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
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Henrik V. schrieb: > Der OP ist mit 10nA Bias eher schlecht ?? Ich les im Datenblatt an der Stelle maximal 10pA (und typisch 200fA) http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa2376.pdf
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
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Den Piezo nicht gegen GND laufen lassen, sondern gegen Vcc/2 um sicher im Eingangsbereich zu sein.
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