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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Offsetanteil am Eingang eines Integrierers


Autor: Thomas J. (tommesj)
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Hi!

Hab ein großes Problem, und zwar möchte ich einen inegrierer bauen 
welcher eine Analoge Spannung integriert.

Nun zu meinem Problem, die zu integrierende Spannung im mV Bereich ist 
von einer stark Temperaturabhängigen gleichspannung überlagert!

Jetzt ist halt die frage ob es Möglich ist diese spannung automatisch so 
zu Kompensieren das nur noch der Wechselspannungsanteil am integierer 
ankommt!

mfg
Thomas

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Thomas J. schrieb:

> Jetzt ist halt die frage ob es Möglich ist diese spannung automatisch so
> zu Kompensieren das nur noch der Wechselspannungsanteil am integierer
> ankommt!

Das geht mit einem hochohmigen Gegenkopplungswiderstand parallel zum 
Kondensator. Die RC-Zeitkonstante muß dabei sehr groß gegenüber der 
Periodendauer der Wechselspannung sein. Wie fast immer hängt die 
optimale Lösung aber davon ab, was Du genau machen willst.

Jörg

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Kondensator zwischenschalten? Was willst du denn genau machen?

Kai Klaas

Autor: Thomas J. (tommesj)
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Ich möchte aus Versuchszwcken hinaus eine Spannungsausgang eines 
Geschwindigkeitsmessers integrieren um die strecke zu erhalten. Doch 
leider hat der ausganz einen Offset von 1.4V

Ich weiß das ich das mit einem mikrocontroller rein rechnerich machen 
könnte. es gaht mir aber um die Analogschaltung.

Vielen dank schonmal. Ich werde mal in ruhe simulieren mit dem 
Gegenkopplungswiederstand.

mfg
Thomas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Was ist das für ein Geschwindigkeitsmesser?

Autor: Thomas J. (tommesj)
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Besser gesagt über einen beschleunigungssensor

Autor: Sch. Patrick (patrick_sch)
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Also es geht ganz genau um Folgendes (Ist eigentlich mein Projekt ;) )

Der Sensor gibt einen Spannungsoffsetwert aus, und Dem Überlagert das 
Eigentliche Signal. Der Spannungsoffset ist ~1.4V, jedoch stark 
Temperatur und Streuungsabhängig.
Die Ausgansspannung des Sensors soll nun Integriert werden (mittels 
Integrator) jedoch ohne diesen Driftabhängigen Offset, dh nur das 
eigentliche Ausgangssignal.
Das Problem ist nun, einerseits den Offset wegzubekommen, und 
andererseits, diesen zu bestimmen, da er nicht Definiert werden kann.

mfg
Patrick

Autor: Thomas J. (tommesj)
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Sag ich doch

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Jungs, was für ein Signal ist das? Was für ein Beschleunigungssensor?

Autor: Sch. Patrick (patrick_sch)
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den Typ weiss ich grad net, ist ein Analoger 3-Achsen 
Beschleunigungssensor, der Für 0g halt 1.4 V ausgibt, unf für zB 1g in 
X-Achse 1,7V
und da ist halt unser nutzssignal die 0,3 V, und die 1,4 Müssen wir 
wegbekommen

Autor: Gebhard Raich (geb)
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Den Offset kannst du nur über einen Subtrahierer wegtrimmen. Falls der 
Offset stark schwankend ist, hast du ein ziemliches Problem.Da könntest 
du nur immer wieder neu trimmen, wenn der Beschleunigungssensor in Ruhe 
ist(oder sich gleichmäßig bewegt).Sehr genau wird das ganze wohl ohnehin 
nicht werden.

Grüße

Autor: Kai Klaas (Gast)
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ADXL330 ?

Das kann man analog oder digital abziehen. Macht man es digital, kamm 
man auch den Temperaturgang berücksichtigen.

Kai Klaas

Autor: Sch. Patrick (patrick_sch)
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Danke für die Beiträge

@Kai
Es geht ja Drum es analog zu machen, so muss ich nur 1 Projekt machen 
anstelle von 2

@Gebhard
mein aktueller Plan ist, das Dingen zu takten, in einer Takthälfte 
jeweils zu Messen und in der anderen den Kondensator entladen und auch 
den Offset wieder Glattzubügeln
Das funktioniert auch bisjetzt soweit gut, nur ergibt sich jetzt das 
nächste Problem:
ich brauche entweder einen Elektronischen Wechselschalter, oder ein 
Bauteil welches Spannungs- und Stromrichtungs und -werteabhängig Öffnet 
bzw Schliesst.
Ein Relais ist zu langsam für 10 oder 20 kHz

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Sch. Patrick schrieb:
> Es geht ja Drum es analog zu machen, so muss ich nur 1 Projekt machen
> anstelle von 2

Der Offset bei ruhendem System kann über das arithmetische Mittel des
Messwerts über ein Zeitintervall ermittelt werden. Das ist in Analog-
technik aber ziemlich schwierig. Mit einer exponentielle Mittelung geht
es wesentlich leichter (einfacher Tiefpass), allerding benötigt diese
bei vergleichbarer Genauigkeit sehr viel mehr Zeit.

Ist der Offset bestimmt, muss er über die gesamte Betriebsdauer gespei-
chert werden. Auch das ist in Analogtechnik nicht einfach, wenn es
halbwegs genau sein soll.

Beide Punkte stellen dagegen beim Einsatz eines Mikrocontrollers über-
haupt kein Problem dar.

> mein aktueller Plan ist, das Dingen zu takten, in einer Takthälfte
> jeweils zu Messen und in der anderen den Kondensator entladen und auch
> den Offset wieder Glattzubügeln

Dann geht dir ja in der zweiten Takthälfte jegliche Sensorinformation
verloren. Wie willst du damit sinnvolle Ergebnisse bekommen? Oder weißt
du, dass in der zweiten Takthälfte die Beschleunigung einen bekannten
Wert, z.B. 0 hat?

> Das funktioniert auch bisjetzt soweit gut, nur ergibt sich jetzt das
> nächste Problem:
> ich brauche entweder einen Elektronischen Wechselschalter, oder ein
> Bauteil welches Spannungs- und Stromrichtungs und -werteabhängig Öffnet
> bzw Schliesst.
> Ein Relais ist zu langsam für 10 oder 20 kHz

Wie kann die Schaltung soweit gut funktionieren, wenn du noch nicht
einmal weißt, welche Bauteile du verwenden möchtest? ;-)

Autor: Sch. Patrick (patrick_sch)
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Yalu X. schrieb:

> Beide Punkte stellen dagegen beim Einsatz eines Mikrocontrollers über-
> haupt kein Problem dar.
>
> Dann geht dir ja in der zweiten Takthälfte jegliche Sensorinformation
> verloren. Wie willst du damit sinnvolle Ergebnisse bekommen? Oder weißt
> du, dass in der zweiten Takthälfte die Beschleunigung einen bekannten
> Wert, z.B. 0 hat?

Wenn ich hoch Takte dürfte nicht viel Information fehlen
Da das integrierte Signal eh an einen Microkontroller übergeben wird, 
zur Auswertung und Ausgabe an ein LCD



> Wie kann die Schaltung soweit gut funktionieren, wenn du noch nicht
> einmal weißt, welche Bauteile du verwenden möchtest? ;-)

Spice ;)

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Sch. Patrick schrieb:
> Wenn ich hoch Takte dürfte nicht viel Information fehlen

D.h. du gehst davon aus, dass sich das Sensorsignal innerhalb einer
Taktperiode nur unwesentlich ändert. Ok, aber wenn du den Kondensator
(ich nehme an, du meinst den des Integrierers) in jedem Taktzyklus
entlädst, springt ja das Ausgangssignal des Integrierers jedesmal wieder
auf null, wodurch das Integrationsergebnis gelöscht wird. Was wird denn
dann überhaupt noch integriert?

Sag jetzt aber nicht, das Signal wird am Ende der ersten Takthälfte vom
µC per ADC eingelesen und softwaremäßig aufsummiert. Dann machst du die
Integration ja doch im µC, und der analoge Integrierer verkommt zu einer
simplen S&H-Schaltung :)

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Thomas

> Ich möchte aus Versuchszwcken hinaus eine Spannungsausgang eines
> Geschwindigkeitsmessers integrieren um die strecke zu erhalten. Doch
> leider hat der ausganz einen Offset von 1.4V
... weiter unten hast Du Dich dann korrigiert und angegeben, daß Du 
einen Beschleunigungssensor hast.

Ich möchte Dir raten, ganz gründlich zu überdenken, ob Dein Ansatz an 
sich praktikabel ist. Ich habe aus ganz grundlegenden Erwägungen in 
einem ähnlichen Projekt die Verwendung von Beschleunigungssensoren 
verworfen und habe stattdessen ein anderes Sensorprinzip vorgezogen. Ich 
möchte Dir ein paar wesentliche Probleme darlegen.

Das Hauptproblem besteht m. E. darin, daß Du nicht nur einmal, sondern 
zweimal integrieren mußt, wenn Du von einer Beschleunigung auf einen Weg 
schließen willst.

Ein Gleichspannungsoffset im Beschleunigungssignal führt dementsprechend 
zu einem Fehler in der Positionsbestimmung, der proportional zu t^2 (t: 
Zeit) wächst.

Doch auch schon eine nur kurzzeitige Störung (Signal mit endlicher 
Fläche) auf dem Beschleunigungssignal führt zu einem 
Gleichspannungsoffset im Geschwindigkeitssignal (1. Integration) und zu 
einem Fehler in der Ortsberechnung, der linear mit der Zeit t wächst (2. 
Integration).

Angesichts der Größe dieser Fehlereinflüsse ist eine Kalibrierung sehr 
ambitioniert. Chancen hast Du nur dann, wenn der Meßzeitraum sehr kurz 
ist oder Dir noch weitere (langzeitstabile) Sensoren zur Verfügung 
stehen.

Kalibrierungsprobleme ergeben sich auch aus den unterschiedlichen 
Empfindlichkeiten der einzelnen Sensoren: Wenn der Beschleunigungssensor 
in Ruhe verharrt, muß der resultierende Vektor der Beschleunigung 9,81 
m/s^2 betragen, egal, wie die Lage des Sensors im Raum ist. Das wird in 
der Praxis kaum der Fall sein.


Gruß,
  Michael

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Wie Michael schrieb:
>zu einem Fehler in der Ortsberechnung, der linear mit der Zeit t wächst

Dem ist nichts mehr hinzuzufügen. Nochmal deutlich. Jeder klitzekleine 
Fehler (und Du hast IMMER einen Fehler) führt bei der 
Positionsbestimmung zu einem ständig größer werdendem Fehler.
Das wird so nichts!
Du brauchst relativ häufig zusätzliche Informationen mit denen Du Deinen 
Fehler wieder eliminieren kannst, und analog wird das dann eh nix.
Wenn Du sowiso einen Controller hast, dann mach die Integration (bzw. 
Summierung) dort, versuche dort die Offsetfehler herauszurechnen 
(entsprechende Filteralgorithmen wie -da hab ich wenig Ahnung- 
gleitendes Mittelwertfilter oder so).
Was man analog auf jeden Fall machen könnte wäre das Signal so 
aufzubereiten, daß Du das Nutzsignal messer messen kannst.
Wenn z.B. der Offset 1,2 - 1,5V ist und das Nutzsignal -0,2 bis +0,2, 
dann könntest Du 1V vom Signal subtrahieren und den Rest so verstärken, 
daß Du den maximalen AD Wandlerbereich nutzen kannst. Ob Du dann einen 
Offset von 0 - 0,3V oder 1,2 - 1,5V rausrechnen musst ist egal.

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