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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DMS mit OPV verstärken


Autor: Alex (Gast)
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Hallo allerseits,

Ich habe einen Versuch mit einer Stimmgabel, die ich auf 
Resonanzfrequenz erregen muss. Das geschieht mittels einer Hi-Fi Box 
(Frequenzgenerator, Verstärker, Lautsprecher). Die Erregung funktioniert 
auch ohne Probleme. Mein Problem liegt in der Auswertung von den 
Stimmgabeldaten.   An der Stimmgabel sind zwei Dehnungsmessstreifen 
angebracht. Jetzt möchte ich gerne über ein Oszilloskop den an der 
Stimmgabel anliegenden Frequenz messen. Dafür habe ich die 
Dehnungsmessstreifen in eine Wheatstonesche Brücke zusammen geschaltet. 
Das Signal soll ich mit Hilfe des OPV(741) Verstärken. Die Schaltung 
habe ich wie auf den Bild dargestellt realisiert. Hier liegt auch schon 
das Problem, ich sehe nur rauschen auf dem Oszilloskop :).
Ich hoffe ihr könnt mir helfen

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> die Dehnungsmessstreifen in eine Wheatstonesche Brücke zusammen
> geschaltet. Das Signal soll ich mit Hilfe des OPV(741) Verstärken.
Rechne dir mal die Brückenspannung aus....
Du willst Signaländerungen im uV-Bereich mit dem Uralt-Veteranen 741 
verstärken?  :-(
Ich würde dir auf jeden Fall einen Differenzverstärker vorschlagen, oder 
wenigstens eine AC-Kopplung mit Kondensator zwischen Brücke und OPAmp.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

es gibt viele Möglichkeiten, woran das liegen kann.

- Als OPV gut geeignet ist der OPV AD8230. Im Datenblatt ist eine 
geeignete Verstärkerschaltung angegeben:
http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparator...
Der 741er ist nicht besonders gut geeignet.

- Auch sehr gut geeignet, aber nur mit µC auslesbar, ist der 
Analog-Digital-Wandler
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ads1232.html

- Hast Du die DMS so angeordnet, daß der eine gestaucht wird, wenn der 
andere gestreckt wird?

- Du solltest nach Möglichkeit 5V als Versorgung für die Meßbrücke 
nehmen, nicht 1V, damit das Ausgangssignal größer wird.

- Kann es sein, daß Du vergessen hast, die Versorgungsspannung des OPV 
unmittelbar in der Nähe des Bauteils (d. h. wenige Millimeter daneben) 
gegen Masse zu entstören (z. B. mit einem 100nF Keramikkondensator)?

- Hast Du die Zuleitungen zur Stimmgabel verdrillt (das solltest Du)?

- Weshalb benutzt Du kein Tiefpaßfilter (Kondensator parallel zum 
Rückkopplungswiderstand, die Grenzfrequenz fg=1/(2*pi*R*C) sollte etwa 
doppelt so groß sein wie die Schwingfrequenz der Stimmgabel)?

- Bei der Verstärkerschaltung gibt es ein kleines unmittelbares Problem: 
Sie verfälscht die Differenzspannung, weil Du mit 1000 Ohm 
Innenwiderstand abgreifst anstelle von hochohmig. Für qualitative 
Anzeigen oder Messungen der Schwingfrequenz ist das ok, für quantitative 
Messungen nicht.

- Hast Du den Masseanschluß des Tastkopfes angeschlossen?

- Benutzt Du einen 1:1 Tastkopf (keinen 10:1)?



Gruß,
  Michael

Autor: Alex (Gast)
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Uii ihr seid Fix, nicht gedacht das ich so schnell  eine Antwort 
bekomme.
Entschuldigt mich für meine Unwissenheit, ich bin Anfänger in Sachen 
Elektronik.
-zum OPV
Vielen Dank Lothar und Michael für die gute Ersatzvarianten, kann ich 
aber leider nicht verwenden. Das ist ein Schulversuch und wir müssen den 
OPV nehmen :(.
- der Anschluss der DMS habe ich überprüft. Wenn ich die Stimmgabel 
minimal zusammendrücke, verkleinert sich die Spannung (sowas tut man 
nicht :))
- 5 V werden eingestellt :)
- Den 100nF Kondensator als Entstörung werde ich in die Schaltung 
reinbringen, wenn wir so etwas überhaupt haben :D
-  Die Zuleitungen waren nach dem letztem Kenntnisstand nicht verdrillt; 
wird's gemacht.
- Tiefpassfilter (parallel zum Rückkopplungswiederstand) wurde von mir 
falsch eingesetzt. Ich hatte 20nF verbaut. Es sollte nach der Formel 3nF 
reinkommen. Vielen Dank für die Formel :).
ja, ich verwende den Tastkopf der ist auf 1:1 eingestellt.

Soll ich die Verstärkung etwas höher einstellen, da das Signal wie schon 
Lothar gesagt hat in uV Bereich liegt?
Ich kämpfe mit der Schaltung schon zwei Tage, jetzt habe ich mich 
endlich entschlossen bei euch um Rat zu fragen.

Autor: ahem (Gast)
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Ja, das sollte schon gehen, die Quellenimpedanz ist um die 60 Ohm, der 
OpAmp zieht davon mit 1k und die Verstaerkung ist 100. Jetzt nochmals 
eine solchen 100x Stufe hintendran und gut ist. Allerdings sollte man 
die Stufen AC Koppeln, sonst ist man dauernd am Offset-Abgleichen. Die 
Grenzfrequenz des Tiefpasses ist etwas unter 1kHz. Der OpAmp sollte bei 
GBW=100k noch etwas Reserve haben. Passt.

Autor: Ratzi_ratlos (Gast)
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...schaue dir die Grundschaltung des Differenzialverstaerkers an...ein 
MUST fuer Dehnungsmessbruecken.

Autor: Lukas B. (lukas-1992) Benutzerseite
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also ich würd auch einen Differenzverstärker mit einem OP verwenden.

Autor: ahem (Gast)
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Bei AC Kopplung ist es eh dasselbe.

Autor: Ulrich (Gast)
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Da es hier nur um Wechslespannung geht, wäre der AD8230 (chopper OP) 
keine gute Wahl. Besser wäre da ein Low noise Typ wie OP27, LT1028, 
NE5534,...

Es gibt auch wesentlich passendere Sensoren als DMS. Piezoelemente 
sollten ein wirklich großes Signal abgeben, auch wenn man die wegen der 
Dämpfung an einen Bereich mit wenig Dehnung plaziert.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Ja, das sollte schon gehen, die Quellenimpedanz ist um die 60 Ohm,
Die Quellenimpedanz ohne den angeschlossenen 1k-Widerstand ist 120 Ohm, 
nicht 60 Ohm.

Das siehst Du, wenn Du Dich von einer Klemme des Differenzsignals zu der 
anderen bewegst. Du gehst über 120 Ohm || 120 Ohm zu den als 
kurzgeschlossen angenommenen Versorgungsanschlüssen und dann in Serie 
über 120 Ohm || 120 Ohm zu der anderen Klemme. Das macht zusammen 120 
Ohm.


Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

AC-Einkopplung bedeutet, daß Du die Gleichspannung vom OPV abblockst und 
nur die Wechselspannung verstärkst. Das ist in Deinem Fall nützlich, 
weil sonst die Ausgangsspannung des OPV gerne wegdriftet. Das gilt 
besonders dann, wenn Du - um eine größere Verstärkung zu erreichen - 
noch eine zweite Verstärkerstufe in Serie schaltest, was sinnvoll wäre.
(Du kannst dann allerdings nicht mehr so gut nachprüfen, ob sich die 
Ausgangsspannung beim Zusammendrücken der Stimmgabel-Zinken erhöht.)

Dazu schaltest Du in Serie zu dem 1kOhm-Widerstand einen Kondensator.
Der Kondensator muß groß genug sein, damit das Signal von der Stimmgabel 
(ich nehme an 440 Hz) noch übertragen wird.

Ein sinnvoller Wert für die Grenzfrequenz fg = 1/(2*pi*RC) (R=1kOhm) 
könnte beispielsweise bei 40 Hz liegen.

Das ergibt:

C > 1/(6280 * 40) = 4µF

Als kaufbaren Wert kannst Du 4.7µF, 6.8µF oder auch 10µF nehmen.

Geeignet ist beispielsweise dieser Kondensator:
http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=2;GROUP=B324;...

Ein Aluminium-Elektrolytkondensator ist nicht so gut geeignet, da er 
gepolt ist.



Gruß,
  Michael

Autor: Alex (Gast)
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Hallo Michael, hallo allerseits,

vielen Dank Michael für den berechneten Kondensator, werde mir ein paar 
beim Conrad besorgen, in der Schule haben wir nur gepolte Kondensatoren.

Was hätte ich ohne euch gemacht


Vielen Dank :)

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Alex wrote:
> Hallo Michael, hallo allerseits,
>
> vielen Dank Michael für den berechneten Kondensator, werde mir ein paar
> beim Conrad besorgen, in der Schule haben wir nur gepolte Kondensatoren.
>
> Was hätte ich ohne euch gemacht
Ja, schalte am besten auch noch eine zweite Verstärkerschaltung in 
Reihe, damit Du nichthomöopathische Signale bekommst.

(Unabhängig von der zweiten Verstärkerschaltung:)
Falls der OPV zu schwingen beginnt, kannst Du am Ausgang einen 
Widerstand in Serie schalten. OPV schwingen gerne, wenn sie kapazitiv 
belastet werden, in Deinem Fall durch das Kabel.

Welche Größe der Widerstand hat, ist weitgehend egal. 50 Ohm müßten 
locker reichen. Bei den geringen Frequenzen, die Du hast, kann es aber 
auch 1kOhm sein.



Gruß,
  Michael

Autor: Ergin Kutlu (ergin)
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Hallo zusammen,
Ich muss theoretisch die Rotorblattdehnungen von einer WEA erfassen. 
Natürlich müssen erfasste Signale für Regelung verstärkt werden. Ich 
habe mir eure Kommentare durchgelesen.

@ Ratzi_ratlos hast gesagt. dass ein Differenzverstärker für DMS ein 
MUSS sei. Warum?

@ Alex warum hast du im Ersatzschaltbild einen invertierenden Verstärker 
genommen?

Vielen Dank im Voraus für eure Rückmeldung.

Autor: MaWin (Gast)
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> @ Ratzi_ratlos
> @ Alex

Ich glaub nicht, dass die beiden nach 4 Jahren noch täglich diesen 
Thread lesen.

Autor: ah. (Gast)
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>dass ein Differenzverstärker für DMS ein MUSS sei. Warum?

Naja. die interessierende Spannung tritt als Differnzspannung auf. Mit 
einer gleichtaktspannung drauf.

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