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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Grenzen eines Beschleunigungsmessers


Autor: Simon (Gast)
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Hallo Leute,

was sind die Grenzen eines analogen Beschleunigungsmessers a'la adxl103 
hinsichtlich Schwingungen im 0.5 Hz Bereich.
Es gilt nachzuweisen, dass Schwingungen im 0.5 Hz Bereich eine Amplitude 
von 20µm nicht überschreiten.
O.g. Sensor weisst ja eine Empfindlichkeit von ~ 1000mV/g auf. Für 
genannte Schwingung bedeutet es, eine Beschleunigungsobergrenze von 
~2*10e-4 g  nachzuweisen.
Das analoge Signal (unverstärkte Amplitude für o.g. Schwingung: 2mV) auf 
ein nachweisbares Level zu verstärken ist ja ohne Probleme möglich, aber 
sind die Signale, die der Chip in dem Bereich ausgibt noch hinreichend 
verlässlich?

Viele Grüße
Simon

PS: Interferometrische Vermessung mittels singlemode Laser ist nicht 
möglich, da keine ruhende Referenzplattform verfügbar.

Autor: Gast (Gast)
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Ich kann es nicht beweisen aber aus dem Bauch heraus gebe ich der Sache 
keine Chance.

Autor: Simon (Gast)
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was ich noch hinzufügen sollte: der Sensor wäre auf einem rund 3m langen 
Pendel mit einer nicht zu vernachlässigenden Masse befestigt - stationär 
aufgehängt. Hochfrequente Störungen gibt es nicht. Es geht wirklich nur 
darum, die Obergrenze der Amplitude nachzuweisen.

In gewissem Maße liesse sich das analoge Ausgangssignal somit (aus 
Kausalitätsgründen filtern). Eine entsprechend ruhige 
Spannungsversorgung auf der Zeitskala sollte auch nicht das Problem 
sein.
Es bleibt die Frage: Was kann der Sensor himself (oder ein entsprechend 
ähnliches Modell. Er darf auch ein bisschen mehr kosten - nur bitte 
keine 50K€ - tipps)

Viele Grüße

Autor: Simon (Gast)
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Kann mir jmd helfen?

Wenn ich es recht verstehe ist die Größe, die für meine Anwendung der 
limitierende Faktor ist die:

X AXIS NOISE DENSITY (μg/√Hz) (Seite7)  - zu erwaten: 100(μg/√Hz)
http://www.analog.com/static/imported-files/data_s...


bei 0,5 Hz ergeben sich damit rund 140µg, was gerade die Hälfte des 
nachzuweisenden Wertes ist.
Gibt es einen besseren Sensor? Bzw. weiss jmd, wie der noise spektral 
verteilt ist - durch filterung in den Griff zu bekommen?


Gruss
Simon

Autor: edgar (Gast)
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Pendelt das im 3D Raum oder wie eine Uhr nur 2D ?
Also mit Fotodiode geht nix ?

Autor: Nils (Gast)
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Hallo Simon,

meinst Du nicht, dass die Nichtlinearität von typ. 0.2% zum Problem 
werden könnte?
Oder hast Du die Möglichkeit das Ganze per Laser-Interferometer zu 
kalibrieren?

Zu Deiner Frage nach der Rauschverteilung siehe hier:

http://www.analog.com/en/sensors/inertial-sensors/...
dort die Punkte:
'What are the major error sources for inertial sensors?'
'What is the limit of resolution of an inertial sensor?'
'I need finer resolution. What do I do?'

Gruß,
Nils

Autor: Marco Beffa (Gast)
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Wenn du nach besseren Beschleunigungssensoren suchst, schau mal nach 
Colibrys.

http://www.colibrys.com/

Ist bisjetz das Beste was ich gefunden habe, was mit der derzeitigen 
MEMS Technologie in Grosserie hergestellt wird.

Autor: Simon (Gast)
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@edgar & @Nils:

es pendelt 3d. es sind eigentlich zwei Pendel, die sehr steif 
miteinander gekoppelt sind. Streckschwingungen der beiden relativ 
zueinander sind unterdrückt, verkippungsschwingungen dagegen nicht. Wie 
dem auch sei, eine Eichung des Sensors über ein Laserinterferometer ist 
absolut kein Problem. Nur kann ich es nicht an dem Aufbau direkt machen, 
aber das ist ja nicht relevant.



Ich hatte Eigenfrequenz des Systems mittels eines Lasers und einer 
Quadrantenphotodiode gemessen. Jedoch konnte ich daraus keine genaue 
Amplitude bestimmen.

@Marco
das sieht sehr vielversprechend aus, werde die Firma gleich morgen 
kontaktieren. Die Sensoren scheinen mir dafür geeignet zu sein. Besten 
Dank. Für manche Chips gibt es sogar eval-boards, also vielleicht habe 
ich ja Glück und sie bestehen nicht auf einer Abnahme von mehreren 
Tausend Einheiten.

@Nils
deine Hinweise werde ich morgen mal abarbeiten. Hatte ich beim schmökern 
auf der Homepage vorhin wohl übersehen.

Das Laserinterferometer kann ich leider nicht direkt nehmen, da eine 
absolut ruhige referenzplattform fehlt.


Viele Grüße und eine angenehme Nachtruhe
Simon

Autor: Nils (Gast)
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@simon
So wie ich die Hinweise von Analog lese, scheinen Deine Überlegungen zur 
Auflösung von der Abhängigkeit f(Noise, Bandbreite) schon richtig zu 
sein.
Im Datenblatt werden ja Hinweise zur Bandbreiten-abhängigen 
Dimensionierung gegeben.
Dein Verhältnis von zu detektierender Signalschwelle zu Rauschen ist mit 
dem Faktor 2 natürlich nicht toll.
Der Tipp aus den Applikation-Notes, mehrere Sensoren zu verwenden ist 
nicht schlecht: 4 Sensoren bringen Dir nochmals einen Faktor 2. Da das 
Rauschen Gauß-verteilt ist, musst Du Dir auch keinen Kopf machen, wie Du 
den Mittelwert bildest.

> eine Eichung des Sensors über ein Laserinterferometer ist absolut kein Problem
... in Anbetracht der Temperaturabhängigkeit ist eine T-abhängige 
Kalibrierung vermutlich ein Muss.

> das sieht sehr vielversprechend aus...
Ich denke auch, Du brauchst einen besseren Sensor. Mit den 
Analog-Sensoren bist Du an der Grenze Deines Vorhabens. Die 
Verbesserungsvorschläge von Analog gelten ja sinngemäß auch für die 
flinken Vögel.

Nur ein kurzer Hinweis, bitte ignorieren, wenn blödsinnig:
> ~2*10e-4 g
Stimmt Deine Schwelle? Mit einer 'Dreisatz-mäßigen' Überschlagsrechnung 
komme ich mit Deinen Daten auf das Doppelte, also ca. 4*10e-4 g.

Gute Nacht.

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