Liebe Mikorcontroller-Gemeinde, in einem wissenschaftl. Versuchsaufbau möchten wir Abstandsänderungen im Submillimeterbereich messen. Und das kostengünstig, gerne im Selbstbausatz. Bin auf die Möglichkeit der Ultraschallmessung über diverse Hobbyroboterbastelseiten gestoßen. Anforderungen: Die Versuchsproben ändern im Experiment ihre Höhe. Der geplante Sensor würde sich max. 1 m über den Versuchsproben festinstalliert befinden. Es sollen regelmäßige Höhenänderungen observiert (jede Minute) und digital erfasst werden. Die Auflösung muss aufgrund der geringen Höhenänderung (<0,5mm im gesamten Versuchsablauf von rund 12 Stunden) sehr hoch sein. Würdet Ihr bitte einen preiswerten Sensor für unsere Fragstellung empfehlen können? Oder eine Seite, auf der wir uns informieren können? Vielen Dank!
Maria schrieb: > in einem wissenschaftl. Versuchsaufbau möchten wir Abstandsänderungen im > Submillimeterbereich messen. Und das kostengünstig, gerne im > Selbstbausatz. Sorry aber das widerspricht sich. "Wissenschaftlich" heisst nachprüfbar und mit einer bekannten und zu dokumentierender Fehlertoleranz. Etwas gebasteltes oder schlimmer Bausatz als Messgerät zu verwenden hat nichts mehr mit "wissenschaftlich" zu tun, ausser ihr habt ein Messgerät mit genauen und bekannten Toleranzen, mit dem ihr euer selbstgebasteltes Messgerät regelmäßig kalibriert.
Maria schrieb: > max. 1 m über den Versuchsproben festinstalliert befinden Da hat des System einen Messbereich von 1000mm und eine Auflösung von vielleicht 0,1mm oder weniger. Das ist schon ein sehr ungünstiger Ansatz. Die Wärmeausdehnung der Befestigung ist da schon höher. Macht den Sensor näher an die Probe
Maria schrieb: > wissenschaftl. Versuchsaufbau Maria schrieb: > Hobbyroboterbastelseiten Passt nicht zusammen!
Maria schrieb: > Würdet Ihr bitte einen preiswerten Sensor für unsere Fragstellung > empfehlen können? Ultraschall kannst du völlig vergessen, denn wer wenigstens in Physik in der Schule schon aufgepasst hätte, wüsste, daß die Schallgeschwindigkeit temperaturabhängig ist. Wie wäre es mit einem (elekronisch auslesbaren) Mikrometer das die Oberfläche des Werkstücks berührt ? Eine 1m Stange wird sich bauen lassen, aber auch dabei: Längenänderung durch Temperaturänderung beachten. Dann gäbe es Kapazitätsmessung zu einer Platte 1mm über dem Versuchsobjekt, auch hier an einer 1m Stange. Dann gäbe es Laser-Entfernungsmesser, nicht die billigen von Bosch für Hobbyisten sondern teurere, zu teuer für euch.
Die Schallgeschwindigkeit ist kein fester Wert, sondern abhängig von Temperatur, Luftfeuchte und Gaszusammensetzung (CO2-Gehalt im Labor, ...). Bei 1m Abstand bekommst Du da große Probleme. Ich würde mich mal nach Lasertriangulation umschauen. Kann aber sein, daß das Dein Budget überschreitet. Gruß, Stefan
Maria schrieb: > in einem wissenschaftl. Versuchsaufbau möchten wir Abstandsänderungen im > Submillimeterbereich messen. Welche Auflösung, welche Toleranz? > Und das kostengünstig, gerne im > Selbstbausatz. Welches Budget? > Bin auf die Möglichkeit der Ultraschallmessung über diverse > Hobbyroboterbastelseiten gestoßen. > Anforderungen: > Die Versuchsproben ändern im Experiment ihre Höhe. Der geplante Sensor > würde sich max. 1 m über den Versuchsproben festinstalliert befinden. Es > sollen regelmäßige Höhenänderungen observiert (jede Minute) und digital > erfasst werden. Ultraschall ist vermutlich ungeeignet wg. der Entfernung, der Temperaturänderung auf der Luftstrecke usw. usf. > Die Auflösung muss aufgrund der geringen Höhenänderung (<0,5mm im > gesamten Versuchsablauf von rund 12 Stunden) sehr hoch sein. Wie hoch? > Würdet Ihr bitte einen preiswerten Sensor für unsere Fragstellung > empfehlen können? Oder eine Seite, auf der wir uns informieren können? Was ist denn preiswert? Die Qualität von Antworten ist direkt proportional zur Qualität der Fragen ;-).
laserinterferometer oder lasertriangulation. wenns doch nicht-berührungsfrei sein darf: lichtablenkung an einem gelagerten spiegel.
Für so was nimmt man Laser. Z.B: http://www.waycon.de/fileadmin/waycon/dateien/produkte/lasersensoren/Laser_Sensor_LAS.pdf Kosten so um die 700-2000€ je nach Anforderungen. Keine Ahnung was du als "teuer" definierst...
Nun, der Sensor kann auch 10 cm über der Probe installiert werden. Berührungslos ist unumgänglich, da sonst Beeinflussung der Proben. Gibt es bitte Vorschläge für ein erschwingliches Ultraschallmodul? Oder eine Forenseite, die sich speziell mit dieser Art der Messung beschäftigt? Danke!
Bei Sick oder Baumer findest du Ultraschallsensoren mit hoher Auflösung. Wenn ein kleiner Messabstand von wenigen mm auch möglich ist und eine Metallplatte als Gegenpol installiert werden kann lässt sich auch induktiv gut messen, zB mit den LDC1000 Sensoren von Texas Instruments.
Maria schrieb: > Gibt es bitte Vorschläge für ein erschwingliches Ultraschallmodul? Kannst du denn die Temperatur des gesamten Aufbaues konstant halten? Auch über die ganze Meßdauer? Du hattest 12h angesprochen. Denn sonst hast du bei Ultraschall immer Meßfehler drin. Und dann wieder die Formulierung "erschwinglich". Der eine läßt sich eine Yacht für 10Mio bauen und findet das erschwinglich. Der andere ist froh, wenn er sich ein Ruderboot für 50€ halten kann... Nenn doch einfach mal deine Obergrenze, dann weiß mann, woran man ist.
Maria schrieb: > Nun, der Sensor kann auch 10 cm über der Probe installiert werden. > Berührungslos ist unumgänglich, da sonst Beeinflussung der Proben. > Gibt es bitte Vorschläge für ein erschwingliches Ultraschallmodul? Oder > eine Forenseite, die sich speziell mit dieser Art der Messung > beschäftigt? > Danke! Du wirst hier nicht weiterkommen, und es ist auch für die Leser frustrierend, wenn Du nicht so präzise und detailliert wie möglich - wie ohnehin in der Wissenschaft üblich - die Randbedingungen beschreibst. Ändere auch so wenig wie möglich der Randbedingungen während des Threads. Gib ruhig auch an, wie Du es Dir "wünschst", aber eben mit den absoluten Grenzen zusammen.
Lies dir mal das hier durch: http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an131f.pdf Vieleicht kannst du ja die geniale Temperaturmessung von Jim für deine Zwecke umbauen. Cheers
Maria schrieb: > Nun, der Sensor kann auch 10 cm über der Probe installiert werden. Das klingt schon anders. > Berührungslos ist unumgänglich, da sonst Beeinflussung der Proben. > Gibt es bitte Vorschläge für ein erschwingliches Ultraschallmodul? Oder Die Schallgeschwindigkeit beträgt ~ 1.200km/h = 333m/s Selbst wenn du nur eine Welle sendest (theoretisches Minimum) brauchst du bei 1/10mm Auflösung 3,3 Mhz Frequenz. Luft ist in diesem Frequenzbereich aber ein sehr dichtes Medium. Auf 100mm Luftstrecke kommt da fast nichts mehr an. Lasertriangulation wäre für mich das mittel der Wahl. Sensoren gibt es ab ca. 300€ gebraucht evtl günstiger. > eine Forenseite, die sich speziell mit dieser Art der Messung > beschäftigt? Hier im Forum gibt es z.B eine Suchfunktion;-). >Die Auflösung muss aufgrund der geringen Höhenänderung (<0,5mm im >gesamten Versuchsablauf von rund 12 Stunden) sehr hoch sein. Wenn sich das ganze langsam ändert kannst du mit einem Laserpointer und einem Maßstab eine "poor mans" Triangulation selber basteln.
http://www.sharpsme.com/optoelectronics/sensors/distance-measuring-sensors da gibt es 11 Typen nicht mit Ultraschall, sondern optisch. Digitale Ausgänge sind für den Zweck ungeeignet, vier der 11 haben einen Analogausgang (Spannung abhängig vom Abstand). Ob das aber bis in den Sub-mm Bereich gut geht weiß ich nicht.
Da die Abhängigkeit, von Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchte, bei der Laufzeit von Ultraschall bekannt ist, wird das wohl nichts. Übrigens: So superscharf lässt sich US auf 1 m Entfernung auch nicht bündeln, bzw. es kommt nach einer eventuellen Bündelung fast nichts mehr "raus". Eine etwas höhere Auflösung sollte aber über die Phasenlage möglich sein. Bei einer bekannten Grundentfernung (Reset) könnte die Phasenlage, unabhängig von den unbekannten, vergangenen, vollständigen Schwingungen, referiert werden. Was da aber machbar ist, sollte errechnet werden.
http://www.sharp-world.com/products/device/lineup/selection/opto/haca/diagram.html noch eine andere Seite von Sharp zu denselben Sensoren speziell http://www.sharp-world.com/products/device/lineup/selection/opto/high_density/index.html Auflösung 50µm!
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Hallo, Danke, für die vielen Anregungen. US ist sicher nicht die richtige Wahl. Den Tipp von Christoph Kessler werde ich nachgehen... Klingt vielversprechend. Grüße
Christoph K. schrieb: > [Sharp] > Auflösung 50µm! Im DB steht nichts zur Genauigkeit. Wenn das Verhältnis von Qualität des Sensors zu den Datenblattangaben so ist wie bei den Sharp-IR-Sensoren, die im Meterbereich messen, wurde das zurecht weggelassen. Auch die Kurve im DB ist ein Beispiel und keine Zusicherung von Eigenschaften. Also darf man für jeden Sensor einzeln die Kurve aufnehmen, auch das Temperaturverhalten. Das sind keine Messgeräte, sondern Abstandssensoren für automatische Klospülungen und Kopierer.
Die vorstehend genannten Vorschläge sind entweder aufwändig oder zweifelhaft. Ultraschall ist absolut betrachtet tatsächlich zu ungenau, aber relativ liesse sich da vielleicht was machen. Ich meine damit, dass systematische Messfehler durch eine Differenzmessung eliminiert werden können. z.B. wenn neben Eurer Messfläche ein Ziel bekannter Entfernung gemessen und verglichen wird oder Messungen bei zwei unterschiedlichen Frequenzen. Allerdings: Das ist eine Master-Arbeit für sich und Du hast plötzlich doppelte Arbeit, ohne dass das anerkannt wird.
X4U schrieb: > Die Qualität von Antworten ist direkt proportional zur Qualität der > Fragen ;-). Den Zwinker hätte X4U ruhig weglassen können, denn er hat recht für den Großteil der Fragen hier im Forum. Du hast z.B. die wichtigste Aussage nicht gemacht: Was ist das für ein Objekt, wie groß, welches Material ?
Wie das Budget aussieht, ist immer noch nicht bekannt. Es gibt da von Keyence Sensoren, welche so aussehen, wie induktive Näherungsschalter, nur dass sie je nach Abstand eine Spannung ausgeben, welche proportional zum Abstand ist. Dabei bedarf es jedoch eines Stativs, unter welches die Probe gestellt wird, und über eine Führung eine Stange mit einer definierten Fläche zum Sensor geführt wird. Also Rundmaterial mit einem Aufsatz, welcher mindestens so gross ist, wie der Sensordurchmesser. Das Rundmaterial liegt auf der Probe, und ist durch das Stativ geführt. Quasi eine vertikale Büchse auf dem Stativ und unten die Probe, oben der Sensor, dazwischen das Rundmetall. Es muss nicht Keyence sein, IFM oder Pepperl&Fuchs bieten auch solche Sensoren an. In der Automatisierungstechnik werden die für .001 mm angeboten, darauf sollte man sich aber nicht verlassen, aber 1/10 mm ist recht zuverlässig. Automatisierungstechnik bedeutet fast immer 24 V Betriebsspannung, aber die Sensoren arbeiten von 12...30 V. Da jedoch immer nachhaken oder Datenblatt anschauen. Zum Kalibrieren brauchst du dann aber Endmasse, also Metallklötze mit genau definierten Massen, ss steht bei mir für ß. Da kostet so ein Satz gerne mal ca 500 €, aber eine Referenz mit der Bügelmessschraube nachmessen, und den Wert als Referenz nutzen tut es auch. Die grössere Schwachstelle ist dann eher die Auflösung des ADC, falls es ein Atmel zur Auswertung sein soll, aber für 0.1 mm reicht das aus.
Interessant wäre in der Tat, welche Kraft da zur Verfügung steht, um etwa einen Magneten zu bewegen. Also, mehr Details zum Versuchsaufbau bitte!
Mir fällt gerade ein : Eine Möglichkeit Messfehler zu eliminieren, besteht auch darin 2 Messungen hintereinander mit verschiedenen Abständen zu machen, d.h. die Position des Sensors reproduzierbar zu verändern. Allerdings: ...
Wellenlänge 1 mm entspricht ca. 300 kHz. Phasenvergleich zweier Messungen bei 10 cm Abstand könnte funktionieren.
Michael B. schrieb: > Ultraschall kannst du völlig vergessen, denn wer wenigstens in Physik in > der Schule schon aufgepasst hätte, wüsste, daß die Schallgeschwindigkeit > temperaturabhängig ist. Und dabei merkt man schon am Messwert, dass eine Tür offen ist, bevor man den Luftzug überhaupt spürt. Und vor allem ist Luft über 1m nicht mehr homogen warm. Sondern da gibt es langsame und schnelle Schichten (Temperaturunterschiede). Die gewünschte Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Lanzeitkonstanz ist mit Ultraschall nicht erreichbar...
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