Hallo zusammen, vielleicht könnt ihr mir weiterhelfen. Es geht um die Signalaufbereitung eines Spannungssignals von einem HallSensor, der zur Motorstrommessung benutzt wird. Strom ca bis 100A, Ausgang Hallsensor 0V...5V. 2.5V = 0A Motorstrom. Motor PWM 20 kHz. Der AD Wandler hat ein Eingangsbereich von 0V...3V Das Spannungssignal muss ca über eine Entfernung von 30cm übertragen werden. Pfad auf Platine + Kabel zur weiteren Platine. Natürlich in EMV verseuchter Umgebung wegen Motorströmen. Deswegen wird eine Referenzsiganl (2.5V) per Spnnungsteiler neben dem Hallsensor erzeugt und etwa gleich geroutet zum AD Wandler geführt. Es sollen dadurch Störungen auf der Versorgungsspannung und EMF herausgerechnet werden können. Generell stellt sich jetzt die Frage, ob ich die Störung digital heraushole, also beide Signal getrennt AD wandle und dann differenziere oder was ich zur Zeit besser finde, direkt am AD Wandler per OPAmp eine Diffenenz bilde? Dann habe ich zwar schon viel gelesen zu diversen Filterschiltungen und der Wahl der OPAmps bin mir aber noch nicht genau sicher, was ich nehmen soll. Das Signal soll mit 8khZ abgetastet werden, dh. der RC Filter muss sehr steilflankig sein, um die 20kHz PWM herauszuholen. Ich denke RC Tiefpass(aktiv) -> Impedanzwandler + Spannungsteiler (3/5) ist da nicht die richtige Wahl oder? Wonach muss ich den OP für den Impedanzwandler auswählen. Abgeshen, von so Standardsachen wie Versogungsspannung etc. Bandbreite, Gain Bandwidth Product? Da gibt es ja tausende OPs, weiß nicht so recht wo ich die Grenzen setzten soll. Vielen Dank für eure Ratschläge LG
Hallo, > Halli schrieb: > Ausgang Hallsensor 0V...5V. 2.5V = 0A Welchen Strom kann der Hallsensor treiben? Das Verhältnis von Störsignal zu Nutzsignal ist ja nicht nur von der Störleistung abhängig, sondern eben auch von der Nutzleistung. Letztere kannst du direkt auch beinflussen, z.B. indem du nicht nur eine reine Spannungsübertragung machst, sondern auch einen Laststrom fließen läßt, indem du am Ende der Leitung vor dem ADC einen Lastwiderstand plazierst. Falls der Hallsensor keinen nennenswerten Strom treiben kann, wäre hier ein Impedanzwandler zweckmäßig oder auch ein U-I-Wandler. Die in der Industrie gängige 20mA-Stromschleife berücksichtigt unter anderem auch genau solche Aspekte. > Motor PWM 20 kHz. > Der AD Wandler hat ein Eingangsbereich von 0V...3V > Das Spannungssignal muss ca über eine Entfernung von 30cm übertragen > werden. Pfad auf Platine + Kabel zur weiteren Platine. Natürlich in EMV > verseuchter Umgebung wegen Motorströmen. Da kann es sein, dass auch eine Schirmung nicht ausreichend ist, weil das magnetische Feld nicht mit Schirmgeflecht abgeschirmt werden kann. Evtl. kann aber auch zusätzlich mu-Metall zur magn. Schirmung verwendet werden. > Deswegen wird eine > Referenzsiganl (2.5V) per Spnnungsteiler neben dem Hallsensor erzeugt > und etwa gleich geroutet zum AD Wandler geführt. So ein symetrischer Aufbau, der Gleichtaktstörungen kompensiert, ist immer ganz gut, sofern die Störung eben auch als Gleichtaktstörung auftritt. Dann bedenke aber, dass auch die Impedanzen der Leitungen gleich sein sollten. Bezüglich dem Vorschlag mit Impedanzwandler oder U-I-Wandler sollte also genau das gleiche Schaltungsdesign für Stromsignal und Referenzsignal genutzt werden. Der reine Spannungteiler hat ja sonst eine andere Impedanz als der Hallsensorausgang. > Es sollen dadurch > Störungen auf der Versorgungsspannung und EMF herausgerechnet werden > können. Störungen, die du durch konstruktive Massnahmen und schaltungstechnisches Design erst gar nicht rein läßt, brauchst du später nicht mühselig filtern und wegrechnen. > Generell stellt sich jetzt die Frage, ob ich die Störung digital > heraushole, also beide Signal getrennt AD wandle und dann differenziere > oder was ich zur Zeit besser finde, direkt am AD Wandler per OPAmp eine > Diffenenz bilde? Und was soll dir letztere Variante besser machen? Da hast du unter Umständen nur noch zusätzliche Fehler durch analoge Dreckeffekte. Die Werte mit ADC möglichst unter exakt gleichen Bedingungen einlesen und der Rest wird mit Software erledigt und gut isses. > Dann habe ich zwar schon viel gelesen zu diversen Filterschiltungen und > der Wahl der OPAmps bin mir aber noch nicht genau sicher, was ich nehmen > soll. > Das Signal soll mit 8khZ abgetastet werden, dh. der RC Filter muss sehr > steilflankig sein, um die 20kHz PWM herauszuholen. Was willst du den als Ergebniss haben? Es soll soll doch sicher nur ein guter Mittelwert sein, oder? Dann sind evtl. auftrenden Schwebungsfrequenzen noch ein Problem. Da gibt es 2 Wege: 1. Bewußt die Abstastfrequenz so legen, das kein Überlagerungen zu erwarten sind und dann einfach mit Tiefpässen (Hard- und Software) filtern. 2. Die Abtastung mit der Störquefrenz (PWM-Frequenz) synchronisieren. -> Lock-In Prinzip https://de.wikipedia.org/wiki/Lock-in-Verst%C3%A4rker Mit der Abtastung bei 8kHz und der Störfrequenz um 20KHz sind aber Schwebungsfrequenzen erstmal nicht zu erwarten. Da du mit 8kHz eh keine Momentanwerte der PWM ertfassen kannst, sind wohl nur Mittelwerte des Stromes interessant. Da kannst du aber auch eine Tiefpassglättung auf paar Hz bis paar 10 Hz einbauen. Wenn du dann auch das Signal schön in der Software mit einem Tiefpassfilter bedämpfst, bekommst du die 20KHz nur noch gut bedämpft zu sehen. Die Frage steht also, welche Ansprechgeschwindigkeit (T90-Zeit) soll dein Messignal mind. haben? https://de.wikipedia.org/wiki/Anstiegs-_und_Abfallzeit > Ich denke RC > Tiefpass(aktiv) -> Impedanzwandler + Spannungsteiler (3/5) ist da nicht > die richtige Wahl oder? > Wonach muss ich den OP für den Impedanzwandler auswählen. Abgeshen, von > so Standardsachen wie Versogungsspannung etc. > Bandbreite, Gain Bandwidth Product? Da gibt es ja tausende OPs, weiß > nicht so recht wo ich die Grenzen setzten soll. Du schreibst noch zu wenig zu den konkreten Randbedingungen. Welche zeitliche Auflösung ist gefordert? Welche Genauigkeiten sollen erreicht werden (kann eh nicht besser sein, als der Hallsensor). Um da etwas näher ran zukommen und die tatsächlichen Bedingungen zu erfassen, sollte man erstmal nur das Hallsignal über die gewünschte Strecke bringen und dann z.B. mit Oszi die Signalspannungen vermessen. Dabei natürlich darauf achten, dass man sich mit den Oszi-Strippen nicht viel mehr Störungen einfängt, als mit der eigentlichen Messchaltung. Sollte aber bei solchem Aufbau herauskommen, dass dein Störsignal eh nur marginal ist und die Genauigkeit der Messung nicht relevant beinflusst, kannst du Entwarnung geben und einen möglichst einfachen Aufbau ohne überflüssige Analogschaltungen machen. Gruß Öletronika
Halli schrieb: > oder was ich zur Zeit besser finde, direkt am AD Wandler per OPAmp eine > Diffenenz bilde? ich würde die Differenz auch analog bilden (bevorzugt, indem ich einen ADC mit differentiellen Eingängen nutze). Halli schrieb: > Das Signal soll mit 8khZ abgetastet werden, dh. der RC Filter muss sehr > steilflankig sein, um die 20kHz PWM herauszuholen. Welche Grenzfrequenz willst du dem RC-Filter denn geben? Die Abtastrate sagt ja erst mal nur, welche Frequenzen unterdrückt sein müssen (uns zwar alles >= 4kHz, nicht erst die 20kHz der PWM). Wenn dir eine Grenzfrequenz von 200 Hz ausreichen sollte reicht dir ein einfacheres Filter, als wenn du mit der Signalbandbreite möglichst nahe an die die 4kHz kommen willst. Halli schrieb: > Wonach muss ich den OP für den Impedanzwandler auswählen. Abgeshen, von > so Standardsachen wie Versogungsspannung etc. > Bandbreite, Gain Bandwidth Product? Da gibt es ja tausende OPs, weiß > nicht so recht wo ich die Grenzen setzten soll. Tja, die Qual der Wahl. Für einen einfachen Impedanzwandler hinter einem RC-Tiefpass tut es ein einfacher OpAmp, bei deinem Signalbereich (0..5V) musst du nicht mal so extrem auf dessen Genauigkeit achten. Wenn du aber wirklich einen aktiven Filter hoher Güte realisieren willst, steigen die Anforderungen an den OpAmp deutlich.
Die Frage ist auch, ob ein "perfekt" aufbereitetes Signal notwendig ist. Nach meinem Verständnis wird der Motor mitsamt angetriebener Mechanik wie ein Tiefpaß wirken. Bevor man also hier im Nebel stochert, wäre es doch sicher nicht verkeht, die regelungstechnischen Eigenschaften des ganzen Gedöns zu kennen und einigermaßen zu verstehen. Das Ganze kommt mir vor, als würde man ein Pferd von hinten aufzäumen.
In der Regelist es von Interesse, wie die Phase Spannung/Strom ist. (wirk- und Blindstrom) z.B 20ms lang Abtasten und FFT von U und I. Ich nehme dafür den Arduino Due, da es dafür Libs gibt.
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