Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Welchen Sensor zur Schlagkraftmessung?


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von Martin (Gast)


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Hallo,

ich möchte mir einen "Schlagmesser" bauen.
Habe bei der Internetrecherche ein professionelles Gerät gefunden:
http://www.schlagmesser.de/index.php/de/produkte

So in etwa hätte ich mir das auch vorgestellt, ein Polster auf den man 
draufschlägt und dann wird ausgewertet.

Jetzt stellt sich für mich die Frage welcher Sensor da nun in Frage 
kommt...

Meine herangehensweise war eine Wägezelle die einfach das Gewicht des 
Schlages misst.

Somit habe ich hald das Gewicht und nicht die Kraft. Soweit ich das 
mitbekommen habe zeigt das professionelle Gerät auch "nur" das Gewicht 
eben in kg an. Sollte also passen.

Weiters habe ich auf youtube ein Video gefunden in dem ein Tritt 
gemessen wird.
http://www.youtube.com/watch?v=N4AbK6osemc
bei Minute 4:12 sieht man wie lediglich eine Matte oder Folie aufgelegt 
wird um dann den Druck(?) zu messen.
Wobei handelt es sich da? ein DMS Drucksensor?

ist so ein DMS Drucksensor das Optimum um Schläge zu messen? Besser als 
eine Wägezelle?
oder gibt es noch andere Sensoren oder Möglichkeiten einen 
"Schlagmesser" zu bauen?

Ich bin für jeden Vorschlag offen und für jede Hilfe dankbar!

mfg

Martin

von user (Gast)


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Hallo,

vielleicht mit einem Piezo-Element, das auf eine Metallplatte geklebt 
wird.

Je nach Schagkraft kommen da dann ein paar mV bis 100V raus.

Wie man diese Spannung in eine Kraft umrechnet müßte man wahrscheinlich 
empirisch ermitteln.

von Nachbar (Gast)


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Gewicht kann man nicht messen, es wird die Kraft gemessen, und anhand 
der bekannten Erdbeschleunigung kann die Masse ermittelt werden.

Du kannst Messen wie tief eine Feder gedrückt wird. (Vermutlich machen 
die Wägezellen genau das)
Du könntest Messen wie stark eine Masse beschleunigt wird.
Oder gegen ein Pendelschlagen und die max. Amplitude ermitteln (so haben 
wir damals in Physik bestimmt wie schnell eine Gewehrkugel ist).
"Hau den Lukas" Prinzip

An einer Wägezelle kann ich mir vorstellen das die nicht für solche 
dynamischen Dinge gemacht ist, ein Schlag dauert nur Bruchteile von 
Sekunden.

Wie diese Kissen Funktionieren könnten:
Luftdruck-Sensoren, nicht über die Volle Fläche sondern nur an einigen 
Stellen kleine Druckzellen.

von samandiriel (Gast)


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Hab mal sowas gebaut. platte vor beutel mit wasser und dann den druck im 
beutel gemessen. Aber viel hängt dann auch von der Polsterung der Platte 
ab... vielleicht direkt auf den beutel hauen, dann kennst du aber die 
fläche nicht

von Newton (Gast)


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F = m * a; Beschleunigung messen.

von Max H. (hartl192)


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Könnte man nicht auch die Platte beweglich lagern und die Beschleunigung 
messen? mit F=m*a kommt man dann auf die Kraft...

von Amateur (Gast)


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Große und impulsförmige, mechanische Energien zu messen ist nicht ganz 
einfach.

Z.B.
>Oder gegen ein Pendelschlagen und die max. Amplitude ermitteln (so haben
>wir damals in Physik bestimmt wie schnell eine Gewehrkugel ist).
... und ein riesiger Teil der kinetischen Energie ist bei der Verformung
    der Kugel draufgegangen.

Z.B.
>Hab mal sowas gebaut. platte vor beutel mit wasser und dann den druck im
>beutel gemessen.
... und die, durch die Strömung im Wasser verursachten Verluste und die 
in der Elastizität des Beutels zwischengespeicherte Energie, 
vernachlässigt.

Z.B.
Bei uns wurde die Kugel aus dem Luftgewehr in ein Holzpendel geschossen. 
Die Doppellichtschranke am Laufende zusammen mit dem Kugelgewicht haben 
eine ganz andere Sprache gesprochen. Wir haben das allerdings im Rahmen 
von Fehlerbetrachtungen gemacht.

Zugegeben, ich kann’s nicht besser, aber ganz so einfach ist's auch 
nicht.

von Karl (Gast)


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Nachbar schrieb:
> Du kannst Messen wie tief eine Feder gedrückt wird. (Vermutlich machen
> die Wägezellen genau das)

Vieleicht vor 40 Jahren.

Eine Wägezellen ist auch nur mit DMS beklebtes Metall. Es werden nur ein 
paar mehr DMS für Temperatur und Querkraftabgleich verwendet, ein 
hochwertiger Klebstoff und eine optimierte Bauform und fertig ist die 
Sache.

user schrieb:
> vielleicht mit einem Piezo-Element

Es gibt auch Kraftaufnehmer die nach diesem Prinzip arbeiten

Nachbar schrieb:
> An einer Wägezelle kann ich mir vorstellen das die nicht für solche
> dynamischen Dinge gemacht ist

Mit Kraftaufnehmern/DMS kann man ohne Probleme dynamisch messen. Wenn 
ich das richtig Verstanden habe geht es um einen Handschlag. Da sollten 
ca. 100-200 Hz ausreichen. Du brauchst halt einen Instrumentenverstärker 
und ADC, die dass messen können und einen Controller, der den 
Maximalwert ermittelt.

von samandiriel (Gast)


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>
> Z.B.
>>Hab mal sowas gebaut. platte vor beutel mit wasser und dann den druck im
>>beutel gemessen.
> ... und die, durch die Strömung im Wasser verursachten Verluste und die
> in der Elastizität des Beutels zwischengespeicherte Energie,
> vernachlässigt.
>
Also Strömen tut da nix. Aber mit dem Beutel hast Du sicher recht.... 
nur wird das mit sicherheit  weniger ausgemacht haben als die von mir 
erwähnte Energieumwandlung in der Polsterung der Platte. Ich denke aber, 
zum vergleichen, wer fester zuschlagen kann, war es garnicht mal so 
schlecht.

von Rudi (Gast)


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Wir haben mal mit einem Beschleunigungssensor von PCB sowas gemacht, hat 
ganz gut funktioniert.
Ist vor allem im Vergleich zur Wägezelle viel preiswerter.

von Martin (Gast)


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Karl schrieb:
> Mit Kraftaufnehmern/DMS kann man ohne Probleme dynamisch messen. Wenn
> ich das richtig Verstanden habe geht es um einen Handschlag. Da sollten
> ca. 100-200 Hz ausreichen. Du brauchst halt einen Instrumentenverstärker
> und ADC, die dass messen können und einen Controller, der den
> Maximalwert ermittelt.

Hallo Karl,

Könntest du mir eventuell noch etwas weiterhelfen?

Meine Schaltung besteht zur Zeit aus einem Differenzverstärker (lm741 
mit 4Widerständen beschalten) und die Wägezelle speiße ich mit DC 
Spannung.

Worin liegt der Vorteil die Brücke der Wägezelle mit AC Spannung zu 
speißen?

Könntest du mir ein Instrumentenverstärker IC empfehlen?

Liefert der Instrumentenverstärker dann ein DC Signal am Ausgang wenn 
die Brücke mit AC gespeißt wird? Kann mir das gerade nicht ganz 
vorstellen.
Als ADC verwende ich den eingebauten 10BIT vom MEGA2560.

Ich will außerdem zwei Wägezellen verwenden, da eine nur bis zu einer 
Belastung von 250kg ausgelegt ist.
Wie kann ich die am besten zusammenschalten? Zwei Instrumentenverstärker 
und dann einen Addierer?

Danke!

mfg Martin

von Kartoffelsalat (Gast)


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Ich denke, mit Hertz meint er Messungen pro Sekunde und nicht AC...

von Karl (Gast)


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Martin schrieb:
> Meine Schaltung besteht zur Zeit aus einem Differenzverstärker (lm741
> mit 4Widerständen beschalten) und die Wägezelle speiße ich mit DC
> Spannung.

Der LM741 ist ungeeignet weil der Offset von 1 bis 5 mV viel zu groß 
ist. Wägezellen haben meist ei Signal von 2 mV/V.

INA114 oder INA125 währen z.B. geeignet. Die bipolare Spannung kannst du 
z.B. mit einem DC/DC Wandler erzeugen. Die kannst du auch gleich als 
Brückenversorgung nehmen.

> Ich will außerdem zwei Wägezellen verwenden, da eine nur bis zu einer
> Belastung von 250kg ausgelegt ist.
> Wie kann ich die am besten zusammenschalten? Zwei Instrumentenverstärker
> und dann einen Addierer?

Man kann auch zwei Wägezellen über einen Verstärker auswerten, indem man 
sie parallel schaltet.
>
> Danke!
>
> mfg Martin

Kartoffelsalat schrieb:
> Ich denke, mit Hertz meint er Messungen pro Sekunde und nicht AC...

Richtig.

von Wolfgang (Gast)


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Karl schrieb:
> Die kannst du auch gleich als Brückenversorgung nehmen.
... und als Referenzspannung für den ADC brauchst du sie dann wegen des 
ratiometrischen Messprinzips auch.

von Reinhard Kern (Gast)


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Hallo,

die perfekte Lösung wäre eigentlich eine fertige Badezimmerwaage mit 
einem Polster zum Draufstellen, auf das man einfach draufhaut. Das 
Problem ist bloss, dass man dazu die interne Schaltung des Geräts kennen 
müsste, um das Sensorsignal abzugreifen, eine Schnittstelle nützt 
nichts, da wird die Kraftspitze nicht erfasst, im Gegenteil, da wird die 
Anzeige geglättet.

Gruss Reinhard

von Nico (Gast)


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Ich habe persönlich sehr gute Erfahrung mit den FlexiForce Phidgets 
gemacht:

http://nodna.de/FlexiForce-0-100lb-440N-Drucksensor

zusammen mit disem Adapter kommt da ein ADC verwertbares Signal raus:

http://nodna.de/Phidgets-FlexiForce-Adapter

Liebe Grüße,
Nico

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