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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltungstechnik: Oberwellen verstärken


Autor: Joline (Gast)
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Hallo allerseits,

ich messe einen Spannungsverlauf, der in etwa so aussieht:

    ^
    |
14V |     ~~~~~~~~~~~~~
    |    |             |
    |    |             |
    |    |             |
 0V +-------------------------->

Das ist eine gleichgerichtete Spannung, die ein Drehstromgenerator
erzeugt. Die Frequenz beträgt max. 1kHz.

Nun möchte ich den Nullpunkt verschieben (geht sicher mit einem
Spannungsteiler) und anschliessend die Oberwellen so verstärken, dass
ein schöner Sinus (oder was immer) erkennbar ist. Den möchte ich dann
mit dem ADC eines AVR aufzeichnen. Mich interessiert vor allem der
Verlauf der Oberwellen und Spitzen.

Was nimmt man da am besten für eine Schaltung, einen NF-Verstärker? Und
wie dimensioniert man den Spannungsteiler und den Verstärker am
sinnvollsten?

Joline

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Ich sehe hier erstmal nur eine Gleichspannung von 14V die irgendwannn
eingeschaltet und irgendwannn wieder ausgeschaltet wird. Oder ist das
eine Periode einer Rechteckschwingung ?
Der gleichgerichteten Spannung eines Drehstromgenerators sind
vermutlich hauptsächlich Schwingungen mit der dreifachen Frequenz
überlagert, besonders, wenn kein Kondensator nach dem Gleichrichter
folgt.
Für eine Analyse der Oberscwingungen reicht eine
Wechselspannungskopplung zum ADC, um den Nullpunkt zu verschieben.
Braucht der vorgesehene ADC noch einen Vorverstärker? Wegen der Spitzen
muß der ADC-Eingang noch irgendwie geschützt werden (Dioden nach + und
GND)

Autor: Joline (Gast)
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Das ist keine Periode einer Rechteckschwingung, sondern einfach nur
"ein" und irgendwann wieder "aus".

Naja, das lässt sich mit ASCII-Zeichen schlecht malen ;)  Eine
Gleichspannung würde so aussehen:

    ^
    |
14V |     -------------
    |    |             |
    |    |             |
    |    |             |
 0V +-------------------------->

"Der gleichgerichteten Spannung eines Drehstromgenerators sind
vermutlich hauptsächlich Schwingungen mit der dreifachen Frequenz
überlagert"

So sehe ich das auch.

"Für eine Analyse der Oberscwingungen reicht eine
Wechselspannungskopplung zum ADC, um den Nullpunkt zu verschieben."

Wie macht man die am einfachsten?

"Braucht der vorgesehene ADC noch einen Vorverstärker?"

Ich möchte den im AVR eingebauten verwenden. Der hat ja einen
Arbeitsbereich von 0..5V. Ich denke, wenn man nun nicht nur den
Nullpunkt verschiebt, sondern die Oberwellen auch noch verstärkt, wird
sicher die Auflösung noch besser.

Joline

Autor: Rahul (Gast)
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Das sollte mit einem Differenzierer gehen...
Man nehme einen Hochpass (RC-Kombination) und dahinter einen OPamp.
Mehr als 15kHz kann man IMHO aber nicht mit dem AVR-internen ADC
messen...

Autor: Rahul (Gast)
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Den Differenzierer wollte ich eigentlich rausnehmen...

Autor: Stefan (Gast)
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Hallo!
"Nullpunkt verschieben" geht einfach mit einem Kondensator in reihe.

Der filtert den Gleichanteil raus und du hast deine Oberwellen die du
nun auf deinen gewünschten wert mit einer einfachen op-Schaltung
verstärken musst.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Ein Koppelkondensator, genügend groß für die kleinste vorkommende
Frequenz ( 1/2*Pi*R*C, R=Eingangswiderstand) und ein Spannungsteiler
von VCC nach GND dahinter, der legt den ADC-Eingang DC-mäßig auf die
halbe Betriebsspannung des AVR, z.B 2* 10 kOhm oder noch etwas
hochohmiger.

Autor: Christoph Söllner (Gast)
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und mal ganz auf blöd: wie wäre es mit einem Osci? Diese
müßten den Bereich doch sehr gut darstellen können?
-> Couplin auf AC
-> Und schön am Knöpfchen drehen, und du hast eine super Verstärkung
   auf deinem  Bildschirm. Zum Aufzeichnen nimmst Du am Besten ein
   DSO, ich kenn nur die von Tektronix, aber damit sollte es gehen.

Autor: Joline (Gast)
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Also ich denke, der Weg über Hochpass - Opamp ist wohl der sinnvollste.
Dann werde ich mich mal ransetzen und einen Plan entwerfen...

Ja, mit einem Oszi kann man das Signal schön darstellen. Aber
eigentlich will ich das Signal ja gar nicht "sehen", sondern ich
möchte die Drehzahl messen. Ich habe mir überlegt, dass ja ein
Drehstromgenerator - auch mit Gleichrichtung - noch Oberwellen in der
Frequenz der Umdrehungen * 3 haben müsste. Und daraus sollte sich eine
Drehzahl ableiten lassen.

Joline

Autor: Christoph Söllner (Gast)
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Achsenmagnet+Hallsensor?

Autor: Joline (Gast)
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Stichwort: LiMa-Drehzahl messen über Zigarettenanzünder...

Autor: Christoph Söllner (Gast)
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Ich gebe zu: Ich steh am Schlauch. Die Oberwellen und Deine Spannung
werden Dir doch mit Sicherheit von der Generator-Last abhängen. Und die
Drehzahl willst Du doch im laufenden Betrieb genauso messen können. Ergo
ist eine Drehzahlmessung mechanisch an der Achse doch am
sinnvollsten?
scnr: Ja ich weiß, dass ich mein Auto mit der Poliermaschine polieren
kann, ich möchte dies aber mit einem Hammer tun???
Oder hab ich was mißverstanden?

Autor: Joline (Gast)
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Ja, eine mechanische Messung ist natürlich am genauesten. Man könnte
alternativ auch die Klemme W an der LiMa abgreifen.

Ich kam eigentlich auf die Idee, als ich dieses Jahr beim TÜV war und
dieser einfach nur ein Gerät über den Zigarettenanzünder angeschlossen
und damit die Drehzahl gemessen hat. Folgendes habe ich dazu im Netz
gefunden:
http://www.avlditest.com/wDownloads/services/partn...

Kann ja eigentlich nicht so schwer sein...

Joline

Autor: Rahul (Gast)
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Seit wann müssen Frauen zum TÜV und haben dann auch noch eingebaute
Zigarettenanzünder?

Autor: Paul Baumann (Gast)
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So etwas habe ich schon mal vor Jahren versucht. Es hat sich gezeigt,
daß der Scheibenwischermotor oder auch der Kühlerlüfter ganz lustige
Signale auf der Betriebsspannung erzeugten, die ich nicht heraus
gefiltert bekam. Somit zeigte der Apparat nur Unsinn an. Ich habe das
mit einem Oszillographen angesehen und war entsetzt.
Ich wünsche Dir mehr Glück.
Nun greife ich mein Signal an einem Hallgeber ab, der sowieso da war.
Der gibt schöne 12V Rechtecksignale ab.

MfG Paul

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Lichtmaschinen-Gejaule auf der Funk-Aussendung ist unter Funkamateuren
altbekannt.

Autor: Joline (Gast)
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@Paul:

Du hast sicher Recht. Die Messung fand ja im Stand ohne Scheibenwischer
usw. statt (wobei ich mir jetzt gar nicht so sicher bin, ob der Lüfter
aus war...).

Naja, war nur so eine Idee...

Autor: Profi (Gast)
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Diese Messung kenne ich auch, da ich das letzte Mal mit meinem Diesel
und defekter LiMa die AU machen lassen wollte. Da war natürlich kein
Ripple auf den 12V.
Interessanterweise hat der Meister die Drehzahl dann (mit einer teuren
Magnetsonde?) an einer Einspritzleitung gemessen.
Mit dem Ergebnis, das er genauso mit dem Drehzahlmesser neben dem Tacho
ablesen hätte können. Aber dem hat er nicht vertraut.

Ob die Ripple-Messung genau ist?? Das Meßgerät müsste ja die Polzahl
des Generators und das exakte Übersetzungsverhältnis Motorwelle - LiMa
kannen. Oder ist das etwa genormt?
Oder hat das Gerät eine Datenbank eingebaut?

Noch zum Thread-Thema: unter dieser Überschrift hatte ich mir ganz was
anderes vorgestellt, denn mit Oberwellen hat das recht wenig zu tun.
Ripple oder Wechselspannungsanteil einer Gleichspannung hätte die Sache
besser beschrieben.
Oder gleich:
Drehzahlmessung an Zig-Anzünder-Buchse

Die Schaltung ist popeleinfach: Koppelkondensator - OpAmp mit leichter
DC-Gegenkopplung und AC-Mitkopplung -> Hysterese, fertig ist das
TTL-Signal.

Autor: Rahul (Gast)
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Sollte es statt "Oberwellen" nicht eher "Ripple" oder
"Restwelligkeit heissen? Nur mal so als Anmerkung...
Oberwellen sind doch all die (hochfrequenten) Frequenzanteile einer
Schwingung, die dafür sorgen, dass die Schwingung nicht mehr nach einem
(Original-)Sinus aussieht.

Autor: Paul Baumann (Gast)
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@Profi
Dann poste doch mal ein Schaltbild Deiner "popeleinfachen"
Schaltung.
Stutzig macht mich nur, daß industrielle Drehzahlmesser nicht auf so
einfache Weise iht Signal beziehen.

Paul

Autor: Profi (Gast)
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Diese Mess-Methode ist eher für den Kundendienst gedacht, da - wie oben
beschrieben - andere Verbraucher (Scheibenwischer, Gebläse) die Messung
stören. In der Werkstatt kann man diese einfach abschalten.

Plan habe ich gerade keinen da.
Ist im Prinzip nur ein AC-Verstärker und ein Schmitt-Trigger:
ein OpAmp, Versorgung 12V
+Eingang
   10K nach 12V
   47K nach Gnd
   1M nach Ausgang (Mitkopplung -> Hysterese)

-Eingang
   10µF nach Gnd
   100K nach Ausgang (Gegenkopplung)

Ausgang
   4,7k an 4,7V Zener nach Gnd  ->TTL

Den OpAmp kann man auch mit 5V betreiben, die Widerstände so
dimensionieren, dass am +Eingang ca. 4V anliegen.

OpAmp muss hohen Eingangswiderstand haben (z.B. LF357 ??).

Ist alles schon seeehr lange her und aus dem Stegreif geschrieben.

Autor: Matth (Gast)
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Damit kann man dann bestenfalls feststellen, welche Oberwellen die
Lichtmaschine erzeugt. Die Frequenz dieser haengt dann noch vom wie
schon oben beschrieben Uebersetzungsverhaeltnis zwischen Motor und
Lichtmaschine ab und ausserdem von der Polzahl derselben. Das kann man
natuerlich eichen, aber ob der Aufwand lohnt? Es sei denn, man will mit
dem Vergleich der ebenfalls gemessenen Motordrehzahl (aus anderem
Sensor) einen Detektor fuer zu hohen Schlupf des Lichtmaschinenriemens
(zu locker) bauen.....


Matth

Autor: slaud (Gast)
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die frage ist natürlich welche frequenzen man ausfiltern will
würde doch mit einem bandpass gehen

Autor: Unbekannter (Gast)
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@Profi:

> Das Meßgerät müsste ja die Polzahl des Generators und das
> exakte Übersetzungsverhältnis Motorwelle - LiMa kannen. Oder
> ist das etwa genormt?
> Oder hat das Gerät eine Datenbank eingebaut?

Ein Bekannter arbeitet beim Tüv. Der hat mir das mal gezeigt, ist aber
schon ewig her. Und wenn ich mich recht erinnere, haben diese Teile
eine Datenbank. Da ist z.B. auch vermerkt, wie hoch die Abgaswerte
maximal sein dürfen (wegen Baujahr etc.).

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Joline

Ein sehr schönes Projekt!

Ich denke, dass Dir die Aufbereitung des Wechselspannungsanteils der
Bord-Spannung noch einiges von Dir abverlangt.

Zumal die Auto-Batterie auch noch "versucht", die Spannung zu
glätten.

Aber ein gut abgestimmter Band-Pass (Hoch- und Tief-Pass-Filter) und
o.g. Trigger incl. Verstärker können das gewünschte Signal erfolgreich
aufbereiten.

Aber: Diese Mess-Methode ist im unteren Drehzahlbereich nicht ganz
zuverlässig, da sich die Lichtmaschine durch ihre "Eigen-Erregung"
selbst versorgt, bei niedrigen Drehzahlen fehlt ihr der Erreger-Strom.

Man erkennt es daran, dass die Bordspannung im unteren Drehzahlbereich
bei hoher Stromlast gern zu wünschen übrig lässt.

Die digitale Weiterverarbeitung des Signals ist ein ganz anderes
Problem, und wird sicherlich nicht das Hauptproblem sein.

Bernhard

PS: Auch die Spannung am Zündtrafo lässt sich gut für solche Zwecke
verwenden ;)

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