Drehzahlmessung mit Beschleunigungssensor

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

Natürlich, deshalb fragte ich ja nach der Drehzahl der Kurbel.



Ingo

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

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

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.

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

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

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