**********Artikel in Deustch weiter unten************* Hi, two years ago I already mentioned my interest in measuring the height of jumps during kitesurfing. A first approach with accelerometers and gyros showed difficulties extracting the neccessary data from the signal, especially due to changing orientations of the surfer. Also the cost for the hardware is quite high. I already studied some of the articles in the german community, but in parallel I would like to post my project here in order to benefit from your experience and ideas in hardware development. Thanks for that in advance! There are some sensors on the market, already calibratet, temperature compensated and with an internal ADC. But since these are made for measurements in the range of several hundret meters, the resolution is not sufficient for my intended tolerance of about 10cm. I am aware of the problems to achieve this tolerance, especially because of pressure disturbances due to wind and movement. Also a high sampling rate is needed in order to be able to apply filters and to catch the highest point. However, I would like to try how accurate a good hardware can be. Some advantages are, thet the temperature can be kept almost constant and that the system can calibrate its ground level almost continously or at least every few minutes before the next jump. Also a range from -5 to 20meters would be sufficient, which makes a high resolution ADC obsolete. But the hardware must be able to set the offsetcorrection properly and the signal has to be amplified introducing a minimum of extra noise. In the end, remaining deviations could be reduced by using a 3-D accelerometer. Waht do you think, possible? In the following I will post my first tests and what I am planning to do next. I would appreciate some comments and hints form your side :-) Bucky2k Hallo, schon vor ca. 2 Jahren habe ich hier in einem Artikel kundgetan, dass ich Interesse an einer Sprunghöhenmessung beim Kitesurfen habe. Eine erste Idee mit Beschleunigungssensoren und Gyroskopen wurde zunächst zurückgestellt, da der Kosten/Nutzenfaktor doch fraglich ist. Auch haben erste Datenreihen, aufgenommen mit einem IPod Touch, einen schwer auswertbaren Verlauf ergeben, da die Orientierung des Surfers zu oft wechselt. Ich habe bereits einige Artikel hier im Forum und in anderen Quellen gelesen, möchte hier aber parallel dazu nach und nach mein Vorhaben beschreiben und durch eure Kritiken und Erfahrung in der Hardwareentwicklung hoffentlich ein zufriedenstellendes Ergebnis erlangen. Dafür im Vorfeld schon einmal vielen Dank :-) Es gibt ja nun einige fertige Sensoren, bereits kalibriert, temperaturkompensiert und mit integriertem ADC. Da diese aber auf einen Messbereich von vielen hundert Metern ausgelegt sind, kommen diese nicht auch die von mir angepeilten 10cm Messungenauigkeit. Mir ist bewusst, dass diese Toleranz schwer zu erreichen ist, dazu noch im mobilen Einsatz bei Druckschwankungen durch Wind und Bewegung. Um die Chance zu haben, das Signal auf plausibilität zu prüfen, ist also eine hohe Samplingrate nötig. Dies auch im Hinblick auf den zeitlichen Verlauf eines Sprunges und die kurze Aufenthaltsdauer am oberen Umkehrpunkt. Dennoch möchte ich schauen, was mit einem durchdachten Hardwareaufbau machbar ist. Vorteil ist, dass Temperatureinflüsse begrenzt sind (Akklimatisierung des Gerätes vor dem Einsatz) und das Gerät im Prinzip kontinuierlich auf Meereshöhe genullt werden kann (vor dem Sprung oder alternativ auch alle 30 min vor dem nächsten Einsatz). Auch kann der Messbereich auf z.B. -5 - 20meter begrenzt werden, was eine hochgenaue ADC Wandlung überflüssig macht. Es muss dann aber bei der Nullung der Höhe durch die Hardware eine Offsetkorrektur erfolgen und das Signal möglichst Rauschfrei verstärkt werden. Verbleibende Ungenauigkeiten könnten am Ende ggf. noch durch Zuhilfenahme eines 3-D Beschleunigungssensors verringert werden. Was meint ihr, machbar? Im folgenden werde ich mal meine Vorhaben und bisher gemachten Tests kund tun und freue mich über hilfreiche Anregungen. Bucky2k
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Verschoben durch Admin
Ok, erste Erkenntnisse: Die Sensoren MPX4100 sind durch das Eigengewicht und die Trägheit der Membrane recht empfindlich bezüglich ihrer Lage und Vibrationen/Beschleunigungen. Ich werde daher zwei Sensoren Rücken an Rücken montieren und hoffe damit, dass sich die Störungen gegenseitig ausgleichen. Nun habe ich ja (bei diesem Sensortyp) zwei mal ca. 4,5 V Signal. Der mich interessierende Bereich ist aber bei ca. 0,12 mBar / m, einem Bereich von ca. 25m und 54 mV/kPa = 16,2 mV. setze ich beide Sensorsignale auf einen Instrumentenverstärker habe ich je nach Bauteiltoleranz diese 16mV plus die Abweichung zwischen den Ausgangssignalen der Sensoren. In dieser Stufe ist eine Verstärkung von 200-300 um die 25m/16mV auf den ADC Bereich zu spreizen also nicht möglich. Der erste Instrumentenverstärker müsste ich wohl mit Verstärkung 1 laufen lassen und einen weiteren Instrumentenverstärker, der mittels vom µC gesteuerten digitalen Poti den BT-bedingten Offset rausnimmt, für die Verstärkung realisieren. Aber bis hier hin habe ich doch schon massig Rauschen mit in mein Signal geholt oder? Wie kann man das ganze sonst machen? PS: Das ganze soll nachher auf Batterie laufen, stabile negative Spannungen also auch nicht so einfach, die Verstärker sollten gegen Ground arbeiten können. Gruß, Bucky
Es gibt Differenzdruck-Sensoren mit recht niedrigem Meßbereich. Siehe z.B. SDP10xx bis SDP1108 (z.B. bei Conrad). Wenn die eine Luftzuleitung über einen entsprechenden "Tiefpaß" an die Umgebungsluft geht, die andere ohne diesen Tiefpaß, dann sollte das ohne großen Abgleich ... sauber arbeiten. Grüßle Bernhard
Das ist eine sehr gute Idee... Sprich ein möglichst kleines und damit stabiles Volumen auf der einen Seite mit einer Kapillare zur Umgebung. Schwierig ist nur die mechanische Umsetzung, damit man eine ausreichend große Zeitkonstante für den Tiefpass hinbekommt... Definitiv einen Gedanken wert...
Aber sowas müsste es doch auch fertig geben, oder? Kennt jemand einen Sensor mit höherer Empfindlichkeit als 54mV/kPa absolut?
Der SCP1000 hat eine Auflösung von 1,5 Pascal. Das reicht für 15cm. Aber nur zwei Messwerte pro Sekunde.
Hallo, ich habe mal mit XFPM Sensoren gearbeitet und wollte ebenfalls mBar herausholen. Das Problem ist bei diesen Sensoren das sie in diesen feinen Bereichen driften. Du wirst um eine Kurzzeitkorrektur nicht herumkommen. Ich konnte meinen Sensor auf ungefair 10mBar genau kurzfristig auslesen. Ich hatte allerdings nur einen Sensor aber dafür eine stabiele Temperatur und Lage. Der Sensor selbst ist über die Zeit(15 Minuten) um ca 0,6mV getriftet. (Bei relativ gleichbleibender Temperatur.) Zur Messung(von der Drift) wurde übrigens ein 6 1/2 stelliges Multimeter benutzt. Ich denke mal das diese schon sehr gute Messverstärker haben. Ich konnte leider keine anderen Sensoren untersuchen. Gruß Peter
Wind ist ein Differenzdruckausgleichsphänomen ;-). Wie soll eine barometrische Messung dieses Phänomen inkl. Luftverwirbelungen von Druckänderungen durch Höhe unterscheiden? - Das einzig stabile was mit einfällt bei dieser Applikation in den Sinn kommt ist das Magnetfeld der Erde. Du kennst die Lage des Feldes, und weißt wie schnell und in welcher Richtung es durcheilt wird. Außerdem ist so'n Board groß genug um Spulen einzulegen und auch nicht magnetisch .
Marko wrote: > Much more accurate: > > http://lea.hamradio.si/~s53mv/radalt/radalt.html > > :) Unfortunately not possible due to arbitrary orientation of the measuring device (rotations, upside down, etc.)
Peter Z. wrote: > Hallo, > ich habe mal mit XFPM Sensoren gearbeitet und wollte ebenfalls mBar > herausholen. Das Problem ist bei diesen Sensoren das sie in diesen > feinen Bereichen driften. Du wirst um eine Kurzzeitkorrektur nicht > herumkommen... > Gruß > Peter Gast XIV wrote: > Wind ist ein Differenzdruckausgleichsphänomen ;-). > > Wie soll eine barometrische Messung dieses Phänomen inkl. > Luftverwirbelungen von Druckänderungen durch Höhe unterscheiden? > > Beides sollte kein Problem darstellen, da meine maximale "Flugzeit" bei 10 Sekunden liegt. Dazwischen bewege ich mich auf konstanter Höhe mit in der Regel max. 1m Schwankung durch Wellengang. Es kann hier aber beliebig lang bis zum Absprung gemittelt werden. Generell schafft ja schon jeder billig Fahrradcomputer 20cm Auflösung, wohlgemerkt mit langer Mittelwertbildung. Alles was ich brauche ist eine hohe Samplingrate um auch noch genug mitteln zu können und eine mechanische Anordnung die vor Wasser schützt und Druckschwankungen durch die Bewegung beim Surfen minimiert... Frei nach dem Motto " So schwer kann das nicht sein" Heute am Oszilloskop konnte ich schon 10cm Auflösen, mit ner simplen Instrumentenverstärkerschaltung ohne Kondensatoren, ohne stabile Spannungsquelle, alles auf Lochraster und wilder Verdrahtung. Noch habe ich Hoffnung das Design etwas zu verfeinern^^ Was ich jetzt herausfinden muss, ob ich einen Absolutsensor mit höherem Signal/Druckverhältnis finde, einen versuche sauber zu verstärken oder die Idee mit dem empfindlicherem Differenzdrucksensor. Bei letzterem sehe ich derzeit das Größe Potential, eine Seite verschließen bei ~1013mBar, Drift durch Temperatur, Druckverlust, etc. durch häufiges Nullsetzen ausgleichen, fertig... Oder übersehe ich etwas gravierendes?
> Gast XIV wrote: >> Wind ist ein Differenzdruckausgleichsphänomen ;-). >> >> Wie soll eine barometrische Messung dieses Phänomen inkl. >> Luftverwirbelungen von Druckänderungen durch Höhe unterscheiden? Ich schätze mal, ohne das nachgerechnet zu haben, ein kräftiger Windstoss gegen die Apparatur zeigt mal schnell einen Sprung von 100 m an, oder auch minus 100m, was ganz neue Aspekte ergibt. Zur Erklärung (ist scheint es nötig): Wind erzeugt auch Differenzdruck, wird als Staudruck bezeichnet. Gruss Reinhard
Nun, ich teile die Sorge, dass inbesondere in den Situationen wo hohe Sprünge möglich sind (7 BFT) die Staudrücke und den Körper umgebenden Wirbel das größte Problem darstellen. Dennoch möchte ich zunächst eine möglichst präzise Hardware haben, um weitere Messungen zu ermöglichen. Ich kann vor dem Sprung lange mitteln, da sind mir Verwirbelungen egal, Staudruck durch die Relativgeschwindigkeit des Windes zum Surfer muss Konstruktiv verhindert werden (sollte kein großes Problem sein). Während des Sprungs kann ich wenn die Signalschwankungen zu groß werden ja noch mittels physikalischen modellen und durch die Accelerometer beisteuern.
Moin, Intersema (www.intersema.ch) bietet Sensoren mit SPI-Bus an. Der neueste bietet eine Genauigkeit von 1,5m und eine Auflösung von 0,2m bei einer Messrate von >10Hz (MS5607-B). eher verfügbar sollte der MS5534 sein (1m/1,5m/~10Hz), den gibt's auch einzeln bei www.amsys.ch Gruß, Jan
Vielen Dank, derzeit arbeite ich mit einem Bosch BMP085 Chip, der eine noch höhere Genauigkeit verspricht. Noch habe ich allerdings keine abschließenden Ergebnisse, die Zeit fehlt einfach... Gruß, Bucky
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