Hallo zusammen, ich beobachte ein merkwürdige Temperaturabhängigkeit meines Beschleunigungssensors. Zum Aufbau: Ich habe einen piezoelektrischen 3-Achsen Beschleunigungssensor, welcher mit einer Heizung (Heizwiderstand) in einem Gehäuse verbaut ist. Mir ist es nicht möglich dieses zu öffnen. Außerdem ist darin ein Temperatursensor, welcher für eine Zweipunktregelung der Heitung verwendet wird. Eingestellt ist eine Arbeitstemperatur von 40Grad, welche durch An- und Ausschalten der Heizung mit einer Hysterese geregelt wird (siehe Anhang Z_Acc_Temp_plot.png unterer Plot). Das System wird zunächst auf 50 Grad erhitzt um das Gehäuse gleichmäßig zu erwärmen. Unten beschriebene Beobachtung ist auch ohne diese Vorheizen existent. Zur Beobachtung: Ich habe natürlich erwartet, dass der ADC-Output aller Achsen von der Temperatur abhängt. Allerdings kommt mir der Plot merkwürdig vor. Am Anfang wird ein großer Temperaturbereich überschritten, wobei der ADC-Output des Sensors sich nur geringfügig verändert. Nachdem der Wunschtemperaturbereich erreicht wurde, "zappeln" die ADC-Werte sehr stark. Außderdem ist diese Phänomen NUR bei der z-Achse zu beobachten. Bei den anderen hat man eine direkte Temperaturzuordnung (siehe Anhang X_Acc_Temp_plot.png für die X-Achse). Hat vielleicht jemand eine Idee zur Erklärung dieser Beobachtung? Vielen Dank schon mal! Gruß Thunder
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Hat keiner eine Idee woher dieses nicht-lineare Verhalten kommt? Ich habe schon mit verschiedenen exponentiellen Modellen herumprobiert aber ohne Erfolg. Ich bekomme einfach keinen Zusammenhang zur Temperatur hergestellt. Gruß Thunder
Mario Inkognito schrieb: > Hallo zusammen, > > ich beobachte ein merkwürdige Temperaturabhängigkeit meines > Beschleunigungssensors. > > Zur Beobachtung: > Ich habe natürlich erwartet, dass der ADC-Output aller Achsen von der > Temperatur abhängt.... > > Hat vielleicht jemand eine Idee zur Erklärung dieser Beobachtung? > > Vielen Dank schon mal! > Gruß Thunder Hallo Thunder, ohen zu wissenw elcher beschleunig7ungssensor das sit, ob dieser analog/ddigital angeschlossen ist, ob die versorgunsspannung schwankt ist eine Dinagnose reichlich schwierig. Es sieht aber wohl so aus dass Dein Ausgang in Z-Richtung um 15/2500 = ca 1% schwankt wenn die Heizung an ist. Denkbar ist dass die Versorgunsspannung schwankt und der ADC das mitmacht. rgds
Oder schau Dir mal denn Temperaturgang deines Sensors an. rgds
Vieleicht ein schlichtes Übersprechen des Heizstroms in den Messwert. Aufbau? Das kann alleine schon eine nicht optimale Masse sein. Da der Heizstrom wohl deutlich sein wird, sollte man die Heizungsmasse trennen. Ausserdem ist das je nach Sensor nicht so viel. Weniger als 0,4% des Messwerts. Wie genau und wie auflösend ist denn der Sensor?
Hallo 6A66, hallo Herr Schmitt, es handelt sich hierbei um einen Epson AP-6110LR. Zum genauen Aufbau kann ich leider nichts sagen, da er in einem für mich nicht zugänglichen Gehäuse liegt.... Die obige Schwankung liegt hier unabhängig von der Lage im Bereich von 0.02g in der Z-Achse. Aufgrund des Anwendungsbereichs ist dies aber relevant. An eine Schwankung der Versorgungsspannung habe ich auch schon gedacht, allerdings würden dann aber die andern Achsen auch betroffen sein oder!? Diese haben aber einen direkten linearen Zusammenhang zur Temperatur. Um das mit der Versorgungsspannung trotzdem zu überprüfen habe ich den Sensor extern mit einem Fön geheizt und konnte in etwa den gleichen Effekt beobachten. Das heißt auch hier waren die Drifts der X- und Y-Achse perfekt mit der Temperatur im Einklang und die z-Achse hat diese Sprünge drin. Die Frage, welche ich nun klären möchte ist, ob dieses Phänomen mit einem Modell erklärt werden kann und somit bei der Kalibrierung eliminiert werden kann oder ob es ein technischer Defekt oder sonstiges ist, was nichts unmittelbar mit dem Sensor zu tun hat. Viele Grüße Thunder
Aus dem Datenblatt: Bias variation with temp. - 150mG Typ. VDD=3V,Based on Ta=+25°C also 0,15G das ist schon ganz ordentlich, Leider sieht man nicht bei welcher Temperaturänderung. Mario Inkognito schrieb: > Die obige Schwankung liegt hier unabhängig von der Lage im Bereich von > 0.02g in der Z-Achse. Aufgrund des Anwendungsbereichs ist dies aber > relevant. Aber damit zuverlässig 0,02G messen zu wollen, hmm....
Ich glaube, dass die +-0.15G in den Randbereichen der zulässigen Temperatur angenommen werden. Mir liegt hier vom Vorgängermodell AH-6100LR ein Plot von Epson vor, welcher die Biasentwicklung bezüglich der Temperatur aufzeigt. Hier ist eine klare (näherungsweise) lineare Entwicklung der Biase des Beschleunigungssensors zu beobachten. Ich würde daher mit einer temperaturbedingten Veränderung des Bias im Bereich von 0.002G rechnen. Ich habe mittlerweile auch die Gyroskope untersucht und habe dort einen direkten linearen Zusammenhang zur Temperatur in allen drei Achse beobachtet. Ich habe keine Erklärung warum nur die Z-Achse des Beschleunigungssensor aus der Reihe tanzt..
Dass die Z-Achse sich anders verhält, wundert mich nicht. Ist beim Bosch Sensor BMA020 auch so. Die Y und Y Achse sind horizontal zur Chip-Fläche ausgerichtet, die Z-Achse ist vertikal ausgerichtet. Folglich wirken diverse (unerwünschte) Kräfte auf die Z-Achse ganz anders.
Mario Inkognito schrieb: > Ich glaube, dass die +-0.15G in den Randbereichen der zulässigen > Temperatur angenommen werden. Hallo Mario, das sind alles Annahmen. Der Hersteller hat gewisse Genauigkeiten im Datenblatt angegeben. Die Messgenauigkeit die Du Dir wünschst ist aber bei weitem keliner als die Genauigkeit. Mario Inkognito schrieb: > Die Frage, welche ich nun klären möchte ist, ob dieses Phänomen mit > einem Modell erklärt werden kann und somit bei der Kalibrierung > eliminiert werden kann Das kann nur das Modell, das Du Dir leider selbst bauen musst, klären. Das Verhalten das Du siehst dürfte aber in einem gewissen Maß systematisch sein und am Sensor liegen (thermische Ausdehnung der MEMS? ADC Drift, ...). Das in einem gewissen Maß "wegzurechnen" denke ich ist möglich. Aber ob Du dann auf die Genauigkeit kommst bezweifle ich. Dass dies aber mit eienr einmaligen Kalibrierung über Lebenszeit des Sensors zue rledigen ist bezweifle ich ebenso da das dann interne Störungen des Sensors sind die über Alterung sich von einem Sensor zum anderen unterschiedlich stark weiterentwicklen können. rgds
6A66 schrieb: > Der Hersteller hat gewisse Genauigkeiten im > Datenblatt angegeben. Datenblatt: Scale factor variation over temperature: 3% Typ. Da bist Du mit <1% noch gut bedient. BTW: Wie kommst Du denn vom Sensor auf die Digitalen Werte - welcher ADC? Welche Schaltung? Temperaturgang der Bauelemente dort? rgds
6A66 schrieb: > Das kann nur das Modell, das Du Dir leider selbst bauen musst, klären. > Das Verhalten das Du siehst dürfte aber in einem gewissen Maß > systematisch sein und am Sensor liegen (thermische Ausdehnung der MEMS? > ADC Drift, ...). Dort wird ein 12-bit SAR-ADC verwendet. Sofern der Fehler dort liegt, sollten doch auch die anderen Achsen betroffen sein. > Das in einem gewissen Maß "wegzurechnen" denke ich ist > möglich. Aber ob Du dann auf die Genauigkeit kommst bezweifle ich. Dass > dies aber mit eienr einmaligen Kalibrierung über Lebenszeit des Sensors > zue rledigen ist bezweifle ich ebenso da das dann interne Störungen des > Sensors sind die über Alterung sich von einem Sensor zum anderen > unterschiedlich stark weiterentwicklen können. Da der Sensor auf Quarz basiert hätte ich jetzt mit einem vernachlässigbaren Alternungsprozess gerechnet. Gruß Thunder
Mario Inkognito schrieb: > Sensor auf Quarz Habe ich nicht aus dem Datenblatt lesen können - woher kommt die Information? Halte ich für äußerst unwahrscheinlich. Die meisten mir bekannten Gyro/Acell. Sensoren basieren auf Silicon-MEMS. rgds
Interssant! Aber eben auch ein MEMS. BTW: Jedes Bauteil altert, auch ein Quarz. Bei diesem Bauteil würde ich vermuten dass neben dem eigentlichen MEMS noch weitere Elektronik drinnen ist (Umsetzung, Linearisierung, ...). Wenn dem nicht so ist würde mich die Herkunft der doch recht groben Ungenauigkeit wundern. Sei's drum. Mario Inkognito schrieb: > Dort wird ein 12-bit SAR-ADC verwendet. Sofern der Fehler dort liegt, > sollten doch auch die anderen Achsen betroffen sein. Kommt auf die Umsetzung an. Schaltung? rgds
Wie gesagt, alles im Gehäuse ist für mich nicht zugänglich aber ich vermuten stark, dass es analog zur Verdrahtung in http://www.epsondevice.com/docs/qd/en/DownloadServlet?id=ID000870 Kapitel 3.5 gemacht wurde. Mir fehlt allerdings die Erfahrung damit potentielle Fehlerquellen zu erkennen.
Mario Inkognito schrieb: > mich nicht zugänglich aber ich > vermuten stark, dass es analog zur Verdrahtung in > > http://www.epsondevice.com/docs/qd/en/DownloadServ... Ich verstehe das so, daß Du eine Black-Box (Gehäuse) hast, in der nicht nur der Sensor ist sondern auch noch der ADC neben den schon erwähnten Temperatur-sensor und der Regelung. Wenn dem so ist hast Du eine Unmenge an Schaltung zwischen dem Sensor und der digitalen Darstellung im ersten post die wir hier nicht kennen und damit auch nicht klären können warum das passiert. rgds
Hallo, hast du schon einmal probiert dass Gehäuse um 90° zu drehen, sodass die Z-Achse nicht mehr zum Erdmittelpunkt zeigt? Vielleicht wirkt sich die Temperatur abhängig zum Messbereich aus. Gruß Stefan
6A66 schrieb: > Ich verstehe das so, daß Du eine Black-Box (Gehäuse) hast, in der nicht > nur der Sensor ist sondern auch noch der ADC neben den schon erwähnten > Temperatur-sensor und der Regelung. Ja genau, die ADC-Daten für Gyros, Beschleunigungssensor und Temperatur bekomme ich über SPI aus dem Gehäuse und entscheide ob die Heizung An oder Aus sein soll. > > Wenn dem so ist hast Du eine Unmenge an Schaltung zwischen dem Sensor > und der digitalen Darstellung im ersten post die wir hier nicht kennen > und damit auch nicht klären können warum das passiert. Ja das ist echt schlecht, dass ich dort keinen Zugang habe. Inzwischen habe auch einen Temperaturtest mit einer älteren Hardwareversion gemacht, welche ich besorgen konnte. Dabei handelt es sich genau um das Eval-Board EB02 in http://www.epsondevice.com/docs/qd/en/DownloadServlet?id=ID000870 mit identischer Verdrahtung. Hier habe ich keinen Heizwiderstand und die Platine liegt offen, weshalb ich hier extern heizen muss. Hier kann ich tatsächlich die gleiche Auffälligkeit der Z-Achse beobachten. Es scheint sich tatsächlich um einen systematischen Fehler bei der Z-Achse zu handeln... Gruß Thunder
Hallo Stefan, > hast du schon einmal probiert dass Gehäuse um 90° zu drehen, sodass die > Z-Achse nicht mehr zum Erdmittelpunkt zeigt? Vielleicht wirkt sich die > Temperatur abhängig zum Messbereich aus. ja das habe ich schon ausprobiert. Das Ergebnis ist genau das Gleiche. Die absolute Dimension des Phänomens ist in jeder Ausrichtung die Gleiche. Gruß Thunder
Mario Inkognito schrieb: > mit identischer Verdrahtung. D.h. zwschen Deinem Sensor und der digitalen Repräsentierung in post1 ist das Evalboard? Da ist dann dieses Customized AD-IC dazwischen. Da kann alles mögliche an Unlinearitäten und Tolaranzen mit verbunden sein. rgds
> D.h. zwschen Deinem Sensor und der digitalen Repräsentierung in post1 > ist das Evalboard? Ja genau. Auf dem Evalboard wird es digitalisiert und über SPI verschickt. Der Plot ist mit diesen Daten entstanden. > Da ist dann dieses Customized AD-IC dazwischen. Was meinst du mit AD-IC? > Da kann alles mögliche an Unlinearitäten und Tolaranzen mit verbunden sein. Ja das ist möglich und wird schwer herauszufinden sein. Allerdings befremdet mich immer noch, dass nur die Z-Achse betroffen ist. Daher würde ich die Fehlerquelle eher beim Sensor direkt vermuten. Gruß Thunder
> Daher würde ich die Fehlerquelle eher beim Sensor direkt vermuten.
Und wenn es so wäre ? Was würdest du dann tun ?
Mario Inkognito schrieb: > Was meinst du mit AD-IC? Das "dedicated AFE-IC" vom EVALboard: S1A15001 rgds
Hallo Uwe, Uwe schrieb: >> Daher würde ich die Fehlerquelle eher beim Sensor direkt vermuten. > Und wenn es so wäre ? Was würdest du dann tun ? 1. Möglichkeit: Ich muss ein Modell finden, welches mir diese Phänomen beschreibt, damit ich es softwareseitig eliminieren kann. Hab aber im Moment keine Ahnung wie... Ein wenig habe ich schon mit Exponentialtermen (statt polynomial) herumprobiert aber ohne Erfolg. 2. Möglichkeit: Die Zuständigkeit auf Kollegen bei der Hardwareentwicklung zurückschieben. Dazu müsste ich mir allerdings sicher sein, dass ich nichts ausrichten kann... Gruß Thunder
Mario Inkognito schrieb: > 2. Möglichkeit: Die Zuständigkeit auf Kollegen bei der > Hardwareentwicklung zurückschieben. Hallo Mario, das hättest Du vor ein paar Stunden sagen müssen, dann hätt' ich Dir nicht geantwortet! Aber mal im Ernst: Entweder ihr beide (HW & SW) zieht an einem Strang oder ihr bekommt's nicht gebacken. rgds
6A66 schrieb: > Mario Inkognito schrieb: >> 2. Möglichkeit: Die Zuständigkeit auf Kollegen bei der >> Hardwareentwicklung zurückschieben. > > Hallo Mario, > > das hättest Du vor ein paar Stunden sagen müssen, dann hätt' ich Dir > nicht geantwortet! OK...du kennst nicht die genaueren äußeren Umstände meiner Arbeit und solltest nicht vorschnell urteilen. Ich bin dir für deine Mühe trotzdem mehr als dankbar! > > Aber mal im Ernst: Entweder ihr beide (HW & SW) zieht an einem Strang > oder ihr bekommt's nicht gebacken. Da hast du vollkommen recht, allerdings muss ich erst analysieren wer dafür verantwortlich ist und ob es überhaupt einen Verantwortlichen gibt. Ich mag es z.B. nicht wenn einem andere Leute Arbeit aufhalsen ohne vorher genau selbst untersucht zu haben wer und warum dieser zuständig ist. Das kostet sonst nämlich auch wieder viel Zeit bis man eingearbeitet ist und merkt, dass man nicht zuständig ist. Gruß Thunder
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