Moin,
Mein Anwendungsfall:
Ich möchte die seitliche Auslenkung einer Geigensaite bestimmen. Dazu
will ich die Grundspannung von ca 6 kg messen und die aktuelle
Zugspannung mit der Grundspannung vergleichen. Ich brauche keine
absoluten Werte, sondern nur die relative Veränderung zur Grundspannung.
Die minimale Genauigkeit sollte 0.3mm betragen, d.h. bei einer maximalen
Auslenkung von 30mm sollten insgesamt 100 verschiedene Werte ermittelt
werden können. Ich schätze die Spannungsänderung bei voller Auslenkung
beträgt ca. 1-2 kg (bin mir aber nicht sicher!), d.h. ich brauche ca.
10g Genauigkeit, lieber etwas höher. Die Werte sollten dabei annähernd
linear zur Auslenkung sein.
Die Grundspannung wird sich über die Zeit eventuell stark verändern,
d.h. Grundspannungen von 0 bis ca. 8 kg sind möglich, da ich auch Saiten
aus anderen Materialien und unterschiedlichen Tonhöhen messen möchte.
Ich möchte 5 - 10 Messungen pro Sekunde durchführen können.
Idee:
Die Saite an einem Ende mit einem Stahlstab mit aufgeklebtem DMS zu
verbinden. Der Stahlstab wird (hoffentlich) durch die Saite ausreichend
gestreckt, um eine messbare Widerstandsänderung im DMS zu erzeugen. Den
DMS werte ich mit einer Viertelbrücke aus und verstärke die Spannung in
einen Bereich, der vom ADC eines ATmega16 ausgewertet werden kann. Um
die stark veränderliche Grundspannung zu kompensieren, könnte ich ein
Trimmpoti in die Viertelbrücke einbauen.
Dabei sind mir aber einige Sachen noch sehr unklar. Vielleicht kann mir
ja jemand von euch helfen.
Fragen:
- Wo kann ich als Privatperson einen passenden DMS bestellen?
- Wie verstärke ich die elektrische Spannung aus der Viertelbrücke
möglichst einfach und kostengünstig, so dass auch mit der
stark schwankenden Grundspannung der Saite meine Messwerte immer
noch in den ADC Messbereich fallen und ich auf meine geforderte
Genauigkeit komme?
- Da ich nicht an absoluten Werten interessiert bin, komme ich
hoffentlich mit einer Viertelbrücke aus und muss mir keine großen
Gedanken über Temperaturkompensation machen... sehe ich das richtig?
Über Ideen oder Web-/Literaturhinweise wäre ich euch sehr dankbar!
Viele Grüße,
Marcus
P.S.: ich bin mir im klaren darüber, dass die physikalischen Einheiten
und Bezeichnungen für die Kräfte/Spannungen nicht ganz korrekt sind.
Aber ich hoffe das ist für das Verständnis meiner Fragen nicht so
wichtig... :-)
MaWin schrieb:> Wenn die Saite länger wird, steigt auch ihr elektrischer Widerstand. Es> kann einfacher sein, den zu messen, als indirekt den Zug zu messen.
Ich werde zwar nur metallumsponnene Nylonsaiten oder Stahlsaiten messen,
aber nutze die Saite schon als Erdung für mehrere "Kontaktschalter" (um
festzustellen, welcher von 24 Metallstiften die Saite gerade auslenkt).
Das würde die Widerstandsmessung wahrscheinlich unmöglich machen, oder?
mineo y. schrieb:> Die Firma Lorenz hat für uns mal DMS auf Meßkörper geklebt. Vielleicht> dort einfach mal anfragen.
Danke für den Tipp! Ich würde kostenmäßig gerne unter 25 Euro bleiben.
Meinst du, dass wäre über die Firma möglich?
Marcus W schrieb:> Danke für den Tipp! Ich würde kostenmäßig gerne unter 25 Euro bleiben.> Meinst du, dass wäre über die Firma möglich?
Dazu kann ich nichts sagen. Aber dort mal anrufen und fragen wird sicher
nichts kosten. Vielleicht haben die ja einen guten Tip wie man Dir
weiterhelfen kann. Zumindest in Bezug auf einen DMS. Die
Auswerteelektronik bleibt dann noch offen.
Zum DMS: Schau mal da:http://www.hjm-messtechnik.de/
Zur Verstärkung:
Ich würde auf dem Stahlstab auf JEDEN FALL oben und unten einen DMS
kleben (lassen) und diese zu einer Vollbrücke ergänzen.
Dann würde ich gleich einen Vernünftigen ADC verwenden, am besten mit
internen PGA und 24bit. Dann bekommst Du den DMS vernünftig eingelesen.
Marcus W schrieb:> Ich möchte 5 - 10 Messungen pro Sekunde durchführen können.
Was bringt das wenn die Seite mit mehreren 10 oder gar 100 (1000) Hz
schwingt?
Abtasttheorem!
Marcus W schrieb:> Der Stahlstab wird (hoffentlich) durch die Saite ausreichend> gestreckt,
kommt auf den Stahlstab an. Je stabiler desto geringer die Verlängerung
Ich halte die Methode für nicht besonders gut. Erstens wird das
Aufkleben eines DMS an einem dünnen Stahldraht (Stahlstab) alles andere
als trivial. 2. ist die Auslenkung im Verhältnis zur Länge doch ziemlich
gering, so daß die Kraftänderung evt. nicht sehr groß ist.
Marcus W schrieb:> Ich werde zwar nur metallumsponnene Nylonsaiten oder Stahlsaiten messen
Andere Idee: Warum nimmst du nicht einen induktiven Sensor und misst
damit den Abstand der Saite. Solange die Saite aus Metall ist solltest
du da gut was messen können.
frankman schrieb:> Zum DMS: Schau mal da:http://www.hjm-messtechnik.de/
Vielen Dank, E-Mail ist unterwegs. :-)
> Ich würde auf dem Stahlstab auf JEDEN FALL oben und unten einen DMS> kleben (lassen) und diese zu einer Vollbrücke ergänzen.> Dann würde ich gleich einen Vernünftigen ADC verwenden, am besten mit> internen PGA und 24bit. Dann bekommst Du den DMS vernünftig eingelesen.
Warum auf jeden Fall zwei DMS? Ich brauche keine absoluten Werte und
kann den "Nullpunkt" softwaremäßig ja ständig nachregeln. Und die Werte
der Auslenkung müssen typischerweise nur einige Sekunden stabil bleiben.
Was sind die Nachteile, wenn ich nur einen DMS benutze?
Udo Schmitt schrieb:>> Ich möchte 5 - 10 Messungen pro Sekunde durchführen können.> Was bringt das wenn die Seite mit mehreren 10 oder gar 100 (1000) Hz> schwingt?> Abtasttheorem!
Die Saite schwingt nicht, was ich messen möchte ist tatsächlich nur die
Auslenkung. In sofern könnte man statt "Geigensaite" wohl auch einfach
"Stahldraht" sagen.
> Ich halte die Methode für nicht besonders gut. Erstens wird das> Aufkleben eines DMS an einem dünnen Stahldraht (Stahlstab) alles andere> als trivial. 2. ist die Auslenkung im Verhältnis zur Länge doch ziemlich> gering, so daß die Kraftänderung evt. nicht sehr groß ist.
Das hatte ich auch befürchtet, aber meine Hoffnung war, das DMS so
empfindlich sind, dass ich trotzdem damit messen kann. Eine Lösung wäre
vielleicht, ein wesentlich elastischereres Material für den Aufnahmer zu
verwenden?
> Andere Idee: Warum nimmst du nicht einen induktiven Sensor und misst> damit den Abstand der Saite. Solange die Saite aus Metall ist solltest> du da gut was messen können.
Auch eine gute Idee! Allerdings kann die Auslenkung an einem von 24
Punkten entlang der Seite (ca 30 cm Länge) geschehen. Da müsste ich wohl
an jedem Punkt einen Sensor anbringen. Das klingt nach viel Aufwand...
Marcus W schrieb:> Die Saite schwingt nicht, was ich messen möchte ist tatsächlich nur die> Auslenkung. In sofern könnte man statt "Geigensaite" wohl auch einfach> "Stahldraht" sagen.
Eine interessante Information, die im Eröffnungspost besser aufgehoben
wäre.
Wie wird der "Stahldraht" denn ausgelenkt?
Na ja, Dein DMS soll ja Zugspannungen messen. Wenn Du nur einen DMS
klebst, reagiert er auch auf Biegespannungen. Die kannst du mit dem
zweiten DMS kompensieren. Dann dehnt sich ja der Stab mit dem DMS, wenn
sich die Temperatur ändert. Somit klebt mann immer 2 DMS, die jeweils
mit einem Längs und Quergitter versehen sind. Das kompensiert einen Teil
der Temperaturdrift.
Marcus W schrieb:> Auch eine gute Idee! Allerdings kann die Auslenkung an einem von 24> Punkten entlang der Seite (ca 30 cm Länge) geschehen. Da müsste ich wohl> an jedem Punkt einen Sensor anbringen.
Dann gehts natürlich eher nicht so.
Schau doch mal ob es keine fertige DMS Module für Zugspannnung von bis
zu 5 oder 10kg gibt.
Ich denke selberkleben und selbst ein geeignetes Material zu finden das
entsprechende Eigenschaften hat ist aufwendig und bietet viel Raum für
Misserfolg.
Die Auswertung wird noch schwierig genug.
Nebenbei, wenn dein Draht irgendwo und nicht nur in der Mitte ausgelenkt
wird, dann ist das Verhältnis Auslenkung zu Zugsspannung abhängig vom
Ort der Auslenkung (Trigonometrie)
J.-u. G. schrieb:> Marcus W schrieb:>> Die Saite schwingt nicht, was ich messen möchte ist tatsächlich nur die>> Auslenkung. In sofern könnte man statt "Geigensaite" wohl auch einfach>> "Stahldraht" sagen.>> Eine interessante Information, die im Eröffnungspost besser aufgehoben> wäre.
Na klar, bei Saiten denkt man sofort an Frequenzmessung. Tut mir Leid,
das habt ich nicht bedacht.
> Wie wird der "Stahldraht" denn ausgelenkt?
Mit Stahlstiften, die an Schiebetasten befestigt sind. Siehe angehängtes
Bild.
Wäre es nicht vielleicht möglich die Position optisch zu bestimmen?
Spontan denke ich da an eine CCD-Zeile, wie sie z.B in Scannern
verwendet wird. Ich könnte mir vorstellen das sich so eine große
Genauigkeit relisieren lässt. Mit zwei Sensoren (einer links, einer
rechts von den Stiften) müsste sich doch sogar der Punkt der Auslenkung
entlang der Saite bestimmen lassen?
Udo Schmitt schrieb:> Marcus W schrieb:> Schau doch mal ob es keine fertige DMS Module für Zugspannnung von bis> zu 5 oder 10kg gibt.
Hatte ich schon mal gemacht, allerdings bin ich bei den Preisen vom
Stuhl gefallen... :-/ Die Hersteller gehen ja (verständlicherweise)
davon aus, dass man absolute Werte mit großer Genauigkeit braucht. Ich
dachte, meine Anforderungen sind relativ niedrig, so dass ich mit einem
Selbstbau die kosten niedrig halten kann.
> Nebenbei, wenn dein Draht irgendwo und nicht nur in der Mitte ausgelenkt> wird, dann ist das Verhältnis Auslenkung zu Zugsspannung abhängig vom> Ort der Auslenkung (Trigonometrie)
Das darf auch so sein, passt sogar hervorragend zu meinem
Anwendungsfall: ich möchte per Midi einen PitchBend
(Tonhöhenveränderung) Befehl senden, die stärke soll durch die
Auslenkung des Stahldrahts/der Saite bestimmt werden. Welcher Ton
gespielt wird, wird durch den Kontakt Stahlstift-Saite ermittelt (was
schon gut funktioniert).
Die Auslenkung kann man viel einfacher mit einem magnetischen Kreis
ermitteln. Also ein Ferritring, der aufgeschlitzt ist, dessen Feld nahe
der Saite verlaeuft. Die Saite ist ja magnetisch, dh der Kreis
veraendert sich.
Dekad Oschi schrieb:> Die Auslenkung kann man viel einfacher mit einem magnetischen Kreis> ermitteln. Also ein Ferritring, der aufgeschlitzt ist, dessen Feld nahe> der Saite verlaeuft. Die Saite ist ja magnetisch, dh der Kreis> veraendert sich.Simon K. schrieb:> Nennt sich dann Tonabnehmer.> http://de.wikipedia.org/wiki/Tonabnehmer#Elektroma...
Davon bräuchte ich dann allerdings 24 Stück, außerdem muss der Abstand
von Abnehmer zur Seite > 3cm betragen. Mit einem "normalen"
Magnettonabnehmer ist das wahrscheinlich nicht möglich.
ottifant schrieb:> Wäre es nicht vielleicht möglich die Position optisch zu bestimmen?
Hatte ich auch schon überlegt, aber gerade weil ich 24 Punkte über eine
30cm breiten Bereich messen will, schien mir das zu aufwändig oder sogar
unmöglich, jedenfalls mit vertretbarem Aufwand.
Ich habe die beiden vorgeschlagenen Firmen kontaktiert, vielleicht haben
sie ja etwas passendes im Programm, das man sich als Normalsterblicher
auch leisten kann. Sobald ich eine Rückmeldung habe, melde ich mich
wahrscheinlich nochmal wg. der Auswertung der Signale.
Danke schonmal an euch alle für die vielen Ideen und Ratschläge!
Viele Grüße,
Marcus
Marcus W schrieb:> Hatte ich auch schon überlegt, aber gerade weil ich 24 Punkte über eine> 30cm breiten Bereich messen will, schien mir das zu aufwändig oder sogar> unmöglich, jedenfalls mit vertretbarem Aufwand.
Was spricht dagegen, die Verschiebung der betätigten Taste zu bestimmen
(z.B. mittels Linearpoti)?
J.-u. G. schrieb:> Was spricht dagegen, die Verschiebung der betätigten Taste zu bestimmen> (z.B. mittels Linearpoti)?
Die Tasten müssen frei laufen und dürfen keinen mechanischen Widerstand
bieten.
Hauke Radtki schrieb:> Wieso nicht gefedert aufhängen?> In etwa wo wie bei nem Tremolo:> http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/05...>> die verschiebung/auslenkung der Feder oder der Aufnahme lässt sich dann> auf vielfältige Art und Weise aufnehmen.
Spannend! Aber wie würdest du dann die Verschiebung der Feder aufnehmen?
Ich hatte auch schon über einen Drucksensor nachgedacht, habe sogar
schon einen gekauft (FSR-402) und damit etwas rumgespielt. Den
Widerstand des Sensors habe ich über einen Spannungsteiler gemessen. Die
logarithmische Kennline des Sensors machte mir allerdings zu schaffen,
den die ersten hundert Gramm bewirken einen Spannungsanstieg, danach
verändert er sich nur noch wenig. Ausserdem ist der Sensor nicht für
Dauerlasten geeignet...
Da gibt es einige möglichkeiten, wenn du durch die federnde Aufhängung
ein bewegliches Teil hast kannst du das entweder über ein Poti (evtl
schwierige Mechanik, verschleißteil), oder kapazitiv/induktive
abstandsmessung oder ähnliches die Auslenkung auswerten.
Dazu wäre es nicht schlecht zu wissen wie dein aktueller Aufbau
aussieht.
Um den Thread abzuschliessen: ich habe bei diversen DMS und Zugstab
Herstellern angefragt, die Preise für solche Sensoren liegen jedoch weit
jenseits meines Budgets. Ich werde mein Problem also doch mit linearen
Hall-Sensoren und Magneten für die Wegerfassung jeder Taste lösen, das
kommt letztendlich dann doch günstiger. Danke nochmal für eure Ideen und
Antworten.
Marcus,
falls Du doch auf den DMS Ansatz zurückkommen willst: Für <10EUR bekommt
man einfache Küchenwaagen mit DMS Kraftmessdose . Die liegen zwar meist
bei 5kg aber bei Deine Ansprüchen sollte das trotzdem gehen (Zur Not per
Hebel runterteilen). Meine Waage (12EUR CE 'Soehnle') hat ab 3kg Tara
plus 5kg angefangen zu meckern ...
Falls Du das Testen möchtest würde ich die Auswerteelektronik erst noch
dran lassen um ein Gefühl für die 'tatsächlichen' Kraftänderungen zu
bekommen.
Da Du nur Änderungen detektieren willst (lassen wir mal das Wort messen
weg ;) ) kannst Du Deinen DMS-Verstärker dann mit einem Hochpass
versehen, da ist dann der Offset und Drift weg, und ab 20Hz einen
Tiefpass, dann brummt da auch nix mehr. Sollte schon ein 324 reichen :)
Ich wünsche Dir viel Erfolg und Spaß bei Deinem Projekt :)
