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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sensor nichtlinear verstärkt auswerten?


Autor: Santiago (Gast)
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Hallo,

vielleicht ist der Titel nicht ganz richtig formuliert - mir viel keine 
bessere Kurzfassung ein.

Es geht um folgenden Patienten: 
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/17...
einen FSR-Drucksensor, oder auch Kraftsensor.

Das mir vorliegende Exemplar hat zu Beginn des mich interessierenden 
Messbereiches einen Widerstand von ca 6 MOhm und bei Messbereichsende 
ca. 10 KOhm.

Zudem möchte ich gerne 2 Funktionen mit dem Sensor abdecken:
1. ich möchte eine "Kollisionserkennung"
2. ich möchte eine aufzubauende Kraft begrenzen, d.h. bei einem 
bestimmten Grenzwert abregeln.

Für Punkt 2 liege ich wahrscheinlich im Bereich von den 10kOhm. Der ist 
auch nicht weiter problematisch. Den alleine könnte ich wahrscheinlich 
selbstständig packen.

Für Punkt 1 wäre der Messbereich so um die 6 MOhm herum. Wenn ich mit 
Vorspannung arbeite, komme ich vielleicht auf 1 MOhm. Hier interessiert 
mich nicht der absolute Wert des Sensors, nur ein Anstieg der Spannung 
(bzw. Abfall des Widerstandes) soll möglichst schnell erkannt werden.

Jetzt habe ich 2 Probleme:
a) Ich habe aus einem OP-Tutorial eine Messverstärker-Schaltung mit 
Berechnungsproggy, was auch z.B. mit einem optischen Sensor ganz gut 
funktionierte.
Für den FSR-Sensor erhielt ich eher unsinnige Werte, d.h. ich weiß nicht 
genau, wie ich den Verstärker (LM324) beschalten soll.

b) bei dem gewünschten Messbereich von 6 MOhm reagiert der Sensor extrem 
träge. Ich habe den versuchsweise mit 2 Multimetern versucht 
auszumessen, das Eine lieferte nix Brauchbares (die Methode der 
Widerstandsbestimmung erscheint mir suboptimal), beim Anderen war die 
Kollision recht gut zu erkennnen, aber danach war der Sensor ca. 1 
Sekunde mit sich selbst beschäftigt (wenn ich ihm keine größere Kraft 
zur Auswertung gab).

Beide Sensorzustände wollte ich per ADC eines ATmegas erfassen (schätze 
ich brauche 2 Kanäle mit unterschiedlicher Verstärkung).

Geht das überhaupt, was ich mir so vorgestellt habe?
Wenn ja, wie kann ich den Sensor mit 2 unterschiedlichen/unabhängigen 
Verstärkern auswerten?
Oder kann ich einen Verstärker so beschalten, dass der Anfangsbereich 
sehr stark verstärkt, der Endbereich (so ab 100k) kaum noch oder nur 
linear verstärkt wird?

Autor: Hannes J. (Firma: eHaJo.de) (joggl) Benutzerseite Flattr this
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Du kannst mit Hilfe von Impedanzwandlern praktisch ganz viele einzelne 
Verstärkungen erzielen. Du kommst also mit der Messpannung vom 
Kraftsensor auf zwei verschiedene Impedanzwandler hinter denen du 
nochmal einen Verstärker mit beliebiger Verstärkung steckst. Praktisch 
gesehen beinflussen sich dann die Messungen nicht bzw. vernachlässigbar 
wenig.

Autor: Santiago (Gast)
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Hallo Hannes,

herzlichen Dank für die aussagekräftigen Suchbegriffe. :)

Nur zur Kontrolle, ob ich es auch richtig verstanden habe (ein LM324 hat 
ja 4 separate OPs.):
Dann könnte ich den Spannungsteiler vom Sensor auf 2 OPs als 
Spannungsfolger geschaltet geben (die Eingänge der beiden also 
kurzgeschlossen) und den jeweiligen Ausgang der OPs auf einen noch 
freien OP-Eingang, diesen jetzt aber als Messverstärker beschaltet?
Das gäbe dann 2 unabhängige Eingänge für den ADC-Wandler? - OK so?

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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ein logarithmischer Verstärker könnte die gewünschte Funktion bieten. 
Eine einfache Applikation steht im Datenblatt zum LM13600:
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/86...
Log-Amps sind allerdings sehr temperaturabhängig.

Autor: Santiago (Gast)
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Hallo Christoph,

danke für den Hinweis und insbesondere für die Warnung.

Mein Englisch reicht leider nicht aus, die einzelnen Schaltungen in dem 
Datenblatt zu verstehen (zu viele Fachbegriffe, mit denen ich nix 
anfangen kann). Ich bin Anfänger in der ganzen HW-Materie, d.h. es 
reicht mir (noch?) nicht, nur einen Schaltplan zu sehen.
Andererseits ist Temperaturabhängigkeit nix, was ich mir ans Bein binden 
mag.

Der Sensor soll mal in eine robuste Maschine rein, die ich Sommers wie 
Winters benutzen möchte, ohne drüber nachdenken zu müssen, ob sie noch 
neu kalibriert werden muss. Kann sein, dass der Sensor nicht der 
Richtige ist, muss sich zeigen. Wichtig ist mir, dass ich beide Zustände 
sicher und schnell erfassen kann.

Nachdem kein Veto zu meinem obigen Verständnis kam, werde ich den Ansatz 
mal weiter verfolgen.

Autor: Hannes J. (Firma: eHaJo.de) (joggl) Benutzerseite Flattr this
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Genau so hätte ich mir das gedacht, ja.
Hab den LM324 nicht im Kopf und weiß ja nicht wie genau das ganze sein 
soll. Es kann vielleicht sogar schon reichen, dass du (wenn die Pegel 
passen) dir den Instrumentenverstärker sparst und einfach ne normale 
Spannungsverstärkung machst. Also 2 OPVs für die Spannungsfolger und 
noch zwei für die zwei verschiedenen Verstärkungen.
/hannes

Autor: Matt (Gast)
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Würde evtl. schon ein einfacher nichtinv. Verstärker ausreichen, dem man 
mittels Zener/LED/... parallel zum Rückkopplungswiderstand (evtl. mit 
zus. Serienwiderstand) einen Knick in der Kennlinie verpasst? Der Knick 
läge vor der Region, wo nur die Änderung erfasst werden soll, also 
duerfte die Temperaturabhängigkeit und der nichtlineare Widerstand der 
Zener/LED egal sein.

Wozu mehrere Impedanzwandler?


Grüße

Autor: Matt (Gast)
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Das ganze als Bild.

Autor: Ekschperde (Gast)
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Der Knick würde genauso temperaturabhängig sein.

Für temperaturkompensierte Logarithmierer gibt es immerhin fertige 
Schaltungen.
Das Einstellen der Kompensation ist auch relativ einfach.
Lötkolben in die Nähe des aktiven Elements halten und dann
die Kompensation eingestellt.

Den LM324 solltest du in dem Zusammenhang auch durch etwas besseres 
ersetzen.

Autor: Santiago (Gast)
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@Hannes
Danke für's Viehtbäck :)

Also nen Instrumentenverstärker hatte ich nicht vor zu bauen. Schätze 
wir liegen auf gleicher Linie.
Der LM324 hat 4 OPs und das paßt dann genau für 2 Spannungsfolger und 
Verstärker. Ich hatte Meßverstärker geschrieben, weil in der 
Beschaltung, wie ich sie habe, eine Verstärkung und eine Offsetanpassung 
erfolgt. Aus dem Grund lasse ich mir die 4 Widerstände auch dann 
ausrechnen.

Bei der Kollisionserkennung ist mir Genauigkeit piepe. Hier möchte ich 
nur wissen, wann's losgeht.
Werde hier mal mit einer Verstärkung von 1000 kalkulieren.

Beim linearen Bereich, in dem dann die (Sicherheit-)Abschaltung erfolgen 
soll, ist mir Genauigkeit ebenso wichtig, wie eine hohe 
Reproduzierbarkeit. Gut, ich werde noch einen Sicherheitsfaktor mit 
einbauen, aber wenn die Abschaltung zu spät erfolgt, gibt es Schaden - 
und den soll ja diese Sensorschaltung "eigentlich" vermeiden.
Hier werde ich mit einer Verstärkung von 10 arbeiten, weil die 
Abschaltschwelle variabel sein soll und ich noch nicht genau weiß, in 
welchem Bereich die liegen kann. Hoffentlich reicht die Genauigkeit 
dann.

@Matt
Mag sein, dass ein Impedanzwandler reichen würde - dann wäre der 
entsprechende OP trotzdem auf der Platine.

LOL
Du warst schneller als ich :)
Wollte gerade schreiben: "Ich bin noch nicht so fit, dass ich Deinen 
Gedankengang einfach umsetzen könnte."
Da sehe ich, dass Du diese Antwort erwartet hast. Danke für den Plan.
Ich werde also etwas experimentieren.

> Der Knick würde genauso temperaturabhängig sein.
Also da hätte ich kein Problem mit. Den könnte ich in einen Bereich 
legen, der mich garnicht interessiert.
Ist nur die Frage, wie sieht es nach dem Knick aus?
Vor dem Knick soll die Gerade steil sein und nach dem Knick genau. 
Genau!

> Den LM324 solltest du in dem Zusammenhang auch durch etwas besseres
> ersetzen.

Hm - wenn die Schaltung klappen sollte, dann kann ich immer noch 
optimieren.
Von den Teilen habe ich etliche hier rumfahren, warum also nicht 
verwenden?
Ich möchte auch erstmal feststellen, ob ich mit dem Sensor und der 
ganzen Idee überhaupt klarkomme.

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