Hallo zusammen, kurzer Hintergrund: ich bin Dipl.-Ing. Masch'bau und kein E.-Ing.: Im Rahmen eines Hobby-Projektes und evtl. mal Dissertation möchte ich ein schnelles Signal mit Hilfe eines DMS auslesen. Hierfür habe ich ein Budget von ca. 1000 €. Die Messung/Messaufbau selbst sollte nicht zum neuen Hobby werden. Soll heißen: Eine Brückenschaltung und einen Stecker kann ich löten, auch einen DMS kann ich ordentlich aufkleben. Aber ein Riesen-Projekt nur zum Messen sollte es nicht werden. Gerne kaufe ich fertiges Mess-Equipment und damit Zeit. Das eigentliche Projekt ist groß genug. Die erwarte Gesamt-Signaldauer vom DMS ist einmalig ca. 1-2 ms lang. Das Signal der Halbbrückenschaltung ist vermutlich 1-2 mV im Peak. Über Vollbrückenschaltung könnten ich eventuell im Peak 2-4 mV rausholen. Exaktere Werte hätte ich nur nach der Messung. Also lieber im Minimalfall 1mV im Peak annehmen. Den erwarten Signalverlauf habe ich als Bild angehängt. Also: steiler Anstieg, nahezu rechteckig, und etwas flacher zum Schluss. Neben dem Peak vom Signal interessiert mich insbesondre der konkrete Verlauf (wie verläuft der Anstieg etc.). Auch das zweite Sinusartige Signal möchte ich auslesen. Versuchsweise habe ich den Aufbau schon mit zwei hintereinander geschalteten AD623 Verstärker - Modulen von Amazon und mit einem Microcontroller mit 1 MHz Ad-Wandler ausprobiert. Für langsame (statische) Signale funktionierte das mit Software Tiefpass (gleitender Mittelwert über sehr viele Messungen) auch ganz gut. Die benötigte dynamische Messung konnte ich so aber nicht durchführen. Im Kern war der Aufbau eher als Küchenwaage und 50 Hz Empfänger tauglich. Als Problem konnte ich in diesem Aufbau den Verstärker ausmachen. Zumindest kam der 1 MHz Ad-Wandler (ein Arduino) mit einem 250 kHz Rechtecksignal super klar, nur mit Verstärker für das kleine Brückensignal wurde dann das Signal ein Rauschen ohne jeglichen Informationswert (naja... die Netzfreqzenz von 50 Hz und ganz viele andere Spitzen hatte die FFT-Analyse dann doch gezeigt ;-) ) Bitte korrigiert daher gerne falsche Annahmen von mir und gibt mir Hinweise für einen sinnvolleren Messaufbau: Variante 1: Nur gutes Oszilloskop statt 30 € Arduino verwenden. Konkret: a) Brückenschaltung b) Referenzspannungsquelle (Spannungsreferenzmodul, 2,5 V/5 V/7,5 V/10 V Hochgenaue Elektronische Komponente AD584 Spannungsreferenzmodul Karte. Gerne auch besseres Setup empfehlen, falls es jemand kennt? c) gutes Oszilloskop (https://www.picotech.com/oscilloscope/4262/picoscope-4262-overview. <-- das scheint mir pauschal für meine Zwecke gut , viel Auflösung auch im mV -Bereich, und soo schnell ist mein Signal ja letztlich dann doch nicht..) d) am Oszilloskop geerdetes und geschirmtes Kabel zur Brückenschaltung/DMS. Variante 2: Variante 1 + Verstärker Oder muss ich das Signal vorher verstärken und dann an ein Oszilloskop (weil z. B. im mV - Bereich Oszilloskope nicht mehr sehr genau sind): Wenn ja, welche Bandbreite bräuchte ein Verstärker? Mir ist aus dem Studium noch das Theorem von Shannon in Erinnerung geblieben. Aber aus 1 ms Signal Dauer = 1000 Hz, mal 2 (Shannon) = 2000 Hz zu schlussfolgern, kommt mir falsch vor. Ich würde bedingt dadurch, dass ich den Signalverlauf messen will, eher mehr vermuten? 100 kHz ? 50 kHz? Keine Ahnung! Wie gesagt habe ich den Aufbau mit zwei hintereinander geschalteten 20 € - AD623 Modulen von Amazon schon probiert, und der AD623 ist laut meinem Verständnis vom Datenblatt dafür auch theoretisch ok. Praktisch funktionierte dieser Aufbau aber, wie bereits geschrieben, nur statisch. Die "Premium-Variante" eines Verstärkers (Hottinger mit ML10 und besser) hätte z.B. eine Bandbreite von 100 kHz. Die Preise für so etwas sind allerdings auch gebraucht SEHR hoch und gefühlt dann doch ein Overkill für meine Anwendung. Oder gibt es da günstigere Varianten? Oder bräuchte ich für so ein Signal nur Verstärker bis 10 kHz? Da wäre dann die Auswahl der Verstärker deutlich höher und man ist mit mit 1-2 Hundert € dabei... 4: Kann ich das anders sinnvoll erschlagen? Gefühlt hapert es bei mir "nur" an der rauscharmen Verstärkung. Über Rückmeldungen würde ich mich sehr freuen! PS: Falls sich jemand an der Einheit "sinnvoll, rauscharm" etc. stört. Ich bin kein E-Ing. und will es auch nicht mehr werden :-), daher die Beschreibung vom Signal. Wenn ich die Kurven so gut rausbekomme wie in dem gezeigten Bild, wäre ich völlig zufrieden.
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Arne schrieb: > Wenn ich die Kurven so gut rausbekomme wie in dem gezeigten Bild, wäre > ich völlig zufrieden. Wie wurden denn die Kurven aus dem Bild ermittelt? Falls das wirklich nur für Forschung und Entwicklung ist und nicht in der Form in ein Produkt integriert werden soll, finde ich den Ansatz mit Oszi nicht schlecht. Dazu Differenztastköpfe, um aus den DMS-Brücken ein Signal ohne 50Hz raus zu bekommen. Ist aber eigentlich overkill, denn... Arne schrieb: > Theorem von Shannon in Erinnerung geblieben. Aber aus 1 ms Signal Dauer > = 1000 Hz, mal 2 (Shannon) = 2000 Hz zu schlussfolgern, kommt mir falsch > vor. Ich würde bedingt dadurch, dass ich den Signalverlauf messen will, > eher mehr vermuten? Faktor 5 über Shannon ist gefühlt die Grenze zu brauchbar. Shannon sagt ja nur, dass man Frequenzkomponenten bis fs/2 noch sehen kann. Dein fein zackiger Verlauf da hat noch höhere Frequenzkomponenten in sich. fs=1MHz ist aber irgendwie grob zuviel. Audiofrequenzbereich reicht wohl aus. Arne schrieb: > Gefühlt hapert es bei mir "nur" an der rauscharmen Verstärkung. Dein 50Hz-Detektor sollte sich mit differentiellen Signalen, statt single-Ended, bereits erschlagen lassen. Dabei sollte die Umsetzung Diff-zu-Single-Ended nah am ADC sein. mfg mf
Hallo Achim, vielen Dank für die Rückmeldung. Die Kurven wurden ca. 1997 im Rahmen einer Dissertation bei der PTB erstellt. Messequipment war nach meinem Verständnis das damalige Non-Plus-Ultra. Das heißt: Messverstärker mit 500 kHz Grenzfrequenz von Rohrer Electronik und dann Transientenrecorder mit 10 Bit alle 2 microSekunden. Bei industrieller Messung (also nicht PTB... :-) wird das gemessene Signal laut Literatur standardmäßig mit einem 20 kHz Tiefpass geglättet. Wobei dies vielleicht auch ein Relikt aus Zeiten ist, in denen die Messtechnik im Kern zum 20 kHz Tiefpass zwang und man jetzt vergleichbare Ergebnisse im Peak haben möchte....und daher bei 20 kHz bleibt. Zum eigentlichen Punkt: verstehe ich Dich richtig, dass ein Verstärker mit 20 kHz (passt ja auch gut zu Deiner Aussage ... Audio...) hinreichend wäre? Dann würde ich statt Oszilloskop einen passenden Verstärker suchen. Ich frage, da die kleinen Peaks im Signal ja irgendwo bei 8000 Hz liegen, mit Deinem Faktor 5, wäre ich bei 40 kHz, grob gerundet also 50 kHz. Danke Arne PS: Es wird bei F&E bleiben. Das Marktvolumen für ein abgeleitetes Produkt würde ich im besten Fall bei 10-20 Stk. pro / Jahr und 'nem Verkaufspreis von 500 bis 750 € sehen. Evtl. sind es aber auch nur 2-5 / Jahr. Da bekommt man vermutlich keine Rechnung dran. Oder und off-Topic und aus allgemeiner Neugierde, bekomme ich sowas als Add-On für 'nen Arduino für 2000 € entwickelt und dann vielleicht Kosten von 100 € pro Platine und Gehäuse?
@Arne: schau dir Mal die Palette von HBM an. Da sollte im Budget was passendes sein, insbesondere wenn du nach 2nd Hand schaust.
Andrew T. schrieb: > @Arne: schau dir Mal die Palette von HBM an. Da sollte im Budget was > passendes sein, insbesondere wenn du nach 2nd Hand schaust. Hi Andrew, danke für die Rückmeldung. Ich hatte da eigentlich nur die MGC-Serie mit ML10 gefunden... die war schon gebraucht > 1000 €
Arne schrieb: > Wenn ja, welche Bandbreite bräuchte ein Verstärker? Das kannst du mittels Faustformel abschätzen. Die Anstiegszeit tr des Messverstärkers 3...5 Mal geringer als die Anstiegszeit des zu messenden Signals auslegen. Daraus die notwendige analoge Bandbreite (0,35/tr) des Verstärkers/AD-Wandlers bestimmen. Die Abstastrate sollte dann min. das 3...4-fache der Bandbreite betragen.
Manche Oszilloskope können zweikanalig messen und die Differenz aus den beiden Kanälen bilden. Dann brauchst du keinen Diffenzial-Tastkopf und auch keinen Messverstärker.
Steve van de Grens schrieb: > Manche Oszilloskope können zweikanalig messen und die Differenz aus den > beiden Kanälen bilden. Dann brauchst du keinen Diffenzial-Tastkopf und > auch keinen Messverstärker. Hallo Steve, wie würde ich denn das konkret anschließen? Also z.B. an eine Voll- oder Halbbrücke. Das PicoScope hätte 2 Kanäle und läuft nur über USB. Das an Notebook mit Akku und alle Probleme gelöst? Gruß Arne
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Arne schrieb: > wie würde ich denn das konkret anschließen?
1 | Batterie |
2 | +---------------||---------------------+ |
3 | | - + | |
4 | | | |
5 | | R1 R2 | |
6 | +------[===]-------o-------[===]-------+ |
7 | | Kanal A | |
8 | | | |
9 | | R3 R4 | |
10 | +------[===]-------o-------[===]-------+ |
11 | | Kanal B |
12 | GND |
Die beiden GND Anschlüsse der beiden Tastköpfe kommen an GND. Anstelle der Batterie kann man auch ein Netzteil nehmen, aber für einen einmaligen nicht dauerhaften Aufbau scheint mir das mit dem Akku einfacher zu, da diverse potentielle Seiteneffekte vom Netzteil vermieden werden.
Steve van de Grens schrieb: > Manche Oszilloskope können zweikanalig messen und die Differenz > aus den > beiden Kanälen bilden. Dann brauchst du keinen Diffenzial-Tastkopf und > auch keinen Messverstärker. Oder man nimmt eines der fertigen Module mit AD620, die gibts für um die 5€.
Steve van de Grens schrieb: > Arne schrieb: >> wie würde ich denn das konkret anschließen? > >
1 | > Batterie |
2 | > +---------------||---------------------+ |
3 | > | - + | |
4 | > | | |
5 | > | R1 R2 | |
6 | > +------[===]-------o-------[===]-------+ |
7 | > | Kanal A | |
8 | > | | |
9 | > | R3 R4 | |
10 | > +------[===]-------o-------[===]-------+ |
11 | > | Kanal B |
12 | > GND |
13 | > |
> > Die beiden GND Anschlüsse der beiden Tastköpfe kommen an GND. Anstelle > der Batterie kann man auch ein Netzteil nehmen, aber für einen > einmaligen nicht dauerhaften Aufbau scheint mir das mit dem Akku > einfacher zu, da diverse potentielle Seiteneffekte vom Netzteil > vermieden werden. Danke! Das werde ich versuchen. Zwei Nachfragen: 1: Ich werde also als Spannung Kanal A - Kanal B aus und nutze dann die "normalen" Formeln zu den Messbrücken um DMS umzurechnen? 2: Ist bei einer Batterie nicht die langsam abnehmende Spannung ein Problem? Wenn ich beispielsweise erst mit 5.000 V messe und dann eine Woche später mit 4.950 V Dann wäre die Vergleichbarkeit der Messungen ja nicht mehr gegeneben... Sonst scheint mir das mit dem Akku sehr gut geeignet. Das Ding muss nur ein paar Messungen über einen Zeitraum von vielleicht einem Monat funktionieren.
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Arne schrieb: > Ist denn nicht die langsam abnehmende > Spannung der Batterie ein Problem? Wenn ich beispielsweise erst mit > 5.000 V messe und dann eine Woche später mit 4.950 V Jetzt kommen nach und nach die Salami Scheiben. Du kannst ja zusätzlich einen Spannungsregler einsetzen, der die Spannung konstant hält. Oder du dividierst die gemessene Spannung durch die momentane Batteriespannung, so dass sie sich heraus kürzt. Wobei die allermeisten Oszilloskope eh keine Präzisionswerkzeuge sind, was die Höhe der Spannung angeht. Der Unterschied zwischen 5.000 V und 4.950 V geht eventuell schon im Rauschen unter. Aber bei größeren Unterschieden würde es schon Sinn machen.
Steve van de Grens schrieb: > Arne schrieb: >> Ist denn nicht die langsam abnehmende >> Spannung der Batterie ein Problem? Wenn ich beispielsweise erst mit >> 5.000 V messe und dann eine Woche später mit 4.950 V > > Jetzt kommen nach und nach die Salami Scheiben. Du kannst ja zusätzlich > einen Spannungsregler einsetzen, der die Spannung konstant hält. Oder du > dividierst die gemessene Spannung durch die momentane Batteriespannung, > so dass sie sich heraus kürzt. > > Wobei die allermeisten Oszilloskope eh keine Präzisionswerkzeuge sind, > was die Höhe der Spannung angeht. Der Unterschied zwischen 5.000 V und > 4.950 V geht eventuell schon im Rauschen unter. Aber bei größeren > Unterschieden würde es schon Sinn machen. Besten Dank! Ich werde es mit Deinem Ansatz morgen nach Feierabend versuchen. Wenn ich das Signal erst einmal "sauber" im PC habe, bekomme ich die Kalibrierung/Kompensation später schon vernünftig hin.
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Arne schrieb: > Wenn ja, welche Bandbreite bräuchte ein Verstärker? Das kommt drauf an, wie gut du die steil ansteigende Flanke zu fassen kriegen musst.
Rainer W. schrieb: > Arne schrieb: >> Wenn ja, welche Bandbreite bräuchte ein Verstärker? > > Das kommt drauf an, wie gut du die steil ansteigende Flanke zu fassen > kriegen musst. Hallo Rainer, siehe das Diagramm aus meinem ersten Post. Gruß - Arne.
Arne schrieb: > Hallo Rainer, siehe das Diagramm aus meinem ersten Post. Das Digramm sagt nicht aus, wie gut du den Impuls erfassen willst. Was sind deine Kriterien, welche Abweichungen kannst/willst du zulassen?
Folgende Genauigkeiten möchte ich bei den Messwerten erreichen: Peak: Absoluten Peak des Signals mit einer Genauigkeit besser 2.5%. Anstiegszeit: Unter Anstiegszeit verstehe ich die Zeit von der 0-Auslenkung bis zum Peak, ebenfalls mit einer Genauigkeit von 2.5%. Abfallzeit: Ebenfalls mit einer Genauigkeit von 2.5%.
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Arne schrieb: > Folgende Genauigkeiten möchte ich bei den Messwerten erreichen: Das klingt erfreulich moderat, ich denke da bist du mit einem Oszilloskop schon auf dem richtigen Weg. Meins wäre dafür unzureichend, aber das ist ja auch in einer ganz andere Preisklasse, als dein Picoscope.
Arne schrieb: > Hallo Rainer, siehe das Diagramm aus meinem ersten Post. Gruß - Arne. Die Frage war nicht, wie die Zeitkurve aussieht, sondern wie genau du insbesondere die Flanke erfassen musst, damit die Messung ihren Zweck erfüllt. Es ist ein Trade-off zwischen Rauschenergie in den Daten und exakter Erfassung der hohen Frequenzanteile des Pulses. Die andere Frage ist, welche Bandbreite dein mechanischer Aufbau inklusive Verklebung hat, den du mit deinem DMS verklebt hast, also wie gut dein DMS die Messgröße überhaupt erfassen kann. Rechne dir das Spektrum aus. Dann siehst du, wo die Energie steckt. Aus der Zeitkurve im JPEG einen Datensatz zu erzeugen, den man durch die FFT schicken kann, tue ich mir jetzt nicht an. Reste vom Netzbrummen kannst du auch bei der Datenaufbereitung rausrechnen. Messe das Netzbrummen als separaten Kanal und ziehe das Brummen hinterher von deinem Signal ab (50Hz Residuum auf 0 optimieren). Sonst geht der Brummanteil abhängig von der Phasenlage in deine Pulsauswertung ein.
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Arne schrieb: > Anstiegszeit: > Unter Anstiegszeit verstehe ich die Zeit von der 0-Auslenkung bis zum > Peak, ebenfalls mit einer Genauigkeit von 2.5%. Damit stehst du ziemlich alleine da und die Genauigkeit wirst du wegen des für eine exakte Zeitbestimmung ungünstigen Kurvenverlaufs nicht erreichen. Anstiegs- und Abfallzeiten bestimmst du besser an Stellen mit steilem Kurvenverlaufs und nicht dort, wo die Kurve einen Buckel macht. Üblich ist z.B. die Zeit zwischen 10% und 90% des Anstiegs.
Arne schrieb: > > 2: Ist bei einer Batterie nicht die langsam abnehmende Spannung ein > Problem? Wenn ich beispielsweise erst mit 5.000 V messe und dann eine > Woche später mit 4.950 V Dann wäre die Vergleichbarkeit der Messungen ja > nicht mehr gegeneben... > Sonst scheint mir das mit dem Akku sehr gut geeignet. Das Ding muss Wie wäre es eine 9...12v Batterie zu nehmen, einen REF5050 von ti.com nach zuschalten. Dann sind die 5 Langzeit stabil.
Andrew T. schrieb: > Arne schrieb: >> >> 2: Ist bei einer Batterie nicht die langsam abnehmende Spannung ein >> Problem? Wenn ich beispielsweise erst mit 5.000 V messe und dann eine >> Woche später mit 4.950 V Dann wäre die Vergleichbarkeit der Messungen ja >> nicht mehr gegeneben... >> Sonst scheint mir das mit dem Akku sehr gut geeignet. Das Ding muss > > > Wie wäre es eine 9...12v Batterie zu nehmen, einen REF5050 von ti.com > nach zuschalten. Dann sind die 5 Langzeit stabil. Danke für die Idee. Bei der Recherche habe ich gesehen, dass es für den Nachfolger ein Eval - Board gibt. Das Konzept von Eval. Boards kannte ich bislang gar nicht. Könnte ich nicht einfach ein geeignetes Eval.Board z. B. hier bestellen? Kann ich nicht einfach z.B. hier https://www.digikey.de/de/products/filter/evaluierungsboards/evaluierungsboards-operationsverstärker/ ein passendes Board auswählen? --> Hinweise für ein gutes Board nehme ich gerne entgegen. :-)
Ein egal Board für eine REF5050, die nur 3 Anschlüsse benötigt um zu funktionieren? Echt jetzt?
An deiner Uni gibt es sicher min. 20 Messverstärker von HBM. Leih dir einen aus, der kann das!
Wenn Du den Brückenverstärker selber bauen wills, suche mal nach INA217 preamplifier board Die sind zwar für Mikrofone mit DC Filter , aber die Kondensatoren muss man ja nicht einbauen (ebenso die Phantomspeisung) . Dafür fehlt eine Offsetkompensation ;) Die Boards und den INA gibt es in DIP Ausführung, das ist DIY freundlich. Nach Datenblatt bei Verstärkung 100 noch 800kHz 3dB Bandbreite. Erfassung mit Scope hat den Scharm, dass so ein Scope beim Basteln eh praktisch ist. Bei den kurzen Pulsen würde ich aber auch mal die Soundkarte versuchen.
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Wie viel Strom fließt eigentlich durch solch einen Dehnmessstreifen? Waren die nicht recht niederohmig? Hier würde ich einen Vorwiderstand einen Kondensator aufladen und bei Bedarf der Messung diesen dem DMS über einen MOSFET zuschalten. Wenn du die Differenzspannung zwischen (A) und (B) misst, spielt dann die tatsächliche Betriebsspannung noch eine Rolle? Warum überhaupt eine Gleichspannung als Betriebsspannung verwenden und keinen 1VRMS Sinus mit 1kHz? Dass sich die 1kHz differentiell besser verstärken lassen, als eine Gleichspannung, erscheint mir plausibel.
Arne schrieb: > Als Problem konnte ich in diesem Aufbau den Verstärker ausmachen. > Zumindest kam der 1 MHz Ad-Wandler (ein Arduino) mit einem 250 kHz > Rechtecksignal super klar, nur mit Verstärker für das kleine > Brückensignal wurde dann das Signal ein Rauschen ohne jeglichen > Informationswert (naja... die Netzfreqzenz von 50 Hz und ganz viele > andere Spitzen hatte die FFT-Analyse dann doch gezeigt ;-) ) Mach dich mal hier schlau: https://www.me-systeme.de/de/technik-zuerst/sensoren/aufloesung Besonders interessieren dürfte dich das Kapitel "Einflussfaktoren auf die Auflösung", dort ev. das Unterkapitel "Bandbreite". Mit der Herangehensweise, die Signalqualität im Frequenzbereich zu beurteilen, liegst du jedenfalls nicht falsch. Achtung: Nicht nur Messverstärker rauschen, sondern auch Widerstände, u.A. auch die DMS selbst... Die AN-15 von PMI bietet eine gute Übersicht über die verschiedenen Rauschquellen. Kann ganz hilfreich sein, um Störquellen zu lokalisieren. Die AN findet man z.B. in https://usermanual.wiki/Document/1977PMILinearandConversionICProducts.1568380444.pdf
Ich hab einfach mal hier im Forum nach DMS gesucht: https://www.mikrocontroller.net/search?query=DMS&forums%5B%5D=1&forums%5B%5D=19&forums%5B%5D=9&forums%5B%5D=10&forums%5B%5D=2&forums%5B%5D=4&forums%5B%5D=3&forums%5B%5D=6&forums%5B%5D=31&forums%5B%5D=17&forums%5B%5D=34&forums%5B%5D=11&forums%5B%5D=8&forums%5B%5D=14&forums%5B%5D=12&forums%5B%5D=7&forums%5B%5D=5&forums%5B%5D=15&forums%5B%5D=13&forums%5B%5D=18&forums%5B%5D=16&max_age=-&sort_by_date=1 Die verschiedenen Brückenschaltungsvarianten, Temperaturabhängigkeiten usw. sind klar und es geht nur noch um ein schnelles Signal? Das wird dann schwierig, das bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen in ausreichender Wiederholgenauigkeit abzubilden, fürchte ich. Du brauchst ja ordentlich Bandbreite und Verstärkung. aus der Forensuche: Beitrag "Re: Instrumentenverstärker für DMS"
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