Hi Jungs, wir führen an der Uni im Werkstoff Labor gerade Zugfestigkeitsversuche für verschiedene Werkstoffe durch. Als Sensor dient ein Kraftaufnehmer, der unter Volllast ein Ausgangssignal von 30mV liefert (Wheatstonesche Messbrücke). Dieses Signal geht in einen Messverstärker, der das ganze auf 150000dig auflöst. Würde so eine Geschichte sehr gerne mal mit meinem AD-Board nachbauen, um zu sehen wie viel schlechter die "Mikro Lösung" im Vergleich zu richtiger prof. 19" Hardware wäre... Für mich stellt sich die Frage wie genau man denn mit einem 24bit AD-Wandler real auflösen kann, ohne dass störende Effekte wie Rauschen sich bemerkbar machen? Im Falle der Messverstärker Lösung sind das nämlich 30mV/150000=0,2µV pro dig...
Hi! Also meines Erachtens müssen die 30mV erst mal aufbereitet sprich verstärkt werden, weil mir ist kein AD-Wandler bekannt, der bei 30mV 24 Bit auflöst. Grundsätzlich hat man bei 24Bit und 5V max. Eingang 0,2uV pro Schritt. Das schwierigste wird dabei das Boardlayout werden, weil davon hängt die Qualität am meisten ab. Mit ordentlichem Board-Layout denke ich sind gut 20-22 Bit drin, der Rest wird im Rauschen untergehen. Ohne 4-Layer PCB wirds da aber schwierig werden optimale Ergebnisse zu erzielen.
Hallo Christian, Danke für Deine Antwort! Ja, die - für den kleinsten Schritt erforderlichen 0,2µV müssten erst einmal verstärkt werden - könnte daher ein zusätzliches Prob. bzgl. Linearität geben. Kann mir nur sehr schwer vorstellen, dass eine einfache Transistor Verstärkerschaltung da ausreicht - Muss da wahrscheinlich auf OP´s zurückgreifen, oder? Kannst Du mir bitte den Hintergrund bzgl. 4 Layer PCB genauer erläutern? Danke und Gruß Tom
Ich würde mir an deiner Stelle mal den MSC1210 von TI genauer anschauen, ist ein 24Bit-Delta-Sigma ADC mit 8051-Mikrocontroller, der genau für diese Anwendung gebaut wurde. Der hat nämlich auch gleich noch einen PGA sowie einen Offset DAC drinnen. Schau dir einfach mal die Application Sheets auf der TI-Seite an. Das wäre dann eine 1-Chip-Komplettlösung, die noch nichtmal viel kostet. Den Kompiler gibts auf www.wickenhaeuser.de, in den pdfs dazu findest du auch noch viele Anregungen.
Hi! Also ohne hochwertigen Instrumentenverstärker (gibts als fertige, abgeglichene Bausteine zB: AD624) würde ich da nichts machen. Da bei solchen Schaltungen die Spannungsversorgung und das EMV-Design sehr wichtig ist würd ich das ganze mit 4-Layer Boards machen. Die Spannungsversorgung und GND kommen dabei in die inneren Layer, außen die Signalpfade mit Masseflächen zur besseren Abschirmung. Dabei ist zu beachten, dass die Spannungsversorgung möglichst gut gefiltert wird und die Versorgung vom Analogen und Digitalen Teil getrennt wird und nur an einem Punkt zusammengeführt ist. Auch eine sternförmige Führung der Versorgungsleitungen ist sicher nicht schlecht. Die Masseflächen auf den beiden Signallayern möglichst oft auf den GND Layer durchkontaktieren um einen Potentialausgleich zu machen. Man kann das ganze eventuell auch als 2 Layer Board machen. Dabei ist dann besonderes Augenmerk auf die Signalführung zu legen und den AD-Wandler möglichst gut von der Analogen Seite zu trennen. Ist halt alles eine Frage des Budgets
Servus, die Frage bei der ganzen Sache ist doch, wie genau überhaupt der Sensor ist. 22 oder 24 Bit sind i.a. nicht so einfach verfügbar. Die Delta-Sigma Wandler mit Vorverstärker drinne sind nicht die schlechtesten. Vor allem ist eine hochauflösende Messung ohne Berücksichtigung der Thermospannungen nicht so ganz der "Brüller". Aber so 18-20 Bit lassen sich mit DC Erregung schon auflösen. Analog Devices + Texas (z.Teil aus Burr Brown Zeiten) hat da einiges zu bieten. Es ist eher dabei die Frage mit welcher Geschwindigkeit gemessen werden soll. Gruß Thomas
"Es ist eher dabei die Frage mit welcher Geschwindigkeit gemessen werden soll" Ja, ist ein sehr wichtiger Aspekt - Bittiefe vs. Geschwindigkeit! Daher ~ 300 bis 500 Messungen die Sekunde. 18bit Auflösung sollten schon ausreichend sein > 2^18=262144dig > 150000dig. Habe auch schon nach Alternativen bzgl. Messprinzip gesucht und bin auf: http://www.acam.de/Content/Deutsch/picostrain/ps_perf_1.html gestossen. Bin mir aber noch unschlüssig wie/ob ich die dargestellen Messungen interpretieren soll...
Diese Picostrain Lösung geht bei höheren Abtastfrequenzen ganz schön in die Knie ... Leider!
@Christian: bis Du auch in dieser Branche aktiv? Wir entwickeln solche Verstärker professionell. Bei dieser Genauigkeit ist das alles andere als trivial. Da steckt jahrelange Erfahrung dahinter. Die größten Probleme machen Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Die Platinen müssen penibel gereinigt werden, da Luftfeuchtigkeit und Flussmittel schon störende Kriechströme ergeben. Aber das ist noch wenig im Vergleich zur Temperaturdrift. Offsetkorrektur ist unbedingt notwendig. 20-22 Bit ist illusorisch, mit allen gezogenen Registern (Digitalfilter, e-Modul-Kompensation...) schaffen wir eine Genauigkeit von 18 Bit (262144 Teile), das sind 25mg bei 6,5kg. 150000 Teile sind 17,19 Bit. Den TI/BB MSC1210 (auf dem EVAL-Board) habe ich auch hier, da werde ich demnächst mal Tests durchführen. Empfohlene Bauteile: TI/BB ADS1252 oder ähnliche aus dieser Serie http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=500&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T Instrumentenverstärker aus der Serie INA: http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=500&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T Seminar / Basiswissen http://focus.ti.com/docs/training/catalog/events/event.jhtml?sku=SEM406005
Ich würde erst einmal untersuchen, welche Temperaturdrift der DMS-Sensor hat. Alles andere ist zweitrangig.
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