Hallo, bereits den ganzen Nachmittag habe ich in eurem Forum herumgeschaut und alles über Accelerometer gelesen was mir unter die Finger gekommen ist. Die ultimative Lösung habe ich aber immer noch nicht finden können. Es geht um folgendes Problem: Im Zuge miener Diplomarbeit entwickeln wir eine Messkugel (als Prototyp noch eine ausgefräste Kegelkugel), in der ein 3d-Accelerometer eingebaut ist. Diese Kugel soll auf Reitböden, Sportplatzböden etc. fallengelassen werden. Aus den ausgegebenen Beschleunigungswerten soll man dann erkennen können welchen Kraftabbau, bzw welche Elastizität der Boden hat (harter Boden hohe Kräfte, kurzer Bremsweg - weicherer Boden andersherum). Momentan ist ein Sensor mit +-6g verbaut, sodass ich den Prototypen nur aus ca. 20cm fallenlassen kann ohne die 6g zu überschreiten. Da mir der Einstieg in das Thema recht schwer fällt, hierzu ein paar grundsätzliche Fragen... Es handelt sich um eine Ausgabe von 0-256, also entspricht ein Ausgabewert von 0 gleich -6g, 128 = 0g und 256 = 6g, richtig? Während des freien Falles, ohne dass ich bei Loslassen Einfluss auf die Kugel nehme sollten alle Achsen 0g ausgeben, liegt sie nach dem Fall auf dem Boden dann 0/0/1, richtig? Liegt die Kugel zum Schluss etwas schräg habe ich z.B. 0,046875 / 0,468750 / 0,562500 - ist die Summe der 3 Werte dann 1g oder die Summe der Beträge der Werte? Am Peak der Abbremsung beim Auftreffen der Kugel auf den Boden habe ich z.B. die Werte -1,875000 / -1,171875 / 5,765625 - Was ist nur die tatsächliche Beschleunigung/Abbremsung, die auf die Kugel wirkt? ich bin für jeden Hilfe dankbar, Grüße
Roman Neubert schrieb: > Hallo, Hi > Im Zuge miener Diplomarbeit entwickeln wir eine Messkugel (als Prototyp > noch eine ausgefräste Kegelkugel), in der ein 3d-Accelerometer eingebaut > ist. Diese Kugel soll auf Reitböden, Sportplatzböden etc. fallengelassen > werden. Coole Sache. > Es handelt sich um eine Ausgabe von 0-256, also entspricht ein > Ausgabewert von 0 gleich -6g, 128 = 0g und 256 = 6g, richtig? Das hängt im Wesentlichen vom Typ deines Beschleunigungssensors ab, bzw. von dessen Auswertung. Angenommen, der hat einen Analogausgang, der mit dem ADC-Wandler eines uCs in einen 8-Bit-Integer gewandelt wird, dann stimmt deine Annahme fast: 127=0g und 255=6g. Vorausgesetzt, der Sensor überstreicht mit seinem Ausgangssignal den gesamten Messbereich des ADCs. Dazu kommt dann natürlich noch die Frage der Linearität. > Während des freien Falles, ohne dass ich bei Loslassen Einfluss auf die > Kugel nehme sollten alle Achsen 0g ausgeben, liegt sie nach dem Fall auf > dem Boden dann 0/0/1, richtig? Im freien Fall wäre in der Tat 0/0/0 zu erwarten. Am Boden wirst du nur bei einer genauen Ausrichtung 0/0/1 messen, etwas ist doch immer schräg... Dazu kommt natürlich noch das Rauschen in der Messung. > Liegt die Kugel zum Schluss etwas schräg habe ich z.B. 0,046875 / > 0,468750 / 0,562500 - ist die Summe der 3 Werte dann 1g oder die Summe > der Beträge der Werte? Pythagoras im Raum. Also
> Am Peak der Abbremsung beim Auftreffen der Kugel auf den Boden habe ich > z.B. die Werte -1,875000 / -1,171875 / 5,765625 - Was ist nur die > tatsächliche Beschleunigung/Abbremsung, die auf die Kugel wirkt? Gleiche Wurzel wie oben, liefert dann entsprechend mehr als 1. Gruss, Philipp
Roman Neubert schrieb: > Da mir der Einstieg in das Thema recht schwer fällt, hierzu ein paar > grundsätzliche Fragen... > > Es handelt sich um eine Ausgabe von 0-256, also entspricht ein > Ausgabewert von 0 gleich -6g, 128 = 0g und 256 = 6g, richtig? Dein Datenblatt weiß mehr darüber. Allerdings halte ich die 256 für ziemlich unwahrscheinlich. 0 .. 255 klingt plausibler, da dazu nur 8 Bit benötigt werden. Für 256 müsste man noch ein 9. Bit mit dazunehmen. Und dann erhebt sich sofort die Frage: Warum nur bis 256, wenn man auch bis 511 gehen könnte. > Während des freien Falles, ohne dass ich bei Loslassen Einfluss auf die > Kugel nehme sollten alle Achsen 0g ausgeben, liegt sie nach dem Fall auf > dem Boden dann 0/0/1, richtig? Was machst du? Diplomarbeit? Das ist Physik vom alllereinfachsten. Ja. Ein fallender Körper ist schwerelos (wenn man den Luftwiderstand vernachlässigen kann). Der Körper und die Messeinrichtung fallen gleich schnell und werden auch gleich beschleunigt (siehe Gallileo). > Liegt die Kugel zum Schluss etwas schräg habe ich z.B. 0,046875 / > 0,468750 / 0,562500 - ist die Summe der 3 Werte dann 1g oder die Summe > der Beträge der Werte? Schon mal was von Pythagoras gehört? Der gilt auch im 3D
Roman Neubert schrieb: > Da mir der Einstieg in das Thema recht schwer fällt, hierzu ein paar > grundsätzliche Fragen... > > Es handelt sich um eine Ausgabe von 0-256, also entspricht ein > Ausgabewert von 0 gleich -6g, 128 = 0g und 256 = 6g, richtig? Kommt auf die Darstellung/Skalierung an. Diese Frage wird dir hier niemand beantworten können. > Während des freien Falles, ohne dass ich bei Loslassen Einfluss auf die > Kugel nehme sollten alle Achsen 0g ausgeben, liegt sie nach dem Fall auf > dem Boden dann 0/0/1, richtig? Ja, in Einheiten von g angegeben und falls sie ihre Orientierung nicht ändert, sie also nicht zur Seite rollt oder so. > Liegt die Kugel zum Schluss etwas schräg habe ich z.B. 0,046875 / > 0,468750 / 0,562500 - ist die Summe der 3 Werte dann 1g oder die Summe > der Beträge der Werte? Weder noch. Die Summe der Quadrate ist 1. Zauberwort ist Pythagoras bzw. "Länge eines Vektors".
Wenn die Kugel auf der Erde liegt, wirkt doch keine Beschleunigung auf sie ein?! Da müsste doch dann 0/0/0 raus kommen und während des Falls halt was anderes, da sie ja beschleunigt, bis sie unten auftrifft. Oder verstehe ich da was falsch?
Philipp schrieb: > Oder verstehe ich da was falsch? Ja, denn wenn sie auf dem Boden liegend nicht beschleunigt würde, dann flöge sie ja tangential zur Erdoberfläche davon. Zu der Sache mit dem Pythagoras: Das stimmt so auch nicht zu 100 %. Die drei Beschleunigungssensoren des Accelerometers verfügen leider alle noch über eine Querempfindlichkeit. Aber diese herauszurechenen ist nicht mehr als lineare Algebra.
Philipp schrieb: > Oder verstehe ich da was falsch? Beschleunigungsmesser messen eigentlich nicht die Beschleunigung direkt. Sie messen eine Kraft. Aber da F = m * a und die Masse des überwachten Körpers bekannt ist, kann man daraus die Beschleunigung errechnen. Wenn ein Körper auf dem Boden liegt, dann wirkt eben die Erdbeschleunigung. Lediglich der Boden hindert uns daran immer schneller zu werden. Durch F = m * a ist das dann genau die Kraft, die du als dein Gewicht verspürst, welches dich am Boden hält.
Philipp schrieb: > Wenn die Kugel auf der Erde liegt, wirkt doch keine Beschleunigung auf > sie ein?! Da müsste doch dann 0/0/0 raus kommen und während des Falls > halt was anderes, da sie ja beschleunigt, bis sie unten auftrifft. > Oder verstehe ich da was falsch? Stellen wir uns einen Beobachter P (wie "Philipp" oder "Physiker") vor, der eine Kugel fallen lässt. Weil sich die Kugel nach dem Loslassen mit zunehmender Geschwindigkeit nach unten bewegt, wird er urteilen, daß die Kugel beschleunigt wird in diese Richtung. Stellen wir uns einen zweiten Beobachter K vor, der in der Kugel sitzt. Aus seiner Perspektive bewegt sich P nach dem Loslassen mit zunehmender Geschwindigkeit in die Richtung, die P als "oben" bezeichnet, während K von sich selbst behauptet, er ruhe. Um den Streit zu schlichten geben wir jedem der beiden Kameraden je einen baugleichen Beschleugigungssensor mit. Während das Gerät bei K eine Null-Messung liefert, zeigt es bei P etwas an: auf die Probemasse des a-Sensors wirkt eine Kraft nach "unten", so daß wir also schliessen, daß P nach oben beschleunigt wird. Diese Beschleunigung erfährt P aufgrund der Kraft, die der Boden -- auf dem er hoffentlich sicher steht -- auf seine Fußsohlen nach oben hin gerichtet ausübt. Wir können auch ein anderes Konstruktionsprinzip für den a-Sensor wählen: Einen Laser (genaugenommen 3 in alle Raumrichtungen ausgerichtete Laser, die im jeweiligen System ruhen), der folgendermassen zu verwenden ist: P schickt einen Laserstehl in "waagerechter" Richtung los und schaut, wo er (zB links von ihm) auf eine Wand trifft. P wird feststellen, daß der Laser ein klein wenig unterhalb der erwarteten Stelle -- also etwas unterhalb der Horizontalen -- seinen Lichtfleck erzeugt und daraus schliessen, daß er in der Zeit, die der Lichtstrahl von der Aussendung bis zum Auftreffen auf die Wand braucht, eine Geschwindigkeitsänderung erfahren hat. K indes wird in keine der Raumrichtungen ein solches Messergebnis bekommen. P wird natürlich versuchen, ne billige Ausrede für dieses Messergebnis zu finden und nennt den Effekt "Lichtablenkung im Schwerefeld" und kann getrost weiter im Nabel den Universums ruhen, während K von Gravitation weit und breit nix spürt... :-))
Hey,
erstmal vielen Dank für die vielen Antworten :)
Ich studiere eigentlich Landschaftsarchitektur und der Schwerpunkt
sollte ursprünglich auf qualitativen Untersuchungen mit der Kugel
liegen, sprich Bodenkunde und Vergleich von Ergebnissen verschiedener
Messmethoden.
Dass daraus nun eine Entwicklungsarbeit wird....
"Pythagoras im Raum. Also
\sqrt{x^2+y^2+z^2}=1 "
Das hatte ich auch schon ausgerechnet, nur komme ich da nie auf 1
sondern immer ca 0,7 bis 0,8 und habe deshalb angefangen an meinen
Überlegungen zu Zweifeln.
Aber zumindest bin ich dann ja auf dem richtigen Weg.... ^^
Wass die Ausgabe betrifft meinte ich natürlich 0-255, in diesem Punkt
hatte ich was falsches geschrieben, sry.
Ich melde mich sobald ich wieder einen Schritt weiter bin oder sich noch
mehr Fragen aufwerfen.
Gruß
Zwei Fragen die sich mir aufdrängen: Warum nur 0..255, also 8 Bit über den ganzen Messbereich? Das ist ja eine unterirdische Auflösung. Reichen +/-6g aus? Bei etwas härteren Böden dürften doch deutlich mehr gs rauskommen.
Hallo, ja, dessen sind wir uns bewußt. Es ging bei den Tests mit diesem billigen Sensor nur um erste Vorversuche ob es grundsätzlich funktioniert. Die 6g werden bereits ab ca. 20 cm Fallhöhe auf weichem Sand überschritten. Aber ein neuer Sensor der mind bis 600g misst sollte schon bestellt sein. Gruß
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