Hallo, ich bastele gerade an einer Drehwinkelmessung für eine Maschinenspindel. Auf der Welle sitzt ein Mikrocontroller (AT32UC3C0512), der eine QEDC Einheit besitzt. Da wir noch etwas Platz für Elektronik haben, würde ich diese gerne nutzen um Drehrichtung, Winkelposition und Drehzahl der Spindel auswerten zu können. Nur für diesen Inkrementalgeber benötige ich ein schönes Rechtecksignal (siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Inkrementalgeber). Ich habe mir gedacht, dass ich dieses Signal mit je einer Photodiode und Lichtquelle pro Kanal erzeugen kann. Ob ich eine Transparente Scheibe mit schwarzen Markierungen einsetze oder ein Schwarz-Weiß Raster beleuchte und auslese, weiß ich noch nicht. Jedenfalls habe ich eine Transinpedanzverstärkerschaltung nach Artikel Lichtsensor / Helligkeitssensor aufgebaut und lasse eine Photodiode von einer sehr hellen weißen LED beleuchten. Die Photodiode ist eine BPX48. Die weiße LED ist an einem Funktionsgenerator angeschlossen und erzeugt Rechtecksignale. Das Signal, das ich am Ausgang des OPV messe ist bei kleinen Frequenzen ein schönes Rechtecksignal, wird aber bei steigenden Frequenzen zunehmend schlechter. Schlechter insofern, dass es kein Rechtecksignal mehr ist, sondern eine Sinusschwingung mit verschobener Nulllage und kleinen Amplituden. Um bei einer Spindeldrehfrequenz von 400 Hz noch jedes Grad auflösen zu können, müsste das Signal definierte High und Low Pegel in Rechteckform mit einer Frequenz von 144.000 Hz liefern. Nähere Informationen kann ich bei Bedarf morgen liefern, doch erst einmal die Frage: Was meint ihr? Ist so etwas möglich? Seht ihr vielleicht Schwierigkeiten? Die Aufgabe ist Teil meiner Studienarbeit und ich bin gespannt auf eure Meinungen. Viele Grüße
Im Datenbblatt steht : Anstiegs- und Abfallzeit des Fotostromes Rise and fall time of the photocurrent RL = 1 kΩ; VR = 5 V; λ = 850 nm; Ip = 20 μA tr, tf 500 500 ns Hmmm Sollte man irgendwie schon noch ein einigermaßen anständiges Rechtecksignal bei 144KHz hinbekommen. ca. sowas +---------+ | | | | | | | | | | --+ +---- Also Fehler ist warscheinlich in der falschen dimensionierung des TIA zu suchen.
@ Tarek T. (tarek_t) >einmal die Frage: Was meint ihr? Ist so etwas möglich? Sicher. Der OPV muss halt genügend Bandbreite haben, der LM358 aus dem Beispiel hat nur 1 MHz, das ist zu wenig. Man sollte hier nach 5-10 MHz Typen suchen. Das ganze hängt auch von der Signalstärke ab, bei starken Signalen kann man mit kleinem Rückkopplungswiderstand arbeiten und wird dadurch schneller.
Tarek T. schrieb: > Ist so etwas möglich? Seht ihr > vielleicht Schwierigkeiten? Schön muss das Signal ja nicht sein, du musst es nur korrekt zählen können. Dazu reicht es, wenn sich die Flanken zeitlich nicht überschneiden (die Flanken von B müssen deutlich zwischen den Flanken von A liegen); da alle Flanken verzögert werden, gleichen sich dabei die Toleranzen sogar teilweise aus. Das kannst du mit dem Oszi gut überprüfen. Die Signalform selbst spielt eigentlich garkeine Rolle, solnge du keine Interpolation vornimmst, was ja mit Rechtecken sowieso nicht geht. Dafür bräuchtest du einen Sensor mit Sin/Cos-Ausgang, den kannst du mit ziemlicher Sicherheit sowieso nicht selbst bauen (aber z.B. bei Heidenhain kaufen). Gruss Reinhard
Ganz allgemein: Maschinenspindel und Optoelektronik passen so nicht zusammen! Da ist immer Öl und Verschmutzung da und es ist eine Frage der Zeit, bis die Sache ausfällt. Mache das ganze magetisch mit Interpolation, dazu gibt's u.a. nette ICs von Austria Microsystems und IC-Haus mit bis zu 14 Bit Auflösung. Gruss Christoph
Angehängte Dateien:
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QDEC.PNG
40 KB -
freq_500Hz.png
650 KB -
freq_5kHz.png
690 KB -
freq_25kHz.png
720 KB
Reinhard Kern schrieb: > Schön muss das Signal ja nicht sein, du musst es nur korrekt zählen > können. Das stimmt insofern, dass ich die Kanäle auf ext. Interrupts führen müsste. Dann würde ich die Geschichte in Software aufbauen. Einfacher wäre es, die eingebaute QDEC Einheit gleich zu nutzen. Und diese funktioniert so, dass sie in äquidistanten Abständen das Signal an den Pins abtastet. Und da funktioniert es schon nicht mehr nur mit den Flanken, sondern benötigt ein Rechtecksignal (siehe Anhang QDEC.PNG). Christoph Z. schrieb: > Ganz allgemein: Maschinenspindel und Optoelektronik passen so nicht > zusammen! Das stimmt so nicht ganz. Selbst bei "künstlich" verdreckter Optik hat der Testaufbau die Daten zuverlässig übermittelt. Abgesehen davon, wird der Teil der Datenübertragung mit der induktiven Energieübertragung gekapselt, so dass grober Schmutz nicht eindringen kann. Außerdem sind wir hier an der Uni, da geht es zu allererst darum zu zeigen, was geht :) Der Vorteil optischer Datenübertragungsverfahren sind vor allem der günstige Preis, der niedrige Energieverbrauch und die hohe Datenrate. Der Testaufbau übermittelt knapp 15 MBit/s zuverlässig und das bei 400 Hz Drehfrequenz. Schwieriger gestaltet sich da die Datenübertragung von 15 MBit/s auf der stationären Seite an den Computer :/ aber das ist ein anderes Thema. Im Anhang sind noch weitere Bilder. Interessant ist, dass die Flankensteilheit bei 5 kHz die gleiche ist wie bei 25 kHz. Diese macht mir nämlich bei höheren Frequenzen einen Strich durch die Rechnung, denn das "Low" verwäscht dabei zu stark. Ich habe die LM358P OPVs verwendet. Der Aufbau ist genau wie im Thema Lichtsensor / Helligkeitssensor gezeigt. Nur dass ich eine BPX48 Fotodiode verwende. Auch hat sich bei Änderung des parallel geschalteten Kondensators nichts gezeigt. Ich konnte den herausnehmen, durch andere Ersetzen, das Oszilloskop hat kaum eine Veränderung gezeigt. Dabei habe ich Werte von 2.2pF bis 6.8pF ausprobiert. Hat jemand Tipps bezüglich der OPV Wahl bzw. Ähnliches schon einmal gemacht? Viele Grüße
Hallo Tarek, > Im Anhang sind noch weitere Bilder. Interessant ist, dass die > Flankensteilheit bei 5 kHz die gleiche ist wie bei 25 kHz. Diese macht > mir nämlich bei höheren Frequenzen einen Strich durch die Rechnung, denn > das "Low" verwäscht dabei zu stark. Ich habe die LM358P OPVs verwendet. > Der Aufbau ist genau wie im Thema Lichtsensor / Helligkeitssensor > gezeigt. Nur dass ich eine BPX48 Fotodiode verwende. Auch hat sich bei > Änderung des parallel geschalteten Kondensators nichts gezeigt. Ich > konnte den herausnehmen, durch andere Ersetzen, das Oszilloskop hat kaum > eine Veränderung gezeigt. Dabei habe ich Werte von 2.2pF bis 6.8pF > ausprobiert. > > Hat jemand Tipps bezüglich der OPV Wahl bzw. Ähnliches schon einmal > gemacht? Als OPV würde ich Dir folgendes Bauteil empfehlen: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa380.pdf Damit die Schaltung auch bei den höheren Frequenzen funktioniert, solltest Du möglichst mit einer durchgängigen Massefläche und einer sauberen Spannungsversorgung (Linearregler mit 100µF||100nF und 100nF an jeder OPV-Spannungsversorgung) arbeiten. Dieser OPV ist speziell für schnellere Transimpedanzverstärkerschaltungen gedacht (siehe Frequenzgänge im Datenblatt auf Seite 7). Ich habe ihn selbst schon in der Variante OPA2380 (zwei OPV in einem Gehäuse) in einer Schaltung eingesetzt. Erhältlich ist er bei Farnell und wahrscheinlich auch als Sample. Der hohe Preis (6,10 €) sollte Dich nicht abschrecken. Schließlich handelt es sich bei Deinem Projekt um einen Prototypen. Ganz grundsätzlich sollte man beim Aufbau von Prototypen tendenziell die Bauelemente eine Stufe besser als unbedingt notwendig wählen. Das ist sehr gut investiertes Geld, da Dir dieses Vorgehen eine Menge Zeit bei der Fehlersuche erspart. Wenn anschließend eine Serienproduktion angedacht ist, kannst Du immer noch nach und nach billigere Bauelemente auswählen. Viele Grüße Michael
ggf. solltest du hinter dem OpAmp noch einen Komparator nachschalten, der dir das Signal auf TTL-Pegel bringt.
Tarek T. schrieb: > Dann würde ich die Geschichte in Software aufbauen. Einfacher > wäre es, die eingebaute QDEC Einheit gleich zu nutzen. Und diese > funktioniert so, dass sie in äquidistanten Abständen das Signal an den > Pins abtastet. Und da funktioniert es schon nicht mehr nur mit den > Flanken, sondern benötigt ein Rechtecksignal (siehe Anhang QDEC.PNG). Solange die Flanken halbwegs richtig sind, macht dir ein Komparator ein Rechteck auch aus einem versauten Signal. Eigentlich sollte das ein eingebauter Decoder auch tun, es sei denn, er ist für Sinus/Cosinus-Signale gedacht. Die Abtastschaltung legt das nahe: S&H und ADC. Aber einen Sinus hast du nicht und kannst du auch nicht erzeugen. Gruss Reinhard
Reinhard Kern schrieb: > Solange die Flanken halbwegs richtig sind, macht dir ein Komparator ein > Rechteck auch aus einem versauten Signal. Eigentlich sollte das ein > eingebauter Decoder auch tun, Das sehe ich auch so. Ein simpler 2-fach Komparator TLC372 liefert Dir saubere Rechtecksignale und bietet gegenüber µC Eingängen den Vorteil, dass man sich Hysterese und Schaltschwelle selbst einstellen kann.
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