Hallo,
Wir arbeiten gerade an einem Projekt bei dem wir die Drehzahl und die
Winkelposition einer Kurbel messen müssen.
Wir haben uns gedacht, dass für unser Problem eine Bestimmung über einen
Beschleunigungssensor passend wäre, da wir keine optische Lösung mittels
Rasterscheibe machen können.
Ist das überhaupt mittels einem 2 oder 3 Achsigen Beschleunigungssensor
möglich?
Vielen Dank im Voraus.
Bernhard schrieb:> Hallo,>> Wir arbeiten gerade an einem Projekt bei dem wir die Drehzahl und die> Winkelposition einer Kurbel messen müssen.> Wir haben uns gedacht, dass für unser Problem eine Bestimmung über einen> Beschleunigungssensor passend wäre, da wir keine optische Lösung mittels> Rasterscheibe machen können.>> Ist das überhaupt mittels einem 2 oder 3 Achsigen Beschleunigungssensor> möglich?>> Vielen Dank im Voraus.
Durch die Kurbel hast du eine Unwucht. Die sollte man messen können.
Dafür braucht man aber keinen 3D-Beschleunigungssensor...
Wenn du es irgendwie schaffst den Sensor am Kurbelarm zu befestigen ist
das schon mal möglich.
Kurbel unten 1gy
Kurbel oben -1gy
Kurbel rechts 1gx
Kurbel links -1gx
Aus den Größen dazwischen lässt sich leicht der Winkel bestimmen.
Auch die Drehzahl sollte möglich sein, wie schnell Kurbel man die
Kurbel?
Ingo
Ja danke erstmal für die vielen Rückmeldungen,
ja der Sensor wird auf jeden Fall auf dem Kurbelarm befestigt und auf
die Werte mit der Erdbeschleunigung sind wir auch schon gekommen, das
Problem das wir aber dabei haben ist, dass bei größerwerdenden
Drehzahlen auch eine Beschleunigung nach Außen auftritt und diese sich
mit den Werte von +g und -g vermischt oder?
danke
bernhard
Und der Abstand zum Drehzentrum wäre auch nicht unwichtig.
Dann kann man mal ausrechnen, wie groß die Zentrifugalkraft ist und das
in Relation zur Erdbeschleunigung setzen.
(und da seh ich auch das größte Problem. Die Werte vom 2D Beschl-Sensor
werden nicht so sauber sein wie man sich das in der heilen Welt der
Theorie so gerne vorstellt)
Ja hier noch ein paar Werte, die Zentripetalbeschleunigung haben wir
nämlich auch schon berechnet:
Umdrehungen ca. 100 pro Minute => Winkelgeschwindigkeit ist 10,47 /s^-1
Abstand des Sensor ca. 10 cm zur Achse => Radius = 0,1m
Und daraus haben wir eine Zentripetalbeschleunigung von 10,966 ms^2
Wir haben auch noch die Beschleunigung des Sensors in Abhänigkeit des
Winkels aufgestellt:
ay(phi) = zentripethalbeschleunigung - sin(phi) * g
ax(phi) = Winkelbeschleunigung - cos(phi) * g
Ich hoffe das Hilft euch weiter, wir sind nämlich damit ziemlich am Ende
unseres Wissens :)
Bernhard
Nehmt einen Gyro. Der gibt die Winkelgeschwindigkeit aus und das
Integral gibt den Winkel (Drift beachten). Sowas gibt es für ein paar
Euro als IC.
Gruß
Jonny
Hmmm...
ja das ist schon klar, aber die Drehzahl ist eben nicht immer gleich
sondern Variabel und nun ist eben die Frage ob die Genauigkeit von den
Beschleunigungssensoren hoch genug ist um die Erdbeschleunigung messen
zu können, im Idealfall sollte alle 5° eine Messung erfolgen?
Bernhard
Zu einer Bestimmung der aktuellen Drehzahl braucht's halt einen
Fixpunkt. Drehzahländerungen müsste man mit den Beschleunigungssensoren
harausbekommen.
Ok, also einen Fixpunkt. Farbklecks auf dem Motorgehäuse und ein
fotoempfindliches Teil auf der Kurbel ? Ersatzweise einen kleinen
Magnet und einen Hallsensor ?
Joachim Drechsel schrieb:> Bei konstanter Drehzahl ergibt sich da aber keine Beschleunigung,> bestenfalls eine Änderung durch die Schwerkraft (ob das ausreicht ?).
Das Ausgangssignal wird durch einen konstanten Offset verfälscht, der
mit mit zunehmender Drehzahl zunimmt. Der einzige Weg ist hier diesen DC
Anteil rauszunehmen und das Signal AC- seitig in der Auswertung zu
koppeln. Alle
Bernhard schrieb:> Und daraus haben wir eine Zentripetalbeschleunigung von 10,966 ms^2
Wenn ihr jetzt 10,966m/s^2 meint entspricht das ja etwa der
Erdbeschleunigung. Es sollte theoretisch kein Problem sein die
Drehbewegung da wieder rauszuziehen.
Ingo
P.S. 100rpm sind n Lacher für jeden noch so kleinen Controller...
Joachim Drechsel schrieb:> Zu einer Bestimmung der aktuellen Drehzahl braucht's halt einen> Fixpunkt
Warum? Wenn man das Ausgangssignal auskoppelt und wieder auf ein festen
DC-Bezug koppelt ist das kein Problem mit einem Komparator sich ein
Frequenzsignal zu erzeugen.
Oder Anders herum wenn man mit 10kHz abtastet erreicht man eine
irrsinnig kleine Winkeldifferenz von einem zum nächsten Messpunkt, da
kann man das doch in Software rausfinden.
100rpm => 1,67rps => 600° => bei 10k Messung/s 0,06°.
Ingo
Joachim Drechsel schrieb:> Meinst Du mit DC-Anteil die Fliehkraft ?
Jepp, denn dieses Teil ist zumindest konstant wenn sich die Kurbel
gleichförmig bewegt. Du hast aber immer noch nicht gesagt wer oder was
die Kurbel bewegt. Bei einem Menschen wird schwierig, da hier alles
andere als gleichförmig gedreht wird.
Ingo
Bernhard schrieb:> Ich hoffe das Hilft euch weiter, wir sind nämlich damit ziemlich am Ende> unseres Wissens :)
Wird das ein Schulprojekt, oder was wollt ihr da ausprobieren?
Bernhard schrieb:> ja das ist schon klar, aber die Drehzahl ist eben nicht immer gleich> sondern Variabel und nun ist eben die Frage ob die Genauigkeit von den> Beschleunigungssensoren hoch genug ist um die Erdbeschleunigung messen> zu können, im Idealfall sollte alle 5° eine Messung erfolgen?
Bei Verwendung eines Beschleunigingssensors müßte man schon einiges an
Signalfilterung betreiben müssen. Beim Beschleunigungssensor auf der
Welle stelle ich mir die Verkabelung auch interessant vor.
Einfacher wäre ein von außen aufgeklebter Graycode und eine Linse mit
ein paar Photodioden.
Also wäre das Funktionsprinzip, aus der vom Sensor kommenden
Info über die Kraft die Zentrifugalkraft herauszurechnen und
aus dem Rest den zu verarbeitenden Wert zu ermitteln ?
Ähem ... Störungen ? Umgebung ? Das Nutzsignal wird vermutlich
recht klein.
Joachim Drechsel schrieb:> Ähem ... Störungen ?
Ja
> Umgebung ?
Jaha
> Das Nutzsignal wird vermutlich> recht klein.
Kommt auf den verwendeten Sensor an,einer der bei 4g Vollausschlag hat
wäre gut geeignet, der spukt dann schonmal 2,5V aus.
Ingo
4g ? Bernhard hatte um die 10g ausgerechnet.
Bei 100 1/min ist die Genauigkeit wohl nicht so das k.o.-Kriterium.
Da tut es auch ein optischer Sensor und ein Farbklecks auf der
Kurbel. Das wäre pragmatisch, billig und zuverlässig. Scheidet also
aus.
Ich finde die Sache mit dem Beschleunigungssensor interessanter.
Da das Nutzsignal recht klein im Vergleich zur rauszurechnenden
Konstante sein wird sollte man noch einen zweiten, identischen
Sensor unter die Maschine legen (automatische Kalibrierung). Das
Schwerefeld der Erde ist ja auch weder gleichmäßig noch konstant.
Ach ja, der "Offset" ist ja auch nicht konstant, er ändert sich
während der Drehung.
Joachim Drechsel schrieb:> 4g ? Bernhard hatte um die 10g ausgerechnet.
Nein, er hat ~10,5m/s^2 ausgerechnet. 1g => 9,81m/s^2.
> Das> Schwerefeld der Erde ist ja auch weder gleichmäßig noch konstant.
Richtig, deswegen wiegt man morgen auch mal mehr und mal weniger.
> Da das Nutzsignal recht klein im Vergleich zur rauszurechnenden> Konstante sein wird
Die Kräfte stehen im Verhältnis 1:1
> Ach ja, der "Offset" ist ja auch nicht konstant, er ändert sich> während der Drehung.
Wenn er eiert schon.
Ingo
Wieso messt ihr die Drehzahl nicht mit einer klassischen Methode? So
eine Kurbel hat ja eine Rotationsachse? Hier gibt es die verschiedensten
Möglichkeiten.
Das Messergebnis wird mit so einem Beschleunigungssensor stark driften,
insbesondere der Winkel. Integriere mal das letzte Bit deines gewählten
Beschleunigungssensors 1 Minute hoch...:)
In der Einfachheit liegt die Würze.
Beste Grüsse
Geri
Für die Dehzahlmessung ist es am einfachsten einen magnetischen
Winkelencoder, wie z.B. den iC-MA, zu verwenden( deutsches DB:
http://ichaus.biz/product/iC-MA ). Allerdings braucht es einen Magneten
auf der Achse. Hier sind noch andere Methoden beschrieben:
http://ichaus.biz/appnote_magneticsensors (z.B. Zahnradabtastung).
Hallo
Ja danke für die vielen Infos,
das mit den magnetischen Encoder klingt auf jeden Fall sehr interessant,
das werde ich mir noch genauer ansehen!
Ja im genauen handelt es sich um ein Fahrradpedal welches eben über
einen Menschen betrieben wird, was natürlich jegliche Gleichförmigkeit
in Frage stellt.
Mit den Gyros werde ich mich auch noch näher befassen.
Aber grundsätzlich ist die Idee dabei, dass keine externen Komponenten
benötigt werden und eben genau keine Skalen aufgeklebt etc. werden
müssen. Klar ist natürlich auch dass wenn das zu Kompliziert sein sollte
wir das halt ganz herkömmlich mit irgendwelchen optischen Sensoren
machen werden.
Auf jeden Fall danke nochmal!
Bernhard