Hallo,
ich möchte dynamisch das Drehmoment an einer Welle Messen.
An beiden Enden der Welle sind Sensormarken und Opto-Sensoren
angebracht, so dass eine bestimmte Anzahl von Impulsen pro Umdrehung von
den Sensoren geliefert wird.
Durch die Messung der Phasenverschiebung von beiden Signalen soll die
verdrehung der Welle ermittelt werden und daraus dann das Drehmoment.
Problem ist, dass ich für die geforderte Auflösung, bei der maximalen
Drehzahl ein Signal mit ca. 3GHz bekomme.
Mit welchen !einfachen! technischen Mitteln ist es möglich bei solch
einer hohen Frequenz die Phasenverschiebung zu messen?
Das Signal ist ein Rechtecksignal.
Momentan hab ich noch keine richtige Vorstellung wie ich das messen
kann.
Bisher hab ich so eine Messung über die Timer und externen Interrupts
von einem MC realisiert, das fällt jedoch bei so einem Frequenzbereich
weg.
Ich freue mich über jede konstruktive Hilfe zur lösung meines Problems.
Danke
Martin
@ Martin (Gast)
>ich möchte dynamisch das Drehmoment an einer Welle Messen.>An beiden Enden der Welle sind Sensormarken und Opto-Sensoren>angebracht, so dass eine bestimmte Anzahl von Impulsen pro Umdrehung von>den Sensoren geliefert wird.
Zahlen? Siehe Netiquette!
>Durch die Messung der Phasenverschiebung von beiden Signalen soll die>verdrehung der Welle ermittelt werden und daraus dann das Drehmoment.>Problem ist, dass ich für die geforderte Auflösung, bei der maximalen>Drehzahl ein Signal mit ca. 3GHz bekomme.
Das hat mit deinem Betreff aber reichlich wenig zu tun!
>Mit welchen !einfachen! technischen Mitteln ist es möglich bei solch>einer hohen Frequenz die Phasenverschiebung zu messen?>Das Signal ist ein Rechtecksignal.
Siehe oben!
MfG
Falk
Falk Brunner schrieb:> Zahlen? Siehe Netiquette!
Was willst du wissen? Zum Beantworten der Frage ist diese Information
trivial.
Falk Brunner schrieb:> Das hat mit deinem Betreff aber reichlich wenig zu tun!
Wieso?
Sensor 1 liefert Signal 1
Sensor 2 liefert Signal 2
Bei Drehmoment = 0 -> Phasenverschiebung = 0
Bei Drehmoment > 0 -> Phasenverschiebung > 0
Gesucht, wie die Phasenverschiebung messen, wenn Frequenz 3Ghz ist.
Aber schon mal vielen dank für die Hilfe
@ Martin (Gast)
>> Zahlen? Siehe Netiquette!>Was willst du wissen? Zum Beantworten der Frage ist diese Information>trivial.
Nö. Lies den Artikel und denk drüber nach.
>> Das hat mit deinem Betreff aber reichlich wenig zu tun!>Wieso?
Weil es so ist ;-)
>Sensor 1 liefert Signal 1>Sensor 2 liefert Signal 2
Und Apfelmus ist Mus aus Äpfeln.
>Gesucht, wie die Phasenverschiebung messen, wenn Frequenz 3Ghz ist.
Keineswegs. Du solltest an deinem Textverständnis arbeiten.
Dieser Satz bedeutet, du willst die Phasenverschiebung zwei 3GHz Signale
messen.
Dem ist nicht so. Du willst die Pahsenverschiebung zweier Signale
messen, welche aus der Drehzahl von zwei mechanischen Wellen über einen
Sensor entstehen.
Selbst bei 100.000 U/min sind das läppische 1,6 kHz bzw. 600µs
Periodendauer. Wenn man mit der klassischen Zählermethode mit 3 GHz die
Phasenverschiebung bestimmt,
macht das eine Auflösung von 1.800.000 Schritten oder 0,72 Bogensekunden
;-)
Das ist "etwas" optimistisch.
MFG
Falk
P S Das Stichwort lautet "Resolver", dort wird das Gleiche gemacht. Aber
nicht nur über eine Zeitmessung, sondern auch über die Messung der
Amplitude.
Hi!
Im Normalfall kann man die Phasenverschiebung von -90 bis +90° von zwei
Rechtecksignalen mit 50% Duty-Cycle mittels XOR-Gatter gefunden werden.
Zumindest macht man das bei einer Digitalen PLL. Das XOR gibt dabei eine
Lineare Funktion aus, die die Phasenverschiebung wiederspiegelt.
Ich denke aber auch das deine 3GHz utopisch sind. Wieviele Impulse pro
Umdrehung kommen denn an? Welche Sensoren nutzt du, die das angeblich
schaffen?
MfG
Hallo Martin,
> Problem ist, dass ich für die geforderte Auflösung, bei der maximalen> Drehzahl ein Signal mit ca. 3GHz bekomme.
Die seltsamen Antworten oben, entstehen dadurch, dass es recht
unwahrscheinlich ist, dass Du ein 3GHz Signal vorliegen hast.
Da es sich um Wellen handelt, wird keine Welle schneller als 10000 mal
pro Sekunde drehen.
Um 3GHz zu erzeugen, muesstest Du pro Umdrehung also 300000 Impulse
erzeugen.
Das ist ebenso unglaublich, wie die Angabe, es handele sich um Optische
Impulsgeber (bei dieser Aufloesung und Frequenz).
Also bitte einfach die Frage nochmal stellen, ausfuehrlich und korrekt,
und DU bekommst sicher eine sinnvollere ANtwort
Gruss
Michasel
vielen Dank euch beiden.
Durch die Antworten von Falk bin ich auch stutzig geworden und hab das
ganze nochmal überschlagen.
- E-Motor dreht sich mit max. 30000 U/min
- Sensoren sind optische Inkrementalgeber
- Durchmesser Motorwelle ca. 6-8cm
- auf der Welle ist eine mit Strichen bestückte Scheibe aufgebracht
- Anzahl der Striche ist mir grad unbekannt, erfrag ich aber bis morgen
Laut Meinung meines Kollegen bekommen wir bei maximaler Drehzahl von
jedem der Sensoren ein Signal von ca. 3Ghz ... kann ich mir aber grad
auch nicht vorstellen, da auf der Scheibe dann 6mio Striche sein
müssten.
jetzt besser?
@ Martin (Gast)
>- E-Motor dreht sich mit max. 30000 U/min>- Sensoren sind optische Inkrementalgeber
Ahhhhh,
>- Durchmesser Motorwelle ca. 6-8cm>- auf der Welle ist eine mit Strichen bestückte Scheibe aufgebracht>- Anzahl der Striche ist mir grad unbekannt, erfrag ich aber bis morgen
Gute Idee.
>Laut Meinung meines Kollegen bekommen wir bei maximaler Drehzahl von>jedem der Sensoren ein Signal von ca. 3Ghz
;-)
Es sind wahrscheinlich sogar 300 THz, da die Lichtschranken meist
infrarot arbeiten. Im Ernst. Das sind vielleicht 3 MHz, wenn es sehr
hoch kommt 30 MHz.
>jetzt besser?
Ja. Aber es fehlt noch die Angabe, um wieviel Grad sich die Welle
maximal verdeht.
MFG
Falk
Stichwort: Das Drehmoment verbiegt nicht nur die Welle.
Für das Messverfahren währe noch interessant wie steif das Maschinenbett
ist. Oder anders gesagt: Kannst Du die relative Position der stehenden
Sensoren zueinanderüber das gesamte Drehmoment genau genug halten?
Grüssle Hauspapa
Noch ein paar Gedanken:
Deine Verdrehung sollte kleiner als der Abstand zwischen zwei Strichen
sein, sonst gibt es mehrere mögliche Lösungen für das Drehmoment und Du
weisst nicht wo Du bist.
Bei Auswertung mit XOR sollte die Verdrehung kleiner als 1/2 Abstand
zwischen zwei Strichen sein, sonst gibt es mehrere mögliche Lösungen.
Bei Auswerung mit XOR und positivem wie negativem Drehmoment sollte die
Verdrehung kleiner als 1/4 Abstand zwischen zwei Strichen sein.
Vermutlich ist das aber nicht relevant da die Welle sich nicht genug
verdrehen wird. Eine Stahlschraube (St12.9) M39x4,00 darf mit 5600Nm
angezogen werden. Eine Welle mit 6-8cm Durchmesser wird wohl ähnliche
bis höhere Kräfte benötigen um sich optisch messbar zu verformen. Bei
30'000 U/min sind wir dann mit der Leistung im mehrstelligen MW Bereich.
Ich glaube aber nicht das wir ein derartiges Monster vor uns haben.
Darüber hinaus rennt eine 6-8cm Welle bei 30'000 U/min mit >100m/s oder
verständlich 360-400km/h auf den Lagern. Das ist durchaus machbar. Ich
hoffe aber die müssen nicht gedichtet sein, könnte sonst noch eine
Herausforderung werden.
Ich bin skeptisch, aber es ist alles lösbar.
Hauspapa
>Laut Meinung meines Kollegen bekommen wir bei maximaler Drehzahl von>jedem der Sensoren ein Signal von ca. 3Ghz
Auch die Wiedergabe solcher Aussagen ist strafbar. Egal, was noch kommt,
wie soll man denn den Fragesteller noch ernstnehmen können?
@Klaus
Wofür die elastische Kupplung? Ich kenne die Dinger so: Klaue rechts,
Klaue links, Sonnenähnliches Elastomerteil in der Mitte. Sind recht
nützlich (Achsversatz, Winkelfehler usw.). Nur was meinst Du bringt sie
in dieser Messaufgabe?
Ich habe eine Drehmomentmesswelle noch nie zerlegt, dafür sind die
Dinger (wenn sie gut sind) einfach zu teuer. Letztlich wird dort schon
Torsion gemessen, aber wohl an einem im Durchmesser reduzierten
Teilstück.
Bei folgenden Angaben:
>- Durchmesser Motorwelle ca. 6-8cm>- auf der Welle ist eine mit Strichen bestückte Scheibe aufgebracht
komme ich bis jetzt zu keinen anderen Schlüssen.
durchaus interessant das Ganze, währe Schade wenn das Thema zu schnell
einschläft
Hauspapa
Auch wenn es eventuell nicht (mehr) das ist, was der TO fragte: Es geht
auch bei 3 GHz ganz vervorragend! Im VNA wird es ja auch so gemacht....
Man mischt die 2 Signale, und erhält einen DC-Wert, wenn man einen
geeigneten Mischer nimmt. Je niedriger die Frequenz, desto besser geht
es dann mit EX-OR oder einem Multiplizierer.
Rechteckformen kann man die Signale mit schnellen Logarithmieren, die
auch ein begrenztes "Rechteck"-Signal ausgeben, z. B. von Analog
Devices.
Hallo,
es hat zwar etwas gedauert, aber ich habe jetzt etwas mehr
informationen.
An der Messwelle erhalte ich 48 Signale pro Umdrehung. Maximale Drehzahl
30.000 U/min => 24.000 Signale/sec maximal.
Der maximale Verdrehwinkel (phi) von Rotor zu Messwelle ist auf 3,6 Grad
bei maximalen Moment von 500 Nm ausgelegt.
Auflösung soll 0,01 Nm sein, Messgenauigkeit 0,01 % (= 0,05 Nm) des
Maximalwerts.
Für diese Genauigkeit benötige ich einen sehr schnellen Timer.
Mit welcher Elektronik kann ich so etwas am besten realisieren?
Die Daten, Drehmoment und Drehzahl, sollen in einem Controller ermittelt
und aller 2ms ausgegeben werden.
Bisher habe ich solche Messungen mit den internen Timern eines Atmegas
gemacht, leider sind diese für die aufgabe nicht mehr schnell genug.
Frage:
- Mit welcher Elektronik kann man diese Messung realisieren?
- gibt es dafür spezielle ICs
- analoge Schaltung?
- sonstigen Lösungsansatz
Danke für die Hilfe
Martin schrieb:> - sonstigen Lösungsansatz
Ein Tektronix 2465A oder 2445A nehmen, autoset drücken, und die
Phasenverschiebung direkt am Bildschirmcursor auf 3 Stellen genau
ablesen.
danke andrew,
jedoch wird eine eigenbaulösung mit einem Controller für die Auswertung
benötigt, da das Signal an einen PC und an weitere Komponenten gesendet
werden muss...
Martin schrieb:> Das Signal liegt also wie beschrieben vor.
Kannst Du das noch einmal wiederholen?
TTL, ECL, HCMOS?
Bei voller Drehzahl hast Du zwei 24kHz Signale, die um bis zu 172,8°
Phasenverschiebung aufweisen; verrechnet mit der 0,01N Auflösung egeben
sich Zeitdifferenzen von 0,4ns.
Verstehe ich das richtig?
Unwissender schrieb:> Bei voller Drehzahl hast Du zwei 24kHz Signale, die um bis zu 172,8°> Phasenverschiebung aufweisen; verrechnet mit der 0,01N Auflösung egeben> sich Zeitdifferenzen von 0,4ns.> Verstehe ich das richtig?
Bei einer Drehzahl von 500 1/s und 3.6° Meßbereich, komme ich auf eine
max. Zeitdifferenz von 20 us. Bei einer Auflösung von 0.01 % wären das
dann 2 ns.
Gruß
@ Optoelektroniker (Gast)
>Bei einer Drehzahl von 500 1/s und 3.6° Meßbereich, komme ich auf eine>max. Zeitdifferenz von 20 us. Bei einer Auflösung von 0.01 % wären das>dann 2 ns.
Macht schlappe 500 MHz. Aber immerhin Faktor 6 weniger als 3 GHz ;-)
Aber für sowas gibt es heute "Time To Digital Converter", die können im
Bereich von 100ps problemlos auflösen, alles fertig in einem IC.
und deutlich billiger als ein komplettes GHz Oszilloskop.
Leute mit Sportsgeist bauen sowas selber in einem kleinen FPGA nach, ist
bei 2ns Auflösung noch ganz gut machbar. Vier 90° phasenverschobene 125
MHz Takte kriegt jedes FPGA heute hin, selbst 250 MHz sind drin, womit
man effektiv 1 GHz Abtastrate hat. Wäre ne nette Entwicklungsaufgabe für
mich 8-0
MFG
Falk
@ Martin (Gast)
>momentan haben wir uns auf TTL Pegel (0V und 5V)geeinigt, das ist aber>noch nciht endgültig.
Naja, wenn man die Phasenlage von zwei Signalen mit 2ns auflösen will,
wird das mit normalen TTL/CMOS-Signalen mit typ. 5ns Anstiegszeit knapp,
wenn gleich es geht.
Unwissender schrieb:> Optoelektroniker schrieb:>> Bei einer Auflösung von 0.01 % wären das>> dann 2 ns.>> Du verwechselst Auflösung und Genauigkeit :-)
Sorry, hast natürlich recht.
Da würde mich die Optik interessieren - Genauigkeit der Marken 220 nm.
Zugegeben, die Halbleiterbelichter lachen darüber, aber an einer
Motorwelle ...
Falk Brunner schrieb:> @ Optoelektroniker (Gast)>>>Bei einer Drehzahl von 500 1/s und 3.6° Meßbereich, komme ich auf eine>>max. Zeitdifferenz von 20 us. Bei einer Auflösung von 0.01 % wären das>>dann 2 ns.
hallo,
ich hab mir grad gedanken über die benötigten berechnungen gemacht,
jedoch bin ich nicht wirklich zum Ziel gekommen. Ich möchte so etwas
ähnliches machen, jedoch mit einer viel geringeren drehzahl und
auflösung.
Wie komme ich anhand der
- Auflösung 0,01%
- den max. 3,6°
- den 30000 U/min
auf die benötigte Abtastrate/Timerfrequenz um den Phasenabstand zu
messen.
Was muss ich noch alles beachten, damit ich keine fehler mache.
Danke
@ fragender (Gast)
>jedoch bin ich nicht wirklich zum Ziel gekommen. Ich möchte so etwas>ähnliches machen, jedoch mit einer viel geringeren drehzahl und>auflösung.>Wie komme ich anhand der> - Auflösung 0,01%> - den max. 3,6°> - den 30000 U/min>auf die benötigte Abtastrate/Timerfrequenz um den Phasenabstand zu>messen.
30.000 U/min / 60 = 500 U/s = 500 Hz Drehzahl
T = 1/f = 1/500Hz = 2ms Periodendauer
3,6°/360° * 2ms = 20µs maximaler Zeitversatz bei max. Drehzahl
20µs * 0,01% = 20µs * 0,0001 = 2ns Zeitauflösung
>Was muss ich noch alles beachten, damit ich keine fehler mache.
;-)
Bau kein Atomkraftwerk.
MFG
Falk
