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
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.
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
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.
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.
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
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.
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.
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
>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
Schwinkgkreis-Energiesch_tzung.png
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