Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Projekt: Vibrations- &Strommessung mittels ESP32/Arduino


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von Hqwer (mr_n)


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Hallo Leute,

bin neu im Forum und hoffe ich mache alles Richtig.
(Bin mir unsicher ob der Post hier in Mikrocontroller und Digitale 
Elektronik richtig ist oder zu  Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 
gehört)

Also ich habe mal eine grundsätzliche Frage und wollte Ideen hohlen was 
Ihr so dazu sagt wie man das lösen könnte, daher bin ich für jede Hilfe 
und jeden Tipp offen!

So ich will mittels Microcontroller (ESP32/Arduino) zwei Messungen 
machen:
1) Vibrationsmessung von bis zu 20kHz und dann FFT
2) Strommessung mittles Luftspule (Rogowski Spule- muss so sein!) 
zwischen 1A-100A (50Hz sinus) und dann FFT

bei 1) habe ich das Problem, dass ich keinen geeigneten Sensor finde.
Die meisten 0815 Vibrationssensoren geben keinen Frequenzbereich an und 
ich denke die sind sicher zu ungenau.
Beschleunigungssensoren wie MPU6050 oder MPU9250 bin ich mir unsicher ob 
das ganze mit der Abstastrate und dem ESP32/Arduino funktionieren kann.
Vor allem will ich dann eine FFT machen also muss ich Nyquist ja auch 
noch mitbedenken.

Jemand dazu eine Meinung/Idee?

zu 2)
Ich hätte da einfach eine Spule mit 100 Windungen gewickelt auf einem 
Aquariumsschlauch.
meine Berechnungen sagen das ich mit dieser Spule bei 1A eine Spannung 
von  ca. 0,00007A cos(2*pi*50*t) und bei 100A eine Spannung von 0,007 
cos(2*pi*50*t) rausbekommen würde.
Nun wäre meine Idee diesen durch einen Intergrator zu schicken, dann 
Verstärken (3,3 oder 5V für ESP32 bzw Arduino) und dann mittels 
Präzisionsgleichrichter gleichzurichten und dann eben mit ESP32 zu 
messen (vlt. einen externen ADC verwenden der besser ist als die von dem 
ESP32/Arduino)

Meint Ihr das würde funktionieren oder habt ihr bessere/andere 
Vorschläge?

Bin für jeden Tipp/Anregung/Antwort dankbar.

Schönen Abend noch!

Lg

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Hqwer schrieb:
> Meint Ihr das würde funktionieren oder habt ihr bessere/andere
> Vorschläge?
Kauf einen fertigen Stromwandlertrafo. Da haben einige Ingenieure einige 
Jahre lang dran entwickelt. Du schaffst es selber nicht schneller oder 
besser.

von Hqwer (mr_n)


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Geht leider nicht, hab die Vorgabe das selbst zu machen.
Deshalb im Post auch die Bemerkung: (Rogowski Spule- muss so sein!), da 
mir bewusst ist das es schon gute Sachen gibt aber für mich nicht in 
Frage kommen.

Aber trotzdem danke!

Lg

von Michael M. (Gast)


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Hallo,

Wenn du Sensoren mit richtiger Schnittstelle nimmst (z.B SPI), kannst du 
die Daten(Messwerte) per DMA/Interrupt einlesen, digital Filtern und im 
speraten Thread die FFT durchführen. Soll heißen der ESP32 ist mit 
Sicherheit schnell genug.

Komm mit deiner Spannungsangabe (0,00007A cos(2*pi*50*t)) irgendwie 
nicht klar.. Willst du Spannungen von 70µV - 7mV auswerten ?

Falls ja wird das die wirkliche schwierigkeit sein. Dein Aufbau so 
Rauscharm zu bekommen, dass du auch noch Sinnvoll das Signal misst und 
nicht nur rauschen hast.

p.s externer ADC wie ADS1115 ist sicher nicht verkehrt mit dem ADC vom 
ESP32 wirst du sicher kein erfolg haben ;)

Gruß

von Peter D. (peda)


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Hqwer schrieb:
> Ich hätte da einfach eine Spule mit 100 Windungen gewickelt auf einem
> Aquariumsschlauch.

Vergiß den Selbstbau. Sensoren kauft man von Experten, die damit 
Erfahrung haben.

https://www.digikey.de/de/products/detail/honeywell-sensing-and-productivity-solutions/CSCA0100A000B15B01/3540857

von mex (Gast)


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Hier hat jemand seit ein paar Tagen das gleiche Problem. Vielleicht 
schmeisst Ihr Euch zusammen.
https://forum.arduino.cc/t/strom-mittels-rogowski-spule-messen/1026266

von MaWin (Gast)


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Hqwer schrieb:
> ich will mittels Microcontroller (ESP32/Arduino) zwei Messungen machen:
>
> Vibrationsmessung von bis zu 20kHz und dann FFT

Vergiss es, beide uC schaffen keine 20kHz FFT.


Ja, eventuell RP2040 oder Portenta X8, auf denen zu Werbezwecken genau 
so Arduino drauf steht wie auf Breadboard-Jabeln oder Relaisboards.

Bestimme auch, welche A/D Wandlerrate und -Auflösung du für deine 
benötigte Genauigkeit brauchst. Vorher sind alle Typennummern nur dummes 
Gewäsch.

von S.P. (Gast)


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MaWin schrieb:
>> ich will mittels Microcontroller (ESP32/Arduino) zwei Messungen machen:
>> ...
> Vergiss es, beide uC schaffen keine 20kHz FFT.
>
> Ja, eventuell RP2040 oder Portenta X8, auf denen zu Werbezwecken genau
> ...

Warum sollte das ein RP2040 schaffen wenn es der ESP32 nicht schafft?

von uwe (Gast)


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Mach lieber eine Spule mit 5000-10000 Windungen...

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Hqwer schrieb:
> Geht leider nicht, hab die Vorgabe das selbst zu machen
Du solltest dir aber klar sein, dass die, die solche Trafos bauen, die 
tatsächlich reproduzierbar und dauerhaft funktionieren ein paar hundert 
Ingenieurmannjahre Vorsprung haben? Nur, um diesbezüglich deinen 
aktuellen Projektfortschritt richtig abzugleichen.

Du kannst davon ein paar Jahre abkürzen, indem du solche Dinger kaufst, 
sie aufmachst und untersuchst, was sie machen und warum und wie sie 
funktionieren.

Und ob du da drin sowas wie einen Aquarienschlauch findest.

So wird das in der realen Hardwareentwicklung gemacht: erst mal die 
funktionierenden Designs anderer analysieren.

mex schrieb:
> Hier hat jemand seit ein paar Tagen das gleiche Problem.
"Wicklungsdurchmesser: 12mm-> A=0,000452389m2"

6 signifikante Stellen beim Wicklungsdurchmesser? Der ist gut.... :-)))

Selbst wenn der Wickelkörper das ultrahärteste Material ist, das es 
gibt, reckt sich der Kupferdraht (von seinen Fertigungstoleranzen und 
der variierenden Lackschichtdicke abgesehen) mehr, als diese Berechnung 
vermuten lässt.

Hqwer schrieb:
> Bin für jeden Tipp/Anregung/Antwort dankbar.
Denke schon von Beginn an die zwangsweise vorhandenen Bauteil- und 
Fertigungstoleranzen deines Eigenbaus. Rechne deine Werte nicht unnötig 
genau. Und bau möglichst bald einen Prototypen auf, den du mit einem 
Oszilloskop vermessen kannst.

MaWin schrieb:
> Vergiss es, beide uC schaffen keine 20kHz FFT.
Halb so wild, derzeit sind wir noch in der Traumphase. Jetzt muss erst 
mal die Aufwachphase kommen...

: Bearbeitet durch Moderator
von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


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Hqwer schrieb:
> 1) Vibrationsmessung von bis zu 20kHz und dann FFT
> bei 1) habe ich das Problem, dass ich keinen geeigneten Sensor finde.

Leider verklärt die Fülle MEMS-Sensoren den Blick auf die echte Breite 
der Schwingungsmessung. Selbstverständlich existieren genug 
Beschleunigungssensoren mit einem Messbereich bis 20 kHz [1]. Dazu 
sollte man jedoch wissen, welche Grenzwerte der Sensor aufweisen soll. 
Was ist der minimale und maximale Frequenzbereich? Wie groß dürfen die 
Grenzbeschleungungen sein, wie groß das zulässige Rauschen? Wenn du mehr 
über deine geplante Anwendung bekannt gibst, ist eine bessere Hilfe 
möglich.
[1] https://www.mmf.de/sensordaten.htm#maximalbeschleunigung

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