www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Energie einer gedämpften Schwingung abschätzen


Autor: Ludwig (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich möchte mit möglichst wenig Bauteilaufwand die in einer gedämpften 
Schwingung gespeicherte Energie abschätzen.
Leider wird die Schwingung nach konstanter Zeit 
abgebrochen/kurzgeschlossen.
Daher dachte ich mir:
Die Energie beeinflusst nicht die Frequenz, wohl aber die Amplitude.
Daher wird die Kondensatorspannung des oben abgebildeten Kondensators 
nach Abbruch der Schwingung eine (streng monoton steigende) Funktion von 
der Energie im Schwingkreis sein.
Es ließe sich damit also die Energie im Schwingkreis abschätzen (oder 
genauer: vergleichen) und mein Ziel wäre erreicht.

Der µC bekommt dabei mit seinem Pin die Aufgabe erst die 
Kondensatorspannung zu messen und dann den Kondensator zu "löschen" um 
neue Messungen zu ermöglichen.

Könnt ihr mir zustimmen, oder habe ich einen groben Gedankenfehler?
Die Messung muss wirklich nicht genau oder absolut sein.

Vielen Dank
MfG
Ludwig

Autor: Ludwig (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
achso ich sollte vielleicht noch was zur Schaltung sagen:

Die Diode D1 soll immer nur die positiven Halbwellen zum Kondensator 
leiten, und R1 bestimmt mit der Schwingungs-Amplitude den Ladestrom für 
C1.
D2 ist eine 5V Z-Diode und schützt vor überspannung.
R2 ist dann der Entlade-Widerstand, der den Entladestrom auf max. 40mA 
(max. des Portpin) begrenzt.

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Was du brauchst, ist ein Hüllkurvendetektor. Das wird üblicherweise mit 
einem Spitzenwertdetektor mit schneller Anstiegszeit und sorgsam 
angepaßter Abfallzeit gemacht, damit der Spitzenwert zuerst schnell dem 
ersten Peak und danach den kleiner werdenden Peaks folgen kann.

Manchmal macht man das auch mit Doppelwegleichrichtung, wenn man den 
"Ripple" verkleinern möchte.

Ist die Frequenz konstant? Das würde die Bemessung der Zeitkonstanten 
erheblich vereinfachen...

Kai Klaas

Autor: Tom Ekman (tkon)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Funktionieren denk ich würde dein Ansatz schon.

Ohne die genauen Randbedingungen zu kennen würde ich aber vermuten, dass 
die ständige "Vernichtung" von Energie deinen Schwingkreis zu stark 
beeinflusst.

Ich würde wohl einen OP als Präzisionsgleichrichter verwenden und damit 
auch gleich einen Tiefpass realisieren. Das Entladen kannst dir dadurch 
auch gleich noch ersparen.

Autor: Ludwig (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ja die Frequenz ist konstant.
Aber oberstes Kriterium ist: Wenig Bauteile, möglichst nur eins ^^ Platz 
ist nicht vorhanden bis keiner da.
Und genauigkeit wird wirklich nicht groß geschrieben, wenn abgeschätzt 
werden kann, welche von 100 "Schwingungen" die Energiereichste war ist 
das absolut ausreichend. Dabei erwarte ich Spitzenspannungen von 250V 
und abstufungen von 10-20V sollten messbar sein.

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Was möchtest du denn genau mit deiner Schaltung messen? Eine mittlere 
Amplitude? Den Anfangspeak?

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also, da gibt es schon ein paar Freiheitsgrade, die für dich zum Problem 
werden können:

1. Anfangsamplitude
2. Endamplitude
3. Abfallzeitkonstante bzw. Zeitdauer der gedämpten Schwingung

Ohne jetzt genau die Details deiner gedämpften Schwingungen zu kennen, 
würde ich sagen, daß du das wohl nicht mit einem einzigen großen 
RC-Glied mit einer Diode davor erfassen kannst.

Wenn die gedämpften Schwingungszüge alle gleich lang dauern und die 
Kürvenverläufe im mathematischen Sinne "ähnlich" sind, also sich nur 
durch einen Streckungsfaktor unterscheiden, könnte deine Methode 
durchaus klappen. Wenn nicht, dann wohl nicht.

Kai Klaas

Autor: Ludwig (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Naja die Schwingung wird folgendermaßen erzeugt:
Ein Kondensator wird geladen (200-250V) und auf eine Spule losgelassen. 
Beide zusammen schingen dann so vor sich hin und nach wenigen 100 
mikrosekunden wird dann alles durch einen FET (+Diode, ist aber 
unwichtig) gestoppt. Die ersten paar daraus entstehenden Schwingungen 
werden an anderer Stelle benötigt (genaue Ausführungen würden allerdings 
den Umfang dieses Themas komplett sprengen; stichwort: verrükte Konzepte 
und Versuche zur pulsierten drahtlosen Energieübertragung) und es wird 
dem System Energie entnommen.

Nun soll nach den paar Schwingungen abgeschätzt werden ob Energie 
entnommen wurde und ob ein gewisser Schwellwert unterschritten wurde. 
Das ist im Prinzip alles.

Die Spule und die Kapazität bleiben näherugsweise konstant (=> frequenz 
ist konstant). Die Zeit fürs Nachschwingen bleibt ebenfalls konstant.
Die Anfangsamplitude ist leichten Schwankungen ausgesetzt, allerdings 
spielen die sich bisher nur im Bereich von 2-5V ab.

Joa und dafür sollte die Schaltung oben dienen.

Autor: Detlev T. (detlevt)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielleicht habe ich die Frage nicht verstanden, aber ich sehe hier 
einfach kein Problem.

Schwingkreis heißt, dass die Energie ständig zwischen Aufbau eines 
elektrischen Feldes im Kondensator und eines magnetischen in der Spule 
umgewandelt wird. Ist die Spannung am Kondensator null, ist der Strom 
maximal - ist der Strom null, ist die Spannung maximal. Im letzteren 
Fall ist die gesamte Energie im Kondensator gespeichert und beträgt
Das heißt, aus der Amplitude kannst du jederzeit die (freie) Energie 
deines Schwingkreises berechnen.

Autor: WHorn (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ludwig schrieb:
> Könnt ihr mir zustimmen, oder habe ich einen groben Gedankenfehler?
> Die Messung muss wirklich nicht genau oder absolut sein.

Hi, Ludwig,

von Rohde&SChwarz gab es vor vielen Jahrzehnten, als Nixie-Röhren noch 
der letzte Schrei waren, ein LC-Meßgerät. Nach diesem Prinzip bestimmte 
es die Güte des Schwingkreises.
Der wurde angestossen und dann die Zahl der Schwingungen gezählt 
zwischen einem Maximalpegel und einem Minimalpegel.

Zu Deiner Frage: Im Scheitelpunkt der Spannung ist die gesamte Energie 
im Kondenssator vorhanden, weil die zur Schwingung notwendige 
Induktivität gerade stromlos ist.


Ciao
Wolfgang Horn

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Die Spule und die Kapazität bleiben näherugsweise konstant (=> frequenz
>ist konstant). Die Zeit fürs Nachschwingen bleibt ebenfalls konstant.
>Die Anfangsamplitude ist leichten Schwankungen ausgesetzt, allerdings
>spielen die sich bisher nur im Bereich von 2-5V ab.

Das klingt doch schon mal gut. Damit hast du zwei von drei 
Freiheitsgraden praktisch eliminiert. Die gesuchte "Information" steckt 
in der Fläche unter der Hüllkurve, die du mit deinem Integrierglied gut 
herausfischen kannst. Vorausgesetzt, die Zeitkonstante des 
Integrierglieds ist erheblich größer, als die Periode der Schwingung.

Kai Klaas

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.