Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wo soll das lange Verbindungskabel hin? Sensor <> Verstärker oder Verstärker <> Ad-Wandler?


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von GerritM (Gast)


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Guten Tag,

in Sachen Elektrotechnik bin ich als Maschinenbauer nicht soo fit, 
weshalb ich manche Problemstellungen mit meinem Wissen nicht bewerten 
kann.

Folgendes Szenario:

Wir haben eine DMS-Vollbrücke, die wir in einer Werkzeugmaschine 
angebracht haben und auswerten möchten. Diese Vollbrücke schließen wir 
mit der 6-Leiter Technik an einen DMS Verstärker an. Dieser DMS 
Verstärker wiederum wird an einen NI USB AD-Wandler angeschlossen, der 
dann das digitalisierte Messsignal via USB an einen angeschlossenen PC 
überträgt.

Der Abstand von Sensor zu PC beträgt jedoch 12 Meter.

Die Frage, die sich uns stellt ist nun, wo wir das lange Kabel hinbauen?

12 m USB fällt flach, da das im USB Standard nicht spezifiziert ist. Da 
müssten wir auf Aktivverstärkte Lösungen zurückgreifen. Außerdem wird 
dann noch ein weiteres Kabel für die Stromversorgung des Verstärkers 
benötigt.

Eine andere Möglichkeit ist das 12 m Kabel in der Verbindung zwischen 
DMS und Verstärker unterzubringen und dann eine Box mit Verstärker und 
AD-Wandler auf dem Tisch neben dem PC stehen zu haben. Wäre die 
eleganteste Lösung. Allerdings würde ich rein vom Bauchgefühl her sagen, 
dass eine lange Leitung bei unverstärkten Sensorsignalen eher ungeeignet 
ist. Kann mich da aber auch täuschen, vor allem weil ich im Internet 
immer wieder lese, dass eine 6-Leiter Verbindung gerade dann vorteilhaft 
ist.

Die letzte Möglichkeit ist, zwei "Boxen" aufzubauen. Eine in der Nähe 
des Sensors in der der Verstärker sitzt. Dann haben wir ein kurzes 
Sensorkabel. Die 12 m Kabel werden dann über 4 Adern 
(Spannungsversorgung Verstärker und Messsignal) von diesem Verstärker zu 
einer weiteren Box neben dem PC verlegt, in der dann der USB-AD-Wandler 
steckt. Finde ich auch eine relativ gute Lösung. Meine Frage dabei ist 
nun: Kann ich das verstärkte Messsignal zusammen mit der 
Spannungsversorgung in einem geschirmten Kabel führen oder ist das eher 
ungeeignet?

Ich hoffe, ihr könnt meine Wissenslücken bzw. Fragen beantworten und 
verbleibe mit freundlichen Grüßen,

Gerrit

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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GerritM schrieb:
> Allerdings würde ich rein vom Bauchgefühl her sagen,
> dass eine lange Leitung bei unverstärkten Sensorsignalen eher ungeeignet
> ist. Kann mich da aber auch täuschen, vor allem weil ich im Internet
> immer wieder lese, dass eine 6-Leiter Verbindung gerade dann vorteilhaft
> ist.

Dein Bauchgefühl täuscht dich nicht. Es ist immer besser, hochpegelige 
Signale über lange Leitungen zu schicken als niederpegelige, da sich 
Störungen von aussen bei niedrigen Signalen stärker bemerkbar machen als 
bei starken Signalen.
Die 6-Leiter Technik ist schon gut für Fälle, wo es nun wirklich nicht 
anders geht, aber wenn du sowieso schon 6 Adern verlegst, kannst du auch 
die verstärkten Signale darüber schicken.

GerritM schrieb:
> Die letzte Möglichkeit ist, zwei "Boxen" aufzubauen. Eine in der Nähe
> des Sensors in der der Verstärker sitzt. Dann haben wir ein kurzes
> Sensorkabel. Die 12 m Kabel werden dann über 4 Adern
> (Spannungsversorgung Verstärker und Messsignal) von diesem Verstärker zu
> einer weiteren Box neben dem PC verlegt, in der dann der USB-AD-Wandler
> steckt. Finde ich auch eine relativ gute Lösung.

Mach das so, das klingt brauchbar. Du könntest auch nur noch das USB 
Signal über einen Repeater an den PC schicken, aber so wird das auch gut 
klappen.
Das einzige, worauf du achten solltest, ist die Spannungsversorgung der 
'Boxen' - die sollten möglichst alle aus der gleichen Quelle kommen, 
damit du keine Masseschleifen aufbaust.

GerritM schrieb:
> Kann ich das verstärkte Messsignal zusammen mit der
> Spannungsversorgung in einem geschirmten Kabel führen oder ist das eher
> ungeeignet?

Wäre das Messsignal ein symmetrisches/differentielles Signal, wäre das 
überhaupt kein Problem. Wenn es ein unsymmetrisches mit Massebezug ist, 
sollte es am besten in einem extra geschirmten Kabel laufen. Wenn es 
sich nicht vermeiden lässt, die Versorgung im gleichen Schirm zu führen, 
sollte diese sauber und störungsfrei sein, da sie sonst aufs Signal 
überspricht.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Matthias Sch. schrieb:

> Dein Bauchgefühl täuscht dich nicht.

Genau! Andere nennen sowas "Logisches Überlegen". :-)
Ich habe bei meinen Entwicklungen festgestellt, das eine halbe
Stunde "Logisches Überlegen" meist mehr bringt als stundenlanges
rumprobieren. Besonders deutlich wird das in einem z.Z. laufenden
Parallelthread mit inzwischen 250 Beiträgen, bei dem bereits
der erste Antwortbeitrag die richtige Lösung brachte!

von MaWin (Gast)


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DMS sind sehr niederohmig und durch 6-Leiter Messung spielt der 
Widerstand des Zuführungskabels keine Rolle. Du kannst also den DMS 
mit 12m Kabel anschliessen. Es wird Störungen geben, die sind aber 
kurzzeitig. Wenn deine Signalauswertung keine hohen Frequenzen auswerten 
muss, kannst du die Störungen also wegfiltern, sie mitteln sich dann auf 
0. Verdrillt und abgeschirmt ist trotzdem sinnvoll.

Klar, besser ist es, die Verstärkung nahe an den Sensor zu bringen.

von Kai K. (klaas)


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Ich sehe noch ein ganz anderes Problem: Eine Erdschleife. Falls die 
DMS-Brücke die geerdeten, metallischen Teile der Werkzeugmaschine zur 
Abschirmung nutzt, dort also eine Verbindung zwischen Erde und Masse der 
DMS-Brücke besteht, kann es mit dem angeschlossenen PC eine fiese 
Erdschleife geben. Trotz symmetrischer Signalführung im DMS-Kabel kann 
das zu Problemen führen.

Ansonsten sind 12m DMS-Kabel eigentlich kein Problem, wenn die 
Komponenten hochwertig sind, vor allem wenn Erdschleifen mit einer 
galvanischen Trennung vermieden werden.

von Marian  . (phiarc) Benutzerseite


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Kai Klaas schrieb:
> Falls die
> DMS-Brücke die geerdeten, metallischen Teile der Werkzeugmaschine zur
> Abschirmung nutzt, dort also eine Verbindung zwischen Erde und Masse der
> DMS-Brücke besteht, kann es mit dem angeschlossenen PC eine fiese
> Erdschleife geben.

Das eine (Gehäuseteile der Maschine als Abschirmung) impliziert nicht 
zwangsläufig das andere (Verbindung von Maschinenmasse mit 
Brücken-Masse).

von Kai K. (klaas)


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>Das eine (Gehäuseteile der Maschine als Abschirmung) impliziert nicht
>zwangsläufig das andere (Verbindung von Maschinenmasse mit
>Brücken-Masse).

Natürlich nicht! Aber es ist ein Punkt der zu klären ist. Außerdem meine 
ich nicht die Brückenmasse, sondern die Abschirmungsmasse. Bei einer 
massiven Erdschleife können selbst über die Abschirmungsmasse Störungen 
in den Signalweg eingekoppelt werden.

von uwe (Gast)


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Oder:
[Sensor]->[Box(Verstärken + AD-Wandeln mit µC)]->[12m RS485]->[RS485 
USB-
Wandler]

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