Hallo zusammen,
ich möchte für meinen Piezo Sensor (PKGS-00GXP1-R) eine
Verstärkerschaltung entwerfen, die es mir ermöglicht bei ca. 3G
Beschleunigung meinen Spannungsbereich von 0V bis 3,3V zu nutzen.
Hierzu orientiere ich mich am Manual der Murata PKGS Sensoren.
http://www.farnell.com/datasheets/74780.pdf
Schritt 1: charge to voltage transformation, setting HPF
Charge sensitivity: Qg = 0,35pC/G
Capacitance: Cf = 480pF
C1, R1 und den OPV habe ich wie folgt gewählt:
C1 = 330pF
R1 = 15MOhm
OPV: OPA2376AIDGKR
Somit sollte sich eine Grenzfrequenz von ca.32Hz einstellen.
Für Vout komme ich auf invertierte ca.1mV/G.
Nachdem ich diese geringe Spannung nicht mit dem Oszi messen konnte,
habe ich Schritt 2 des Manuals befolgt: Verstärkung durch Rückkopplung.
Schritt 2: Amplify signal
Für R3 habe ich 20kOhm und für R2 1kOhm gewählt. Dies sollte mir eine
Verstärkung um den Faktor 21 generieren.
Zum Testen habe ich eine +-1,65V Spannung an den OPV angelegt. Später
möchte ich ihn nur mit 3,3V und Masse betreiben und das Piezo Signal um
1,65V einstellen.
Als ich beim Testen keine Spannungen am Oszi messen konnte und nach
mehreren Versuchen zu keinem Ergebnis kam, wurde ich nachdenklich und
bin auf die folgenden Punkte gestoßen:
- Kann man die Piezo Sensoren der PKGS Serie einfach so verbauen? Bei
allen "nicht kommerziellen" Projekten sehe ich immer nur die Piezo
Discs?!
- Ist mein verwendeter OPV wirklich geeignet?
- Sind die Ströme und Spannungen zu klein, um auf einem Steckbrett
vernünftig übertragen zu werden?
- Habe ich den Piezo Sensor beim Löten eventuell kaputt gemacht? Kann
dieser schnell Schaden nehmen?
- Muss ich weitere, eventuell offensichtliche, Dinge beachten?
Ich würde mich über Anregungen, Erklärungen und Tipps freuen, die mich
in meinem Projekt weiter bringen und die Fehlersuche beschleunigen.
Gruß
Tim
Wie hast du denn die Beschleunigung/Vibration zum Testen erzeugt?
Bist du sicher, dass du den Sensor in der richtigen Richtung
beschleunigt hast? War die Frequenz der Vibration deutlich über der
Grenzfrequenz von 32Hz, auf die du deine Schaltung dimensioniert hast?
Hallo Achim,
danke für die Antwort.
Achim S. schrieb:> Wie hast du denn die Beschleunigung/Vibration zum Testen erzeugt?
Mit einem ungewuchteten Rotor auf einem ca. 100Hz-300Hz Motor.
Achim S. schrieb:> Bist du sicher, dass du den Sensor in der richtigen Richtung> beschleunigt hast?
Der Sensor war mittlerweile in jeder nur möglichen Lage montiert :D
Tim schrieb:> Mit einem ungewuchteten Rotor auf einem ca. 100Hz-300Hz Motor.
Hast du eine Idee, wie groß die Unwucht ist (damit du die tatsächliche
Beschleunigung ausrechnen kannst)?
Aber schaun wir mal, ob wir vielleicht anderswo ein Problem finden für
den Fall, dass das Testsignal passt.
Der OPV und seine Versorgung sollten nach deiner Beschreibung der
Schaltung eigentlich passen. Was siehst du denn am OPV-Ausgang, wenn du
"kein Signal" siehst? Liegen tatsächlich 0V am OPV Ausgang? Oder klemmt
er in der Nähe einer Versorgungsspannung fest? Siehst du eine Menge
Rauschen, von dem sich das Sensorsignal nicht abhebt? Dann hilft es
vielleicht, ein Triggersignal vom Motor abzuleiten und die Messung auf
die "Unwucht zu triggern".
Die weitere Fehlersuche würde ich wohl auftrennen nach Sensor und
Verstärker.
Um den Sensor alleine zu prüfen würde ich ausnahmsweise mal probieren,
den im Spannungsmode auszuwerten (also getrennt von Verstärkerschaltung,
einfach auf den 10MOhm-Tastkopf des Oszis geben). Für quantitative
Messungen taugt das zwar nichts, aber man sollte zumindest sehen können,
ob der Sensor noch lebt. Kommt dabei ein Signal am Oszi an? Zur Not
setze testweise einen nicht-invertierenden OPV-Spannungsverstärker
dahinter, um die paar mV um 1-2 Größenordnungen anzuheben. In dem Fall
klemm noch ein paar MOhm parallel zum Sensor, damit der n-inv OPV seinen
input bias current bekommt.
Sieht man jetzt das Testsignal auf dem Oszi? Wenn sich immer noch nichts
tut, ist dein Sensor wohl hin.
Zum Test der Verstärkungschaltung würde ich ein Sinussignal über einen
passenden Vorwiderstand im kOhm-Bereich in den Ladungsverstärker
einspeisen und schauen, ob das Signal vom Verstärker passend
aufintegriert wird.
Wenn entweder Sensor oder Verstärker nicht gehen, weißt du, wo du
weitersuchen musst. Wenn beide gehen, war wohl deine Testbeschleunigung
doch noch nicht so groß, wie du erwartet hast.
Zum Testen würde ich mir eine Sensornachbildung bauen:
Die soll etwa 1pC Ladungsverschiebung bei 1kHz erzeugen, und
idealerweise die Impedanz des Sensors haben.
Ladungsquelle: Einen Spannungsgenerator mit 10pF in Reihen, und zu
beidem 470pF parallel. Nach Q=C*U mit 100mV~ speisen ..
Die Kondensatoren (ebenso wie Cf) sollten hochwertig (Sehr gut
isolierend) sein. Mica/Glimmer oder Poly.
Der OP ist mit 10nA Bias eher schlecht, aber da geht weniger (pA, heute
sind fA Bias OPs in solchen Anwendungen üblich ). (Bei 15M Rf 150mV
offset, den ein nachfolgender HP wegbügelt).
1pC ist nicht so viel.. also alles peinlich saubermachen. Pertinax ist
da auch nicht das PCB Material der Wahl. Den Ladungeingang am besten
frei in in die Luft hängen. OP Deadbug auf die Platine kleben oder das
Beinchen hochbiegen, kurzes Drähtchen zur (BNC?)Buchse und Cf/Rf dran.
Flußmittel abwaschen!
Ich würde den Cf (der die 'Verstärkung' bestimmt) eher kleiner machen.
<=100pF und den Rf größer.
Achja, Das Anschlußkabel ist da auch schon kritisch :) Triboelektrische
Effekte .. Wenn der Ladungsverstärker läuft, die Sensornachbildung ohne
Generator dran (oder den Sensor in die Luft hängen), das Kabel um den
Motor wickeln oder vor einen Lautsprecher hängen und wundern :D
Gruß Henrik
Sorry, hast recht, bin im OPA237 datasheet gelandet ....
OP OK :) Würde aber den 376 nehmen(oder den zweiten OP sauber
terminieren) und für die letzte Anpassung einen eigenen OP spendieren.
Steckbrett für die erste Stufe vermeiden, eher etwas (GND) Platine an
eine BNC Buchse , SMD OP deadbug (Ich nehm da gerne einen Tropfen
Sekundenkleber) und dann Luftverdrahtung. Nochmal: Gut sauberwaschen!
Wenn keine Generator da ist, einfach die Soundkarte nehmen. Audacity
misst dann auch die Übertragungsfunktion :)
Gruß Henrik
