. Und die waren nicht von Laien für Laien. Rechnen in SI ist durchaus sinnvoll. Aber wenn dann bei Drehratensensoren die Empfindlichkeit in mV/°/s angegeben ist, werden etliche Studenten schon seekrank und versuchen das durch Kürzen "handhabbar" zu machen dann kommen je nach Kreativität dann Dinge wie Vs/° oder V/°s dabei heraus und beweisen, dass die Vorstellung, was sich hinter den Angaben physikalisch verbirgt, doch sehr dürftig ist. Da kann ich mit V/g schon besser leben - selbst wenn es der reinen Lehre (was ist das überhaupt?)widerspricht.
Der LMP7721 ist ein Rennpferd, da baut man schnell einen Oszillator, und bei 4GHz GBW merkt das nur das BT/WLAN .. und blendet das aus ;) Der LMC6081 wäre da auch noch zu nennen, ist von den Betriebsspannungen bis +-8V, gerne +-5V auch nett. Den ADA muss man nicht +-18V versorgen, der geht auch prima bei +-5.
Habe eben noch meine Unterlagen aus der Messtechnikvorlesung rausgesucht. Als Faustformel wurde dort für die maximale Verstärkung angegeben Vmax = GBW/10f Bei einer GBW von 17MHZ des LMP7721 und 10kHz Frequenz komme ich damit auf eine max. Verstärkung von 170. Damit könnte ich theoretisch auf 4,42 V/g verstärken (Macht wenig sinn da 5V das maximum des OPV sind). Falls meine Berechnungen stimmen, denke ich das sollte ausreichen um es mit dem Oszilloskop aufnehmen zu können. Erstmal muss ich klären wie groß die Beschleunigungen am Motor sind und die benötigte Verstärkung austesten. Henrik V. schrieb: > bei 4GHz GBW Im Datenblatt zum LMP7721 habe ich die Angabe 17MHz gefunden, ist das korrekt? Klaus R. schrieb: > Also arbeite 2 stufig. Du könntest den speziell geeigneten LMP7721 für > den Sensor einsetzen und einen guten OPV für die zweite Stufe vorsehen. > Da hilft Dir die parametrische Suche. Das ist eine gute Idee, falls die Verstärkung des LMP7721 nicht ausreichen sollte. Problematisch wären jedoch 2 OPV mit verschiedenen Versorgungsspannungen, dann brauche ich noch ein Labornetzteil mehr. Ich besorge mir mal verschiedene Kondensatoren und teste die benötigte Verstärkung aus. Danke Leute seid echt ne super Community. Gruß Denis
Dennis H. schrieb: > Bei der Berechnung der Ausgangsladung des Sensors komme ich nur auf > 0,3pC > 1150F*10^-12*26V*10^-3=3C*10^-11 => 0,3pC Q = C*U beidseitig durch g teilen Q/g = C* U/g = 1150pF * 0,026V/g = 29,9pC/g Die Sensitivität in Q/g nun in Q/(m/s²) durch Division mit ~9,8 S_qa ~ 3 pC/(m/s²) Sorry, 4GHz GWB ist beim LTC6268-10, hatte da zwei Datenblätter vertauscht.
:
Bearbeitet durch User
Hallo, also soo schwierig kann das doch gar nicht sein. Es reicht offensichtlich ein übliches 12 Bit Automotive Oszi. https://www.picoauto.com/en/library/automotive-guided-tests/knock-sensor ok ist kein reales Verbrennungsklopfen. Aber ein paar 100 mV sollten schon sichtbar sein. Es gibt auch fertige Auswerteschaltungen: https://www.renesas.com/us/en/document/man/an9770-engine-knock-sensing-applications-hip9011eval Die maximal einstellbare Verstärkung = 2 Und Patente: https://patents.google.com/patent/EP0948783B1/de Dennis H. schrieb: > Am Rechner würde ich mithilfe einer FFT die > entprechenden Frequenzen überwachen. Erwartete Klopffrequenz des Motors > liegt bei etwa 10 kHz. Hm übliche Auswerteschaltungen scheinen das gleichgerichtete AC-Signal zu integrieren. Klaus R. schrieb: > Ich befrürchte Dennis wird mit diesem > Störgewitter noch einiges zu tun haben. Geschirmte Leitungen sollten reichen. Zumal Zündung und (schädliches) Klopfen zeitlich auseinander liegen. Gruß Anja
https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/92796/Knock%20Sensor%20Failure%20Behavior%20on%20Wartsila%20Gas%20Engines_ThomasDahl_TheseusVersion.pdf?sequence=1&isAllowed=y https://www.analog.com/en/products/sensors-mems/accelerometers.html Beitrag "Re: Resonanzbestimmung eines Piezowandlers"
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschalten
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.