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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Beschleunigungs -Sensor(en)


Autor: Richard Bauer (fremder0815)
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Tag zusammen,

der weg mag eventuell der falsche zum ziel sein, allerdings
würde ich auch um erfahrungen zu sammeln gerne folgendes
ausprobieren:

= Situation: XY-Tisch (2500 x 1250 mm) - uralte Steuerung :(

ich würde (wirklich erstmal nur zum testen) gerne mit einem
Sensor die gefahrenen Strecken ~vergleichen~

Beispiel:

der Cnc-code schickt die Anlage z.B. von  X0,Y0 nach X100,Y100
und so weiter (bis hin zu Bogen/Kreis etc)

Da die vom Sensor gelieferten Werte (erstmal) nicht 100%ig sein
sollen/müssen ist meine Frage:

Wie kann ich errrechnen ob der eine oder andere Sensor geeignet ist.
Bzw. bei welchen Fahrgeschwindigkeiten wirds wohl nimma klappen.
Bzw. welche ~Verzögerungen~ könnten da zustande kommen.

Rein theoretisch müsste doch so eine art KOPIE der real gefahrenen
Strecke möglich sein ?

(klar wären drehgeber / glasmesstäbe etc. abzufragen auch möglich)

oder soll ich den thread löschen und wieder ins kloster gehen ? :)

danke

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Mir ist nicht wirklich klar, was denn nun deine Fragestellung eigentlich 
ist.

Die Erwähnung des Wortes 'Beschleunigungssensor' im Titel lässt mich 
vermuten, dass du mithilfe von Beschleunigungen und zweimaligem 
Aufintegrieren den tatsächlichen Verfahrweg bestimmen willst.

Dazu ist zusagen: vergiss es gleich wieder. Das wird nie annähernd 
genau.

Dein Tisch verfährt ja nicht einfach so, sondern da wird es einen Motor 
geben, der eine Spindel dreht und diese Spindel verschiebt dann den 
Tisch. An diese Spindel im einfachsten Fall eine Markierung anbringen 
und mit einer Reflexlichtschranke die Umdrehungen zählen. Die Auflösung 
ist so nicht allzuhoch, aber das lässt sich durch mehr Markierungen 
wieder ausgleichen.

Natürlich nur, wenns billig sein soll. Wenns genau/hochauflösend sein 
soll, kommst du um geeignete Sensoren/Encoder/Glasmasstäbe nicht herum.

Aber Beschleunigungssensoren sind dafür völlig ungeeignet.

Autor: Richard Bauer (fremder0815)
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ok danke - habe ich mir fast gedacht -> zu ungenau

dummerweise ist mir jetzt diese antwort auch zu UNGENAU
(kein vorwurf, war nur grad so passend:-)

wie genau ist UNGENAU bei den "üblichen" sensoren hierzu ?

mir gehts um eine ca. 3 GRAD drehung eines maschinenkopfes
immer zum "mittelpunkt" seiner gerade aktiven "schneiderichtung"
wenn hier n paar 10ntel mm ungenau wären (je nach geschwindigkeit)
wäre der sache ja ein annähren möglich.

liege ich richtig (nach aktuellem schmökern)

wenn die Datenangaben: z.b:

+- 2g / +- 4g / +-8g hergeben,

dass die "kleinste" messbare bewegung bei 2 g liegt ?

nur zum nachvollziehen: angenommen

meine X-Achse fährt von 0 (mit klassicher rampe) und Vorschub 500 mm/min
richtung X = 1000

würde da so ein sensor nicht auch:

anfangs eine relative "hohe" beschleunigung in richtung X und dann
eine stetige in X (bis X 1000) liefern ?

:-)
nix für ungut (ich rede mich noch ein gewisse zeit hier als µM neuling 
raus)

Autor: gk (Gast)
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Richard Bauer schrieb:
> wenn die Datenangaben: z.b:
>
> +- 2g / +- 4g / +-8g hergeben,
>
> dass die "kleinste" messbare bewegung bei 2 g liegt ?


Nein, in der Regel steht in den Datenblättern von Sensoren der 
Maximalwert der Meßgröße und das sind die oben angegbenen Werte
gk

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Richard Bauer schrieb:

> wie genau ist UNGENAU bei den "üblichen" sensoren hierzu ?

Ich sach mal so.
WEnn dein Tisch völlig ruhig steht, würde es mich nicht wundern, wenn 
die Beschleunigungssensorauswertung nach 10 Minuten ergibt, dass er sich 
mitlerweile kurz vor der nächsten Autobahnaauffahrt befindet. :-)

> mir gehts um eine ca. 3 GRAD drehung eines maschinenkopfes
> immer zum "mittelpunkt" seiner gerade aktiven "schneiderichtung"
> wenn hier n paar 10ntel mm ungenau wären (je nach geschwindigkeit)
> wäre der sache ja ein annähren möglich.

Moment:
Jetzt sind da aber andere Voraussetzungen.
Weiter oben war es noch ein Tisch, der in X-Y Richtung verfahren wird. 
Jetzt ist es plötzlich ein Kopf, dessen Abweichung von der Lotrechten 
gemessen werden soll! Das ist aber eine andere Situation. Da muss nichts 
integriert werden und das Sensorrauschen kriegt man durch 
Mittelwertbildung in den Griff.

> wenn die Datenangaben: z.b:
>
> +- 2g / +- 4g / +-8g hergeben,
>
> dass die "kleinste" messbare bewegung bei 2 g liegt ?

du liegst falsch.
Die größte Beschleunigung, die der jeweilige Sensor noch messen kann, 
ist +-2g / +-4g / +-8g

Wie groß die kleinste noch messbare Beschleunigung ist, darüber sagen 
diese Zahlen nichts aus. Die hängen dann ja auch noch von irgendwelchen 
Verstärkerschaltungen ab und was diese noch an Rauschen mit ins 
Messsignal einbringen.

> meine X-Achse fährt von 0 (mit klassicher rampe) und Vorschub 500 mm/min
> richtung X = 1000

Sind wir jetzt wieder beim Tisch?

>
> würde da so ein sensor nicht auch:
>
> anfangs eine relative "hohe" beschleunigung in richtung X und dann
> eine stetige in X (bis X 1000) liefern ?

Das Problem ist, dass der Sensor nicht 0 liefert, wenn er in Ruhelage 
ist, sondern rauscht. Mal zeigt er dir eine kleine Beschleunigung in die 
andere Richtung an, mal eine in die andere. Und diese kleinen Fehler 
summieren sich. Vor allen Dingen, wenn du 2 mal integrierst. Ist am 
Anfang der Gesamtfehler noch klein, so wächst er plötzlich sprunghaft 
an, so wie eben ein Polynom 3. Grades auch bei kleinen Änderungen in X 
schon große Veränderungen in Y zeigen kann, weil der Graph der Funktion 
sehr steil ist.

Autor: Richard Bauer (fremder0815)
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Sensitivity

64 LSB/g    ?
@2g and @ 8g in 10-Bit Mode

also der weg zu meinem anliegen ist wirklich doof (zumal ja drehgeber da 
sind ) dafür werde ich mich mal genauer auseinandersetzen und mir 
erlauben
in einen anderen thread zu fragen: wie ich da am besten vorgehen 
sollte...


aber den besch.sensor finde ich grundsätzlich eine tolle sache und sowas
will ich unbedingt (ab dem 10.januar = eröffnung vom 
mikro.dinges.shop.-)
mir mit geeigneter "spielbaukasten" zulegen freu


Beim Sensor:
wie kann ich - in etwa - aussrechnen welche ungenauigkeiten da entstehen
im verhältniss zur geschwindigkeit.

danke

Autor: Guido Körber (Gast)
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64LSB/g taugt gerade noch dazu um festzustellen ob das Ding waagerecht 
oder senkrecht ist, oder gerade vom Tisch fällt. Das bedeutet der Sensor 
gibt 64 als Zahlenwert für 1 g aus und 128 für 2 g. Damit lassen sich 
Neigungswinkel nur grob abschätzen, halt in 64 (nicht linearen, es sei 
denn man rechnet zwei Achsen zusammen) Schritten für 90 Grad.

Wie genau so ein Sensor ist, lässt sich nicht in wenigen Worten 
beantworten, da gibt es diverse Messfehler, die man alle berücksichtigen 
muss. Geht los mit der Nullage, die eine Abweichung hat, weiter geht es 
mit der Linearität der Werte, dem relativen Fehler, dem Rauschen und 
diversen Drift-Fehlern (Temperatur, Alterung), dazu noch Übersprechen 
zwischen den Achsen.

Zum Berechnen der zurückgelegten Strecke taugen Beschleunigungssensoren 
nur als Schätzhilfe, um genau zu messen braucht man eine externe 
Referenz.

Beschleunigungssensoren mit USB die gut zum Ausprobieren taugen gibt es 
hier:
http://www.codemercs.com/index.php?id=134&L=0

Autor: Richard Bauer (fremder0815)
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super, danke - schonmal kapiert wofür die 64 etc. steht :-)

was gibts denn so für "sensoren" oder messdingens, mit welchen man
die XY(event.Z) lage "relativ" präzise (hier beisst sich die sache wohl)
messen kann.

So ne art "kompass", theoretisch wäre da ja noch ein selbstgebautes 
"GPS"

Unsere "Augen" sind ja eigentlich auch nicht (bei der umrechnung in 
entfernung) sehr präzise.

hm, des mit dem "GPS" ist eigentlich gar nich so deppert, zumindest für 
"regionale" Einsätze, also z.B. in einer HALLE wo man - je nach 
genauigkeit
2 bis 3 solche "SENDER" oben an der decke installiert und dann die Lage 
abfragen könnte :-)

gibts dazu irgendwelche normalsterbliche lösungen/hardware oder tuts da 
so ein "kompassSensor" ?

Autor: Guido Körber (Gast)
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Was denn nun, Lager oder Position?

Triangulieren über Funk oder Magnetfelder ist in Räumen nicht einfach 
wegen der Störeinflüsse. Magnetfelder sind besonders lustig, da durch 
jedes Stück Eisen beeinflusst.

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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Von Vibrationen wollen wir mal ganz absehen...

Nur um euch mal auf den Boden der Realität zurückzuholen ein kleiner 
Vergleich: Ihr möchtet das 1h lang Verkehrsaufkommen auf einer 
Hängebrücke messen. Ihr habt 3 Möglichkeiten:
a) einen Menschen bezahlen der zählt
b) Autos technisch Zählen (Induktionsschleifen im Boden, Lichschranken, 
etc)
c) Entlang der Brückenunterseite Dehnungsmesstreifen anbrigen und über 
die Durchhängung der Brücke auf die Last und damit auf die Autos 
schließen.

Ihr habt euch für Variante c entschlossen.

Das ist der größte Blödsinn auf diesem Planeten!

Ich weiß, dass Anfänger gerne das Rad neu erfinden aber es funktioniert 
einfach nicht ...

Jedem der mir nicht glaubt sollte mal einen Beschleunigungssensor und 
ein Oszi nehmen und sich anschauen was da rauskommt. Oder mittels MEGA 
ADC dann auf UART und sich das anschauen.

Um z.B einen (von vielen) Faktoren rauszubringen: das Rauschen: 
http://en.wikipedia.org/wiki/Kalman_filter
Nur so als Demonstration der Komplexität.

Von Temperaturdrift, etc wollen wir garnicht reden ...

oder Vibrationen, ...

Nehmt einen vernünftigen Incrementalgeber z.B. von Heidenhain in 
entsprechender Auflösung. Das wäre ein sinnvoller Ansatz...

Autor: Guido Körber (Gast)
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Das Beispiel mit den Dehnungsmessstreifen gefällt mir :)

Völlig richtig, bei einem Fahrzeug mag ein Beschleunigungssensor für die 
Positionsbestimmung bis zu einem gewissen Grad angehen, aber für einen 
X/Y Tisch ist das Quatsch, nicht mal in der richtigen Größenordnung was 
die Genauigkeit betrifft. Für eine Lagebestimmung (Kippwinkel) dagegen 
kann es schon wieder die richtige Methode sein, abhängig von 
Umgebungsbedingungen und notwendiger Genauigkeit.

Autor: gk (Gast)
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Lehrmann Michael schrieb:
> Nur um euch mal auf den Boden der Realität zurückzuholen ein kleiner
> Vergleich: Ihr möchtet das 1h lang Verkehrsaufkommen auf einer
> Hängebrücke messen. Ihr habt 3 Möglichkeiten:
> a) einen Menschen bezahlen der zählt
> b) Autos technisch Zählen (Induktionsschleifen im Boden, Lichschranken,
> etc)
> c) Entlang der Brückenunterseite Dehnungsmesstreifen anbrigen und über
> die Durchhängung der Brücke auf die Last und damit auf die Autos
> schließen.
> ....

Das geht ja ganz schön durcheinander. Von DMS-Signalen auf 
Beschleunigungssignale zu schliessen, also ich versteh den ganzen Text 
nicht.

Nur nebenbei bemerkt, bei einer Stunde Messzeit, ist die Lösung a) immer 
noch die beste und billgste. Und wenn ich selber zähle.

gk

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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gk schrieb:
> Lehrmann Michael schrieb:
>> Nur um euch mal auf den Boden der Realität zurückzuholen ein kleiner
>> Vergleich: Ihr möchtet das 1h lang Verkehrsaufkommen auf einer
>> Hängebrücke messen. Ihr habt 3 Möglichkeiten:
>> a) einen Menschen bezahlen der zählt
>> b) Autos technisch Zählen (Induktionsschleifen im Boden, Lichschranken,
>> etc)
>> c) Entlang der Brückenunterseite Dehnungsmesstreifen anbrigen und über
>> die Durchhängung der Brücke auf die Last und damit auf die Autos
>> schließen.
>> ....
>
> Das geht ja ganz schön durcheinander. Von DMS-Signalen auf
> Beschleunigungssignale zu schliessen, also ich versteh den ganzen Text
> nicht.

Der Text dreht sich darum, dass man mit modernster Technik nicht 
unbedingt die besseren Ergebnisse erzielt. Manchmal ist die einfachste 
Lösung auch die beste.

Autor: gk (Gast)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Der Text dreht sich darum, dass man mit modernster Technik nicht
> unbedingt die besseren Ergebnisse erzielt. Manchmal ist die einfachste
> Lösung auch die beste.

Also ich hab da eher herausgelesen, dass die Signalverarbeitung von 
Beschleunigungssignalen bei bestimmten Aufgabenstellungen, recht komplex 
werden kann. Der Zusammenhang zu den Beispielen indes hab ich nicht 
verstanden.

gk

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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gk schrieb:
> Karl heinz Buchegger schrieb:
>> Der Text dreht sich darum, dass man mit modernster Technik nicht
>> unbedingt die besseren Ergebnisse erzielt. Manchmal ist die einfachste
>> Lösung auch die beste.
>
> Also ich hab da eher herausgelesen, dass die Signalverarbeitung von
> Beschleunigungssignalen bei bestimmten Aufgabenstellungen, recht komplex
> werden kann.

Recht komplex ist nett ausgedrückt :-)

Wenn der Beschleunigungssensor rauscht, dann kannst du das vermeintlich 
einfache simple 2-fache aufintegrieren vergessen. Da kommt nix 
gescheites raus.

Alle Sensoren rauschen. Die einen mehr, die anderen weniger. Und die, 
die wenig rauschen kosten entsprechend.

Das ist eben der Unterschied zwischen Theorie und Praxis. In der Theorie 
ist alles ganz einfach. In der Realität kommen dann Effekte dazu, die in 
der Theorie ignoriert werden, dir aber trotzdem die Messung versauen.

> Der Zusammenhang zu den Beispielen indes hab ich nicht
> verstanden.

In der Theorie kann man auch aus der Durchbiegung einer Brücke auf die 
Last zurückrechnen und daraus wieder auf die Autozahl. In der Theorie!

Autor: gk (Gast)
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> Wenn der Beschleunigungssensor rauscht, dann kannst du das vermeintlich
> einfache simple 2-fache aufintegrieren vergessen. Da kommt nix
> gescheites raus.

Das stand im Prinzip schon weiter oben.


> Alle Sensoren rauschen.

nicht nur alle Sensoren, auch die Elektronik u.u.(im Prinzip alles für 
T>0 K)


> In der Theorie kann man auch aus der Durchbiegung einer Brücke auf die
> Last zurückrechnen und daraus wieder auf die Autozahl.

Das geht auch praktisch und wird auch so gemacht. Schwierig wird es nur 
unter laufendem Verkehr.

Aber kein Mensch wählt wie in obigem Beispiel ein Messverfahren im 
Multiple Choice Verfahren aus, sondern aus den vorhandenen 
Rahmenbedingungen.

gk

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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gk schrieb:
>> In der Theorie kann man auch aus der Durchbiegung einer Brücke auf die
>> Last zurückrechnen und daraus wieder auf die Autozahl.
>
> Das geht auch praktisch und wird auch so gemacht.

Das möchte ich an dieser Stelle ernsthaft bezweifeln. Schon alleine das 
Durchhängen richtig zu messen dürfte eine höchstkomplexe Aufgabe sein. 
Wie dem auch sei ... egal.
Es ging mir um den Symbolwert meines Vergleiches.

Karl heinz Buchegger schrieb:
> Wenn der Beschleunigungssensor rauscht, dann kannst du das vermeintlich
> einfache simple 2-fache aufintegrieren vergessen. Da kommt nix
> gescheites raus.

Das ist richtig. Sollte man aber fast mal selbst ausprobieren. Gleiches 
gilt für die geforderte Temperaturkomensation.

Autor: Guido Körber (Gast)
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Achsenzählung an Eisenbahnschienen basiert auf DMS. Bei der 
Fahrzeugzählung an Brücken wäre mir das neu.

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