Hallo, ich möchte dynamisch das Drehmoment an einer Welle Messen. An beiden Enden der Welle sind Sensormarken und Opto-Sensoren angebracht, so dass eine bestimmte Anzahl von Impulsen pro Umdrehung von den Sensoren geliefert wird. Durch die Messung der Phasenverschiebung von beiden Signalen soll die verdrehung der Welle ermittelt werden und daraus dann das Drehmoment. Problem ist, dass ich für die geforderte Auflösung, bei der maximalen Drehzahl ein Signal mit ca. 3GHz bekomme. Mit welchen !einfachen! technischen Mitteln ist es möglich bei solch einer hohen Frequenz die Phasenverschiebung zu messen? Das Signal ist ein Rechtecksignal. Momentan hab ich noch keine richtige Vorstellung wie ich das messen kann. Bisher hab ich so eine Messung über die Timer und externen Interrupts von einem MC realisiert, das fällt jedoch bei so einem Frequenzbereich weg. Ich freue mich über jede konstruktive Hilfe zur lösung meines Problems. Danke Martin
@ Martin (Gast) >ich möchte dynamisch das Drehmoment an einer Welle Messen. >An beiden Enden der Welle sind Sensormarken und Opto-Sensoren >angebracht, so dass eine bestimmte Anzahl von Impulsen pro Umdrehung von >den Sensoren geliefert wird. Zahlen? Siehe Netiquette! >Durch die Messung der Phasenverschiebung von beiden Signalen soll die >verdrehung der Welle ermittelt werden und daraus dann das Drehmoment. >Problem ist, dass ich für die geforderte Auflösung, bei der maximalen >Drehzahl ein Signal mit ca. 3GHz bekomme. Das hat mit deinem Betreff aber reichlich wenig zu tun! >Mit welchen !einfachen! technischen Mitteln ist es möglich bei solch >einer hohen Frequenz die Phasenverschiebung zu messen? >Das Signal ist ein Rechtecksignal. Siehe oben! MfG Falk
Falk Brunner schrieb: > Zahlen? Siehe Netiquette! Was willst du wissen? Zum Beantworten der Frage ist diese Information trivial. Falk Brunner schrieb: > Das hat mit deinem Betreff aber reichlich wenig zu tun! Wieso? Sensor 1 liefert Signal 1 Sensor 2 liefert Signal 2 Bei Drehmoment = 0 -> Phasenverschiebung = 0 Bei Drehmoment > 0 -> Phasenverschiebung > 0 Gesucht, wie die Phasenverschiebung messen, wenn Frequenz 3Ghz ist. Aber schon mal vielen dank für die Hilfe
@ Martin (Gast) >> Zahlen? Siehe Netiquette! >Was willst du wissen? Zum Beantworten der Frage ist diese Information >trivial. Nö. Lies den Artikel und denk drüber nach. >> Das hat mit deinem Betreff aber reichlich wenig zu tun! >Wieso? Weil es so ist ;-) >Sensor 1 liefert Signal 1 >Sensor 2 liefert Signal 2 Und Apfelmus ist Mus aus Äpfeln. >Gesucht, wie die Phasenverschiebung messen, wenn Frequenz 3Ghz ist. Keineswegs. Du solltest an deinem Textverständnis arbeiten. Dieser Satz bedeutet, du willst die Phasenverschiebung zwei 3GHz Signale messen. Dem ist nicht so. Du willst die Pahsenverschiebung zweier Signale messen, welche aus der Drehzahl von zwei mechanischen Wellen über einen Sensor entstehen. Selbst bei 100.000 U/min sind das läppische 1,6 kHz bzw. 600µs Periodendauer. Wenn man mit der klassischen Zählermethode mit 3 GHz die Phasenverschiebung bestimmt, macht das eine Auflösung von 1.800.000 Schritten oder 0,72 Bogensekunden ;-) Das ist "etwas" optimistisch. MFG Falk P S Das Stichwort lautet "Resolver", dort wird das Gleiche gemacht. Aber nicht nur über eine Zeitmessung, sondern auch über die Messung der Amplitude.
Hi! Im Normalfall kann man die Phasenverschiebung von -90 bis +90° von zwei Rechtecksignalen mit 50% Duty-Cycle mittels XOR-Gatter gefunden werden. Zumindest macht man das bei einer Digitalen PLL. Das XOR gibt dabei eine Lineare Funktion aus, die die Phasenverschiebung wiederspiegelt. Ich denke aber auch das deine 3GHz utopisch sind. Wieviele Impulse pro Umdrehung kommen denn an? Welche Sensoren nutzt du, die das angeblich schaffen? MfG
und dann auch noch ein rechtecksignal ausgeben
Hallo Martin, > Problem ist, dass ich für die geforderte Auflösung, bei der maximalen > Drehzahl ein Signal mit ca. 3GHz bekomme. Die seltsamen Antworten oben, entstehen dadurch, dass es recht unwahrscheinlich ist, dass Du ein 3GHz Signal vorliegen hast. Da es sich um Wellen handelt, wird keine Welle schneller als 10000 mal pro Sekunde drehen. Um 3GHz zu erzeugen, muesstest Du pro Umdrehung also 300000 Impulse erzeugen. Das ist ebenso unglaublich, wie die Angabe, es handele sich um Optische Impulsgeber (bei dieser Aufloesung und Frequenz). Also bitte einfach die Frage nochmal stellen, ausfuehrlich und korrekt, und DU bekommst sicher eine sinnvollere ANtwort Gruss Michasel
vielen Dank euch beiden. Durch die Antworten von Falk bin ich auch stutzig geworden und hab das ganze nochmal überschlagen. - E-Motor dreht sich mit max. 30000 U/min - Sensoren sind optische Inkrementalgeber - Durchmesser Motorwelle ca. 6-8cm - auf der Welle ist eine mit Strichen bestückte Scheibe aufgebracht - Anzahl der Striche ist mir grad unbekannt, erfrag ich aber bis morgen Laut Meinung meines Kollegen bekommen wir bei maximaler Drehzahl von jedem der Sensoren ein Signal von ca. 3Ghz ... kann ich mir aber grad auch nicht vorstellen, da auf der Scheibe dann 6mio Striche sein müssten. jetzt besser?
@ Martin (Gast) >- E-Motor dreht sich mit max. 30000 U/min >- Sensoren sind optische Inkrementalgeber Ahhhhh, >- Durchmesser Motorwelle ca. 6-8cm >- auf der Welle ist eine mit Strichen bestückte Scheibe aufgebracht >- Anzahl der Striche ist mir grad unbekannt, erfrag ich aber bis morgen Gute Idee. >Laut Meinung meines Kollegen bekommen wir bei maximaler Drehzahl von >jedem der Sensoren ein Signal von ca. 3Ghz ;-) Es sind wahrscheinlich sogar 300 THz, da die Lichtschranken meist infrarot arbeiten. Im Ernst. Das sind vielleicht 3 MHz, wenn es sehr hoch kommt 30 MHz. >jetzt besser? Ja. Aber es fehlt noch die Angabe, um wieviel Grad sich die Welle maximal verdeht. MFG Falk
Ein passends Scope: http://www.lecroy.com/Oscilloscope/OscilloscopeModel.aspx?modelid=4584&capid=102&mid=504 Im Menü "Phase difference beetween" für Kanäle Deiner Wahl aktivieren. Fertig. Die nächste Aufgabe angehen.
Stichwort: Das Drehmoment verbiegt nicht nur die Welle. Für das Messverfahren währe noch interessant wie steif das Maschinenbett ist. Oder anders gesagt: Kannst Du die relative Position der stehenden Sensoren zueinanderüber das gesamte Drehmoment genau genug halten? Grüssle Hauspapa
30 000 U/min sind 500U/s = wären 500Hz bei einem Strich auf der Scheibe wären bei 100 Strichen 50 000 Hz = 50kHz goto 14:28
Noch ein paar Gedanken: Deine Verdrehung sollte kleiner als der Abstand zwischen zwei Strichen sein, sonst gibt es mehrere mögliche Lösungen für das Drehmoment und Du weisst nicht wo Du bist. Bei Auswertung mit XOR sollte die Verdrehung kleiner als 1/2 Abstand zwischen zwei Strichen sein, sonst gibt es mehrere mögliche Lösungen. Bei Auswerung mit XOR und positivem wie negativem Drehmoment sollte die Verdrehung kleiner als 1/4 Abstand zwischen zwei Strichen sein. Vermutlich ist das aber nicht relevant da die Welle sich nicht genug verdrehen wird. Eine Stahlschraube (St12.9) M39x4,00 darf mit 5600Nm angezogen werden. Eine Welle mit 6-8cm Durchmesser wird wohl ähnliche bis höhere Kräfte benötigen um sich optisch messbar zu verformen. Bei 30'000 U/min sind wir dann mit der Leistung im mehrstelligen MW Bereich. Ich glaube aber nicht das wir ein derartiges Monster vor uns haben. Darüber hinaus rennt eine 6-8cm Welle bei 30'000 U/min mit >100m/s oder verständlich 360-400km/h auf den Lagern. Das ist durchaus machbar. Ich hoffe aber die müssen nicht gedichtet sein, könnte sonst noch eine Herausforderung werden. Ich bin skeptisch, aber es ist alles lösbar. Hauspapa
Hauspapa: für diesen Zweck gibt es elastische Kupplungen, manche auch für den Betrieb in beiden Drehrichtungen optimiert. MfG Klaus
>Laut Meinung meines Kollegen bekommen wir bei maximaler Drehzahl von >jedem der Sensoren ein Signal von ca. 3Ghz Auch die Wiedergabe solcher Aussagen ist strafbar. Egal, was noch kommt, wie soll man denn den Fragesteller noch ernstnehmen können?
@Klaus Wofür die elastische Kupplung? Ich kenne die Dinger so: Klaue rechts, Klaue links, Sonnenähnliches Elastomerteil in der Mitte. Sind recht nützlich (Achsversatz, Winkelfehler usw.). Nur was meinst Du bringt sie in dieser Messaufgabe? Ich habe eine Drehmomentmesswelle noch nie zerlegt, dafür sind die Dinger (wenn sie gut sind) einfach zu teuer. Letztlich wird dort schon Torsion gemessen, aber wohl an einem im Durchmesser reduzierten Teilstück. Bei folgenden Angaben: >- Durchmesser Motorwelle ca. 6-8cm >- auf der Welle ist eine mit Strichen bestückte Scheibe aufgebracht komme ich bis jetzt zu keinen anderen Schlüssen. durchaus interessant das Ganze, währe Schade wenn das Thema zu schnell einschläft Hauspapa
Auch wenn es eventuell nicht (mehr) das ist, was der TO fragte: Es geht auch bei 3 GHz ganz vervorragend! Im VNA wird es ja auch so gemacht.... Man mischt die 2 Signale, und erhält einen DC-Wert, wenn man einen geeigneten Mischer nimmt. Je niedriger die Frequenz, desto besser geht es dann mit EX-OR oder einem Multiplizierer. Rechteckformen kann man die Signale mit schnellen Logarithmieren, die auch ein begrenztes "Rechteck"-Signal ausgeben, z. B. von Analog Devices.
Hallo, es hat zwar etwas gedauert, aber ich habe jetzt etwas mehr informationen. An der Messwelle erhalte ich 48 Signale pro Umdrehung. Maximale Drehzahl 30.000 U/min => 24.000 Signale/sec maximal. Der maximale Verdrehwinkel (phi) von Rotor zu Messwelle ist auf 3,6 Grad bei maximalen Moment von 500 Nm ausgelegt. Auflösung soll 0,01 Nm sein, Messgenauigkeit 0,01 % (= 0,05 Nm) des Maximalwerts. Für diese Genauigkeit benötige ich einen sehr schnellen Timer. Mit welcher Elektronik kann ich so etwas am besten realisieren? Die Daten, Drehmoment und Drehzahl, sollen in einem Controller ermittelt und aller 2ms ausgegeben werden. Bisher habe ich solche Messungen mit den internen Timern eines Atmegas gemacht, leider sind diese für die aufgabe nicht mehr schnell genug. Frage: - Mit welcher Elektronik kann man diese Messung realisieren? - gibt es dafür spezielle ICs - analoge Schaltung? - sonstigen Lösungsansatz Danke für die Hilfe
Bist du sicher, dass Slew-Rate und Jitter deiner Opto-Sensoren für die Meßanforderungen ausreichen?
Die Sensoren sind nicht meine Aufgabe, darum kümmert sich jemand anderes. Das Signal liegt also wie beschrieben vor.
Martin schrieb: > - sonstigen Lösungsansatz Ein Tektronix 2465A oder 2445A nehmen, autoset drücken, und die Phasenverschiebung direkt am Bildschirmcursor auf 3 Stellen genau ablesen.
danke andrew, jedoch wird eine eigenbaulösung mit einem Controller für die Auswertung benötigt, da das Signal an einen PC und an weitere Komponenten gesendet werden muss...
Martin schrieb: > Das Signal liegt also wie beschrieben vor. Kannst Du das noch einmal wiederholen? TTL, ECL, HCMOS? Bei voller Drehzahl hast Du zwei 24kHz Signale, die um bis zu 172,8° Phasenverschiebung aufweisen; verrechnet mit der 0,01N Auflösung egeben sich Zeitdifferenzen von 0,4ns. Verstehe ich das richtig?
genau... momentan haben wir uns auf TTL Pegel (0V und 5V)geeinigt, das ist aber noch nciht endgültig.
Unwissender schrieb: > Bei voller Drehzahl hast Du zwei 24kHz Signale, die um bis zu 172,8° > Phasenverschiebung aufweisen; verrechnet mit der 0,01N Auflösung egeben > sich Zeitdifferenzen von 0,4ns. > Verstehe ich das richtig? Bei einer Drehzahl von 500 1/s und 3.6° Meßbereich, komme ich auf eine max. Zeitdifferenz von 20 us. Bei einer Auflösung von 0.01 % wären das dann 2 ns. Gruß
@ Optoelektroniker (Gast) >Bei einer Drehzahl von 500 1/s und 3.6° Meßbereich, komme ich auf eine >max. Zeitdifferenz von 20 us. Bei einer Auflösung von 0.01 % wären das >dann 2 ns. Macht schlappe 500 MHz. Aber immerhin Faktor 6 weniger als 3 GHz ;-) Aber für sowas gibt es heute "Time To Digital Converter", die können im Bereich von 100ps problemlos auflösen, alles fertig in einem IC. und deutlich billiger als ein komplettes GHz Oszilloskop. Leute mit Sportsgeist bauen sowas selber in einem kleinen FPGA nach, ist bei 2ns Auflösung noch ganz gut machbar. Vier 90° phasenverschobene 125 MHz Takte kriegt jedes FPGA heute hin, selbst 250 MHz sind drin, womit man effektiv 1 GHz Abtastrate hat. Wäre ne nette Entwicklungsaufgabe für mich 8-0 MFG Falk
@ Martin (Gast) >momentan haben wir uns auf TTL Pegel (0V und 5V)geeinigt, das ist aber >noch nciht endgültig. Naja, wenn man die Phasenlage von zwei Signalen mit 2ns auflösen will, wird das mit normalen TTL/CMOS-Signalen mit typ. 5ns Anstiegszeit knapp, wenn gleich es geht.
http://www.cronologic.de/products/time_measurement/hptdc/?gclid=CLSvoYGP5acCFRSVzAodFXVv8w http://de.wikipedia.org/wiki/Time-to-Digital-Converter
So etwas gibt es fertig von HBM. Mach dir keine Hoffung das du so etwas selber bauen kanst. Eine Illusion.
Na dann leg mal los Schlaubi :-) Duck und weg Gruß Knut
Optoelektroniker schrieb: > Bei einer Auflösung von 0.01 % wären das > dann 2 ns. Du verwechselst Auflösung und Genauigkeit :-)
Unwissender schrieb: > Optoelektroniker schrieb: >> Bei einer Auflösung von 0.01 % wären das >> dann 2 ns. > > Du verwechselst Auflösung und Genauigkeit :-) Sorry, hast natürlich recht. Da würde mich die Optik interessieren - Genauigkeit der Marken 220 nm. Zugegeben, die Halbleiterbelichter lachen darüber, aber an einer Motorwelle ...
Falk Brunner schrieb: > @ Optoelektroniker (Gast) > >>Bei einer Drehzahl von 500 1/s und 3.6° Meßbereich, komme ich auf eine >>max. Zeitdifferenz von 20 us. Bei einer Auflösung von 0.01 % wären das >>dann 2 ns. hallo, ich hab mir grad gedanken über die benötigten berechnungen gemacht, jedoch bin ich nicht wirklich zum Ziel gekommen. Ich möchte so etwas ähnliches machen, jedoch mit einer viel geringeren drehzahl und auflösung. Wie komme ich anhand der - Auflösung 0,01% - den max. 3,6° - den 30000 U/min auf die benötigte Abtastrate/Timerfrequenz um den Phasenabstand zu messen. Was muss ich noch alles beachten, damit ich keine fehler mache. Danke
Warum pappst du nicht einfach ein DMS auf die Welle. Das ist doch viel einfacher als das mit den Drehgebern,.
@ fragender (Gast) >jedoch bin ich nicht wirklich zum Ziel gekommen. Ich möchte so etwas >ähnliches machen, jedoch mit einer viel geringeren drehzahl und >auflösung. >Wie komme ich anhand der > - Auflösung 0,01% > - den max. 3,6° > - den 30000 U/min >auf die benötigte Abtastrate/Timerfrequenz um den Phasenabstand zu >messen. 30.000 U/min / 60 = 500 U/s = 500 Hz Drehzahl T = 1/f = 1/500Hz = 2ms Periodendauer 3,6°/360° * 2ms = 20µs maximaler Zeitversatz bei max. Drehzahl 20µs * 0,01% = 20µs * 0,0001 = 2ns Zeitauflösung >Was muss ich noch alles beachten, damit ich keine fehler mache. ;-) Bau kein Atomkraftwerk. MFG Falk
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