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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Beschleunigungsmesser als Gravimeter verwendbar?


Autor: Erwin Meyer (nobodyy)
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Gibt es bezahlbare Beschleunigungsmesser, die man für ein Gravimeter 
verwenden kann, beispielsweise um die g-Schwankungen durch Sonne und 
Mond zu messen?

Am geeignetsten wäre wohl ein Beschleunigungsmesser, der die 
Beschleunigung frequenzcodiert ausgibt, da man Frequenzen sehr genau 
messen kann.
Aber ich habe keinen solchen Beschleunigungsmesser gefunden.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Erwin Meyer schrieb:
> Gibt es bezahlbare Beschleunigungsmesser, die man für ein Gravimeter
> verwenden kann, beispielsweise um die g-Schwankungen durch Sonne und
> Mond zu messen?
>
> Am geeignetsten wäre wohl ein Beschleunigungsmesser, der die
> Beschleunigung frequenzcodiert ausgibt, da man Frequenzen sehr genau
> messen kann.
> Aber ich habe keinen solchen Beschleunigungsmesser gefunden.

Wie groß sind denn die zu erwartenden Beschleunigungen?

Autor: Erwin Meyer (nobodyy)
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Luk4s K. schrieb:
> Wie groß sind denn die zu erwartenden Beschleunigungen?

Nahe 1 g. Gravimeter stehen ja normalerweise fest an einem ruhigen Ort.

Autor: Ulrich (Gast)
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Die meisten Halbleiter-beschleunigungssensoren sind nicht empfindlich 
genug.
Bei jeder normalen Pendeluhr ist die Frequenz proportional zur Wurzel 
aus der Erdbeschleunigung.

Zum Teil wurden (werden noch ?) extra große Schwingquarze 
(Stimmgabelform, relativ niedrige Frequenz) zur Messung der 
Erdbeschleunigung eingesetzt. Mit 2 Quarzen in Unterschiedlicher 
Orientierung hat man dann ein Frequenzverhältnis aus Ausgang. Bei den 32 
kHz Uhrenquarzen soll der Effekt angeblich wenigstens noch messbar sein 
- hab es aber noch nicht probiert.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Erwin Meyer schrieb:
> Luk4s K. schrieb:
>> Wie groß sind denn die zu erwartenden Beschleunigungen?
>
> Nahe 1 g. Gravimeter stehen ja normalerweise fest an einem ruhigen Ort.

OK.
Und wie groß ist die Variation, die durch den Mond zu erwarten ist?

Autor: Erwin Meyer (nobodyy)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Erwin Meyer schrieb:
>> Luk4s K. schrieb:
>>> Wie groß sind denn die zu erwartenden Beschleunigungen?
>>
>> Nahe 1 g. Gravimeter stehen ja normalerweise fest an einem ruhigen Ort.
>
> OK.
> Und wie groß ist die Variation, die durch den Mond zu erwarten ist?

Also die kleinere Änderung kommt von der Sonne und die beträgt rund 10 
ng.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Eine so genaue Messung ist natuerlich nicht moeglich mit 30Euro 
Komponenten. Das Problem ist die Zeitkonstante. Die Aenderung tritt 
periodisch mit 12 Stunden auf. Und bei einer solchen Messung ueber dem 
Rauschen zu bleiben...
So nebenbei. Die Gezeiten sind so empfindlich. Aber wenn man nicht an 
einem Meer wohnt ... und der Effekt ist nicht ueberall gleich stark.

Autor: A. R. (redegle)
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Das ganze wird nicht gerade einfach.

Mit welcher Frequenz finden die Schwankungen denn statt?
Reden wir hier über Stunde, Tage, Minuten oder Sekunden?
Wahrscheinlich brauchst du Kapazitäten, um das Rauschen zu unterdrücken. 
Dadurch wirst du mit einer bestimmten Zeitkonstante leben müssen.

Ich habe hier einen Sensor gefunden:
http://www.lipoly.de/index.php?main_page=product_i...
660mV/g
10ng --> 6,6nV

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Erwin Meyer schrieb:

> Also die kleinere Änderung kommt von der Sonne und die beträgt rund 10
> ng.
Das sind .01ppm von den 1G. Eindeutig nichttrivial. Mit Hausmitteln 
nicht machbar, es sei denn du hast eine zündende Idee, wie das gehen 
soll.
A. R. schrieb:
> 10ng --> 6,6nV
Das AFAIK beste DMM, das 3458A hat eine Auflösung von 10nV, wird also 
nichts.
EDIT: Ich sehe grad : das 34420A hat 100pV Auflösung, du musst 
allerdings die 660mV Offset driftrei abziehen.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Erwin Meyer schrieb:
> Karl heinz Buchegger schrieb:
>> Erwin Meyer schrieb:
>>> Luk4s K. schrieb:
>>>> Wie groß sind denn die zu erwartenden Beschleunigungen?
>>>
>>> Nahe 1 g. Gravimeter stehen ja normalerweise fest an einem ruhigen Ort.
>>
>> OK.
>> Und wie groß ist die Variation, die durch den Mond zu erwarten ist?
>
> Also die kleinere Änderung kommt von der Sonne und die beträgt rund 10
> ng.

Gut.
Und wie gross ist jetzt zb die Variation die der Beschleunigungsmesser 
erfahren wird, wenn draussen ein LKW mit 10 Tonnen in sagen wir mal 10 
Meter Entfernung vorbeifährt?

(Nur um mal realistisch einschätzen zu können, welch andere Effekte 
dieses 'Signal' überlagern und verdecken können)

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Naja. Da die Periodizitaet des Mondes bekannt ist kann man da mit einem 
lock-in arbeiten. Das waere dann 1 Tag pro Periode. Die 
Integrationszeiten werden aber etwas lang...

Autor: Erwin Meyer (nobodyy)
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A. R. schrieb:
> Ich habe hier einen Sensor gefunden:
> http://www.lipoly.de/index.php?main_page=product_i...
> 660mV/g
> 10ng --> 6,6nV

Deshalb suche ich ja einen Sensor, der eine der Beschleunigung 
proportionale oder umgekehrt proportionale Frequenz ausgibt.
Schließlich ist 1 ppm als Frequenz leicht zu messen, aber als Spannung 
praktisch unmeßbar.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Erwin Meyer schrieb:
> A. R. schrieb:
>> Ich habe hier einen Sensor gefunden:
>> http://www.lipoly.de/index.php?main_page=product_i...
>> 660mV/g
>> 10ng --> 6,6nV
>
> Deshalb suche ich ja einen Sensor, der eine der Beschleunigung
> proportionale oder umgekehrt proportionale Frequenz ausgibt.
> Schließlich ist 1 ppm als Frequenz leicht zu messen, aber als Spannung
> praktisch unmeßbar.
10nG sind .01ppm von den 1G.
Das wird auch als Frequenz nur schwer messbar.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Erwin Meyer schrieb:
> A. R. schrieb:
>> Ich habe hier einen Sensor gefunden:
>> http://www.lipoly.de/index.php?main_page=product_i...
>> 660mV/g
>> 10ng --> 6,6nV
>
> Deshalb suche ich ja einen Sensor, der eine der Beschleunigung
> proportionale oder umgekehrt proportionale Frequenz ausgibt.
> Schließlich ist 1 ppm als Frequenz leicht zu messen, aber als Spannung
> praktisch unmeßbar.#

Das Problem ist, ob das was der Sensor in diesem Bereich misst, noch 
irgendwas mit der Realität zu tun hat.

Autor: Erwin Meyer (nobodyy)
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Welche Beschleunigungssensoren geben denn ihr Signal freqnenzabhängig 
aus?

Ich brauche das Ausgangssignal nicht als Ausgangsspannung oder noch 
schlechteres PWM-Signal sondern als Frequenz.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Erwin Meyer schrieb:
> Frequenz
Auch 0.01ppm einer Frequenz lassen sich schlecht bis überhaupt nicht 
messen.

Autor: Ulrich (Gast)
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Es gab früher zumindest mal die Sensoren auf Quarz-basis, die eine 
Frequenzverhältnis ausgegeben haben. Die wurden z.B. in U Booten genutzt 
um damit an Hand der vom Ort abhängigen Gravitation zu navigieren. So 
einfach zu bekommen werden solche Sensoren aber nicht.

So unmöglich ist die Frequenzmessung auf 0.01 ppm nicht. Man braucht 
dafür aber schon eine Anbindung an eine Externe Referenz vie GPS, DCF77 
oder was ähnliches. Von der Auflösung ist das kein wirkliches Problem - 
auch nicht mit Hobbymitteln. Bei passender Frequenz schafft das auch ein 
kleiner µC wie 8 Bit AVRs in überschaubarer Zeit von etwa 1 Sekunde. 
Mein Zähler sollte es von der Auflösung schon schaffen, kann es nur 
nicht anzeigen (nur 7 Stellen) - für die Genauigkeit fehlt nur noch der 
genaue Ref. Takt.

Autor: Guido Körber (Gast)
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Also wir bauen ein USB Sensormodul mit einem MEMS Sensor drin, das 
erreicht 125 µg Auflösung und könnte die bei so niederfrequenten 
Änderungen durchaus über dem Rauschen halten. Der verbaute Sensor ist 
einer der besten dreiachsigen MEMS die man momentan bekommt, signifikant 
bessere Auflösungen werden gleich erheblich teurer und liegen locker im 
dreistelligen Bereich nur für das Sensorelement.

http://www.codemercs.com/index.php?id=58&L=0

Autor: Erwin Meyer (nobodyy)
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Als Referenz kann ich einen Quarzofen oder eine irgendwo als Restposten 
billig gekaufte Atomuhr nehmen, so das eine Auflösung von 1 ppb oder 
besser machbar ist, aber erstmal brauche ich einen Sensor, der mir eine 
Frequenz liefert.
Welche Sensoren geben denn eine Frequenz aus?

Autor: Ulrich (Gast)
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Eine Pendeluhr gibt die Frequenz aus, allerdings proportional zur Wurzel 
aus der Beschleunigung. Fehlt nur noch die Lichtschranke am Pendel und 
man hat auch ein Elektrisches Signal.  Mit 0.01 ppm Genauigkeit wird es 
aber nichts mit einer alten Uhr.

Nur Weil eine Sensor eine Frequenz ausgibt muss er nicht besonders Genau 
sein.

Autor: Erwin Meyer (nobodyy)
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Ulrich schrieb:
> Es gab früher zumindest mal die Sensoren auf Quarz-basis, die eine
> Frequenzverhältnis ausgegeben haben. Die wurden z.B. in U Booten genutzt
> um damit an Hand der vom Ort abhängigen Gravitation zu navigieren. So
> einfach zu bekommen werden solche Sensoren aber nicht.

Gibt es dazu eine Bauteil-Bezeichung oder sonstwelche Namen?
Ohne irgendeinen konkreten Anahltspunkt kann man schliecht etwas suchen.

Autor: Ulrich (Gast)
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Hier sind ein paar Links zu sehr empfindlichen Sensoren. Billig wird das 
aber wohl nicht!

http://www.sumobrain.com/patents/wipo/High-resolut...

http://www.scintrexltd.com/internal.php?storeCateg...

http://www.paroscientific.com/pdf/Quartz_Resonator...

10 nG ist wohl wirklich anspruchsvoll, auch für die Profis, geht aber.

Autor: Guido Körber (Gast)
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Epson baut Sensoren auf Quarzbasis.

Autor: Erwin Meyer (nobodyy)
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Guido Körber schrieb:
> Epson baut Sensoren auf Quarzbasis.

Welchen Namen haben die Teile?

Autor: Guido Körber (Gast)
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Da wir die wegen mangelnder Eignung für unsere Anwendungen nicht 
einsetzen: Keine Ahnung.

Ich war nur auf der electronica bei deren Stand und habe mich 
informiert, mit dem Ergebnis, dass die Sensoren zwar schöne Daten haben 
für uns aber nicht passen.

Einfach mal bei Epson Toyocom nachschauen.

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