Hallo,
ich möchte von einem Sensor gemessene Schwingungen messen.
Der Sensor gibt ein Signal von 0-10 V aus.
Die zu Messende Grenzfrequenz liegt bei 1,5 KHz, also brauche ich ADCs
mit einer Abtastrate von mindestens 3KHz.Mir ist wichtig, dass die
Messschaltung vom Signal galvanisch Getrennt wird.
Soweit ich weiß würde man eine solche galvanische Trennung mit
Trennverstärkern vornehmen. Ich habe auch zwei Trennverstärker
Schaltungen, die Funktionieren würden, allerdings brauchen diese eine
zusätzliche Spannungsversorgung, was ich möglichst vermeiden würde.
Außerdem habe ich gesehen, dass es ADCs gibt welche eine galvanische
Trennung durchführen (isolated ADCs).
1. Können diese ADCs in diesem Fall angewendet werden ?
2. Kennt jemand evaluation Boards welche solche ADCs benutzen ?
3. Wie würde ich ein möglichst sicheres Netzteil
auswählen/implementieren um eine Vorschaltung für die galvanische
Trennung, sowie mein MCU board zu
betreiben ?
Vielen Dank an alle die Bereit sind mir zu helfen.
Ich bin ein absoluter Anfänger, also alle Hinweise, Erklärungen, Hilfen
usw. würden mich weiterbringen :)
> 3. Wie würde ich ein möglichst sicheres Netzteil
Woher sollen wir das wissen wenn du noch nichtmal weisst fuer welche
maximale Spannung du trennen willst?
Olaf
Wenn moeglich in deine Anwending ist es wahrscheinlich einfacher
galvanisch zu trennen zwischen microcontroller und PC. Es gibt zB USB
galvanische trennungen.
Tim schrieb:
>ich möchte von einem Sensor gemessene Schwingungen messen.
Was möchtest du an der Schwingung messen, Amplitude, Frequenz?
Bei Frequenzmessung nimm einfach einen Optokoppler zur Isolierung.
Tim schrieb:> allerdings brauchen diese eine> zusätzliche Spannungsversorgung, was ich möglichst vermeiden würde
Kann man nicht vermeiden - sowohl die meisten Sensoren als auch die
Auswerteelektronik vor der galvanischen Trennung brauchen Energie. Es
ist nur die Frage ob die externe Stromversorgung etwa in den
Trennverstärker schon eingebaut ist oder ob man sie zusätzlich
implementieren muss.
Tim schrieb:> Außerdem habe ich gesehen, dass es ADCs gibt welche eine galvanische> Trennung durchführen
Das ändert daran garnichts.
Georg
Ich möchte das gesamte Signal im zeitbereich messen.
Auf dem Controller sollen dann Berechnungen mit dem Signal gemacht
werden.
Das mit dem Optpkoppler hab ich auch schon gelesen. Ich habe dazu auch
die Schaltung im Anhang gesehen und habe mich gefragt ob man die OPVs
unbedingt braucht.
Tim schrieb:> und habe mich gefragt ob man die OPVs> unbedingt braucht.
Nimm einen fertigen Trennverstärker - mit so einer komplizierten
Schaltung bist du total überfordert.
Georg
Analoge Signale galvanisch zu trennen ist schwierig und teuer.
Digitale Signale galvanisch zu trennen ist einfach.
Also:
Nimm einen SPI-ADC. z.B. den hier
https://www.microchip.com/wwwproducts/en/MCP3208
Gibts mit 1,2,4,8 Eingängen und hat 12 Bit Auflösung und 100kHz
Abtastrate bei entsprechend schnellem SPI. Sollte also für viele
Aufgaben reichen.
Galvanisch trennen tust Du den SPI-Port. z.B. damit:
https://www.analog.com/en/products/adum2401.html
Es gibt von TI, SiLabs usw andere Bausteine mit gleicher Funktionalität.
Die ADC-Seite muss irgendwie mit Strom versorgt werden. Üblichere
Herangehensweise wäre ein isolierter DC-DC-Wandler. So etwas wie das
hier:
https://www.xppower.com/Product/IML02-Series
Bei allen Komponenten gibts verschiedene Hersteller, das hier ist nur
ein Beispiel.
fchk
Der wohl billigste 8 Kanal ADC ist ein PIC 16F684.
Dazu ein ein 5V/5V DC/DC und ein Optokoppler.
Die 1,5 kHz auf allen acht Kanälen schafft er auch locker.
Tim schrieb:> ich möchte von einem Sensor gemessene Schwingungen messen.> Der Sensor gibt ein Signal von 0-10 V aus.> ...> Ich habe auch zwei Trennverstärker Schaltungen, die Funktionieren> würden, allerdings brauchen diese eine zusätzliche Spannungsversorgung,> was ich möglichst vermeiden würde.
Hast du dich schon mal gefragt, woher dein Sensor seine Spannung
bekommt, damit er 0-10V ausgeben kann?
Wenn die gelvanische Trennung von deinem Messsignal sinnvoll sein soll,
muss deine Sensorversorgung sowieso schon über eine getrennte
Stromversorgung verfügen.
Frank K. schrieb:> Die ADC-Seite muss irgendwie mit Strom versorgt werden. Üblichere> Herangehensweise wäre ein isolierter DC-DC-Wandler. So etwas wie das> hier:
Nicht unbedingt, ein bisschen ADC versorgen können adums auch, ADUM64xx
glaube ich.
Tim schrieb:> Das mit dem Optpkoppler hab ich auch schon gelesen. Ich habe dazu auch> die Schaltung im Anhang gesehen und habe mich gefragt ob man die OPVs> unbedingt braucht.
Je nach dem was Du trennen willst. Wenn es nur um
Gleichspannungspotential geht, das macht man auch mit einem Kondensator.
Erzähl doch einfach mal die ganze Geschichte.
Tim schrieb:> Soweit ich weiß würde man eine solche galvanische Trennung mit> Trennverstärkern vornehmen. Ich habe auch zwei Trennverstärker> Schaltungen, die Funktionieren würden, allerdings brauchen diese eine> zusätzliche Spannungsversorgung, was ich möglichst vermeiden würde.
Ja, willst Du trennen oder nicht? Klar bei einer 100% Trennung braucht
man auch zwei unabhängige Spannungsquellen. Oder geht es wirklich nur um
die Trennung von Gleichspannungspotential?
mfg Klaus
Tim schrieb:> Ich bin ein absoluter Anfänger, also alle Hinweise, Erklärungen, Hilfen> usw. würden mich weiterbringen :)
Ich wundere mich immer wieder, wie diese absoluten Anfänger an solche
(anspruchsvollen) Aufgaben geraten können! In diesem Fall interessiert
mich zuerst mal, warum das Sensorsignal galvanisch getrennt verarbeitet
werden muß. Ist der TO ein Bastler, der sich eine Aufgabe gestellt hat
oder wurde der TO von seinem Chef an einen Prüfstand gesetzt mit der
Anweisung, das Signal galvanisch zu trennen?!
Gruß Rainer
Sem52 schrieb:> Frank K. schrieb:>> Die ADC-Seite muss irgendwie mit Strom versorgt werden. Üblichere>> Herangehensweise wäre ein isolierter DC-DC-Wandler. So etwas wie das>> hier:>> Nicht unbedingt, ein bisschen ADC versorgen können adums auch, ADUM64xx> glaube ich.
Ja, von TI und Analog gibt es auch solche Bausteine. Die sind nur sehr
teuer, und sofern der Platz vorhanden ist, ist es meist billiger und
einfacher in der Beschaffung, einen externen DC-DC-Wandler zu nehmen.
> Ich wundere mich immer wieder, wie diese absoluten Anfänger an solche> (anspruchsvollen) Aufgaben geraten können!
Ein haeufiges Szenario: Ein, vermutlich neuer Mitarbeiter, einer
Firma wird als Consultant/Leihing./... an eine zweite Firma
verkauft. Im Prinzip sind die Kompetenzen in der ersten Firma
schon vorhanden, aber der Mitarbeiter ist ja neu.
Der "neue" strampelt dann ein paar Wochen, bis er vom
Projektverantwortlichen der zweiten Firma fremdgecanceled wird,
weil der Projektfortschritt ausbleibt.
Und dann landet das Projekt wieder in der Queue...
(Und wartet auf den Naechsten.)
... schrieb:> (Und wartet auf den Naechsten.)
Katze ---> Schwanz? Na, wundern würde es mich nicht.
Auf dem Arbeitsmarkt erlebt man ja durchaus öfter
mal Unfaßbarkeiten.
Wurden diese Schwingungen bzgl. Form charakterisiert?
Finde ich nirgends. Hätte doch aber großen Einfluß?
brgr schrieb:> Auf dem Arbeitsmarkt erlebt man ja durchaus öfter> mal Unfaßbarkeiten.
Jau, erinnert mich an den Hochschulabgänger, der sich bei uns auf eine
Hardwarentwicklerstelle beworben hatte und in seiner umfangreichen
Beschreibung seiner Kenntnisse u.A. auch "Betriebssysteme" vermerkt
hatte. Beim "Schnuppergespräch" - es hatten sich nicht wirklich viele
beworben, sodass erst mal jeder eingeladen wurde - stellte sich beim
Stichwort Betriebssysteme heraus, dass der Gute auf einem PIC "Hello
world" über eine ser. Schittstelle ausgeben konnte. Die Frage nach z.B.
Windows beantwortete er mit der klaren Ansage, Window wäre Microsoft und
kein Betriebssystem! Wenn ich nicht dabei gewesen wäre, ich würd's nicht
glauben :-)
Gruß Rainer
Also okay ich versuche nochmal alles etwas genauer zu erklären.
Ich habe einen Reaktor, welcher Schwingt. Diese Schwingung wird mit
hilfe von Drucksensoren im Zeitbereich gemessen. Diese Sensoren geben
ein Signal von 0-10 V mit maximal 5KHz aus.
Das Signal im zeitbereich soll gemessen werden und digitalisiert werden
(ADC). Mit dem MCU soll dann eine FFT durchgeführt werden um eine
Frequenzanalyse durchzuführen. Anschließend sollen die Ergebnisse an
eine SPS weitergegeben werden.
Dazu wurde bereits von jemand anderen eine Vorarbeit gemacht. Der MCU
wurde bereits programmiert. Ich dachte erst, dass das Pragrammieren
meine aufgabe sein soll (ich komme eher aus dem Informatik bereich),
allerdings liegt meine Aufgabe jetzt eher im Bereich Elektronik und wie
ihr bereits merkt, habe ich kaum Wissen darüber.
In der Vorarbeit wurden 2 Trennverstärker Schalltungen entworfen, die
das Signal der Drucksensoren galvanisch trennen und auf die
Eingangsspannung der ADCs bringen. Ich weiß nicht ob man das Signal
galvanisch trennen muss, aber von dem was ich über galvanische Trennung
gelesen habe erscheint es mir Sinnvoll.
Eine der Schaltungen ist die Optokopplerschaltung, welche ich oben schon
gezeigt habe.
Die zweite Schaltung benutzt einen ISO124 Trennverstärker und 2 IV0515S
DC-DC Converter um den Trennverstärker zu versorgen.
Im ende soll ich ein gesamtsystem eintwerfen, welches die oben genannte
Aufgabenstellung erfüllt.
Also so wie ich das sehe habe ich mehrere Optionen, wenn ich das Signal
trennen will:
1. Nutzung des MCU + Trennverstärkerschaltung
2. Nutzung des MCU + isolierte ADC
1. Hat den Vorteil, dass im Prinzip alles getan ist, ich es nur nochmal
alles aufbauen und testen muss.
2. Hat den Vorteil, dass ich keine Trennverstärkerschaltung mehr
brauche, aber hat dafür den Nachteil, dass ich diese erst über SPI oder
I²C ansteuern muss. Und dann stell ich mich fragen wie:
-wie kann ich berechnen ob die Ansteuerung über SPI oder I²C schnell
genug ist
Mir ist klar, dass das ganze Projekt nicht ganz gut durchdacht ist :D
Mit freundlichen Grüßen
Tim
> Ich weiß nicht ob man das Signal galvanisch trennen muss
Frag den Betreiber der Anlage. Wenn seine uebliche Messtechnik
nicht galvanisch getrennt ist, musst du da nicht der Erste sein.
Die 0 - 10 V kann jeder Controller mit einem Teilernetzwerk
mit seinen eigenen ADC wandeln.
> -wie kann ich berechnen ob die Ansteuerung über SPI oder I²C schnell> genug ist
Simple Arithmetik: Anzahl der Bits die uebertragen werden,
Zeit per Bit und Taktfrequenz.
... schrieb:> Frag den Betreiber der Anlage. Wenn seine uebliche Messtechnik> nicht galvanisch getrennt ist, musst du da nicht der Erste sein.
Ja, dass sollte ich machen.
... schrieb:> Simple Arithmetik: Anzahl der Bits die uebertragen werden,> Zeit per Bit und Taktfrequenz.
Danke, nach so etwas in der Art habe ich gesucht.
Mit freundlichen Grüßen
Tim
Prima und danke für die ausführliche Beschreibung. Da hast du also quasi
alle Komponenten fertig und mußt die jetzt zusammenbringen. Dann rate
ich dir, dass jetzt zügig einfach mal zu machen. So kannst du an Hand
der Messergebnisse feststellen, ob das gewünschte Ergebnis erreicht
wird. Dann kannst du entscheiden, ob z.B. irgendwo etwas galvanisch
getrennt sein muß, weil die Signale "schlecht" sind. Aber wenn du eh
eine FFT über die Messung laufen hast, dann sollte dein Nutzsignal klar
zu erkennen sein und auch unerwünschte Störungen. Da kann man dann meist
recht bequem Signalaufbereitung "rechnen".
Viel Spass...
Gruß Rainer
Tim schrieb:> 2. Hat den Vorteil, dass ich keine Trennverstärkerschaltung mehr> brauche, aber hat dafür den Nachteil, dass ich diese erst über SPI oder> I²C ansteuern muss. Und dann stell ich mich fragen wie:> -wie kann ich berechnen ob die Ansteuerung über SPI oder I²C schnell> genug ist
Da schaust Du in den Link zum ADC, den ich Dir gegeben habe, und liest
"100 ksps sample" (rate), also 100000 Abtastwerte pro Sekunde. Das
vergleichst Du mit Deinen Anforderungen aus deinem ersten Posting, und
damit bist Du fertig.
Das Lesen kann ich Dir nicht abnehmen.
fchk
Tim schrieb:> Diese Sensoren geben ein Signal von 0-10 V mit maximal 5KHz aus.
Ist das die Grenzfrequenz des Sensors (-3dB Punkt der
Übertragungsfunktion) oder die höchste im Signal gerade noch enthaltene
Frequenz?
