Schnelle Fotodiode

Nils Gast 02.01.2008 13:06 #740001

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Für die Regelung einer Spindel benötige ich die Winkellage einer 
hochtourigen Spindel mit n=250.000 U/min, mit einer Auflösung von 1°. Da 
ich bis jetzt keinen Hersteller eines so hochtourigen Winkelgebers 
gefunden habe möchte ich mittels Laserstrahl 360 Strichmarkierungen auf 
der Spindel machen und diese mittels Laser auslesen (Reflexionsprinzip). 
Hierbei könnte ich das Signal der Monitordiode auswerten oder eine 
separate schnelle Fotodiode installieren (CD – Player Grundprinzip). 
Aufgrund der sehr hohen Drehzahl entsteht hierbei jedoch eine Frequenz 
von f=1,5 MHz .

Hat jemand so etwas schon einmal gemacht und kennt Hersteller von 
Laserdioden mit schnellen Monitordioden? Welche schnellen Fotodioden 
o.ä. sind sonst zu empfehlen?

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Kupfer Michi Gast 02.01.2008 13:39 #740033

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Eine BP104F IR Fotodiode schaft z.B. 20ns, dazu eine IR LED mit 
Schlitzblende oder Fokusieroptik und schon bist du im Rennen.
Wozu ein Laser?

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Nils Gast 02.01.2008 14:05 #740045

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Da die Strichbreite nur 0,15 mm beträgt, dachte ich Laserdioden sind 
brauchbarer !? Außerdem fand ich die Idee mit der Auswertung der 
Monitordiode gut, da hierdurch das System sehr kompakt wird. Des weitern 
ist die Lagerung der Spindel nicht starr. sondern hat ca. 0,5 mm Spiel 
:-(. Dadurch müßte der Fokus wärend des Betriebs ständig neu eingestellt 
werden. Da Laser einen recht parallelen Strahl besitzen hielt ich sie 
für geeigneter.

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Dieter W. (dds5) 02.01.2008 15:31 #740092

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Die Monitordiode dient üblicherweise (über eine geeignete Elektronik) 
der Leistungsregelung der Laserdiode. Dazu wird die MD mit einem 
Bruchteil der Laserleistung bestrahlt, der auf der Rückseite des Lasers 
austritt.

Ob es gelingt, die von außen reflektierte Strahlung am Laserkristall 
vorbei auf die MD zu lenken ist IMO ungewiss.

Aber davon mal ganz abgesehen, welche Art von Regelung benötigt bei 
dieser Drehzahl noch eine Auflösung von 1 Winkelgrad ?

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Nils Gast 02.01.2008 16:15 #740113

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Es sollen Elektromagneten in Abhängigkeit der Rotorwinkellage bestromt 
werden.  Ziel: Schwingungsdämpfung der Welle

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1234 Gast 02.01.2008 16:45 #740139

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Der Standardansatz ist einen (!) index Impuls pro Umgang zu haben und 
den Rest mit einem PLL zu machen. Geht nicht bis zur Drehzahl Null 
runter, aber fast.

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Nils Gast 03.01.2008 09:42 #740568

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"Der Standardansatz ist einen (!) index Impuls pro Umgang zu haben und
den Rest mit einem PLL zu machen. Geht nicht bis zur Drehzahl Null
runter, aber fast..." -

Danke für den Ansatz - aber er geht leider nicht, da ich auch bei 
Drehzahl Null die genaue Winkellage benötige :-( . Auserdem dauert es 
bei niedrigen Drehzahlen ewig bis der PLL eingeschwungen ist.
Habe mir auch schon überlegt dies mittels Timer und Zähler zu 
realisieren. --> Überlaufgefahr bei n=0

Eine Kombination kleine Striche bei niedrigen Drehzahlen und große bei 
hohen Drehzahlen ist auch nicht sinnvoll - Warum soll ich die doppelt 
machen wenn ich eh eine schnelle Fotodiode zur genauen Syncronisation 
benötige? Auch das Verarbeiten des hohen entstehenden Taktes (Synchron 
der Drehzahl) ist für den µP kein Akt - der verkraftet locker 15 MHz. 
(40 MHz Taktfrequenz)

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1234 Gast 03.01.2008 09:50 #740572

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Wenn's bis Drehzall Null gehen soll, so muss ein Absolutwinkelgeber her, 
kein inkrementeller. Eine Grey scheibe mit N-bit. Dies, da man ja 
irgendwann einschaltet und die Lage nicht kennt.

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Nils Gast 03.01.2008 10:22 #740593

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Das wollte ich eigendlich dadurch lösen, das ich einen Strich zur 
Synchronisation längermache/bzw. weglasse und am Anfang eine 
Syschronisationdrehung starte.

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Falk B. (falk) 03.01.2008 12:22 #740692

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@ Nils (Gast)

>Danke für den Ansatz - aber er geht leider nicht, da ich auch bei
>Drehzahl Null die genaue Winkellage benötige :-( . Auserdem dauert es

Das geht auch bei 360 Strichen/Umdrehung nur begrenzt.

>Eine Kombination kleine Striche bei niedrigen Drehzahlen und große bei
>hohen Drehzahlen ist auch nicht sinnvoll - Warum soll ich die doppelt
>machen wenn ich eh eine schnelle Fotodiode zur genauen Syncronisation
>benötige? Auch das Verarbeiten des hohen entstehenden Taktes (Synchron
>der Drehzahl) ist für den µP kein Akt - der verkraftet locker 15 MHz.
>(40 MHz Taktfrequenz)

;-)
Kleiner Optimist. Nur weil der uC mit 40 MHz läuft, und er Timer dort 
drin 15 MHz zählen kann, hiesst das noch lange nicht, dass er auch das 
ganze in Echtzeit ausreichend schnel berechnen kann.

250.000 U/min = 4166 U/s.

Bei deinen 360 Strichen/U -> 1,5 MHz (wie bereits berechnet)

Wenn dann deine Spulen quasi als kompensierendes Drehfeld bestromt 
werden sollen muss Pi mal Dauem alle 600ns ein neuer Stromwert berechnet 
und ausgegeben werden. Und das mit nem 40 MHz Prozessor? Macht ~26 Takte 
/ Berechnung. Viel Spass.

Ich behaupte mal, dass das nur mit einem FPGA oder ASIC machbar ist.

MFG
Falk

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Dieter W. (dds5) 03.01.2008 12:35 #740710

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> Ziel: Schwingungsdämpfung der Welle

> geht leider nicht, da ich auch bei Drehzahl Null die genaue Winkellage
> benötige.

Wobei man sich natürlich schon fragt, wodurch Schwingungen bei 
Stillstand verursacht werden können.

Mit welcher Beschleunigung ist denn bei der Vorrichtung zu rechnen, wenn 
es nicht ausreicht, bei einem Impuls pro Umdrehung mit dem aus der 
vorhergehenden Messung stammenden Wert zu arbeiten?

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Nils Gast 03.01.2008 13:33 #740762

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Problem ist nicht die Beschleunigung, sondern die Ansteuerung der 
Elektromagnete entsprechend der aktuellen Winkellage. Wird diese falsch 
gewählt, ist auch die resultierende Kraftrichtung falsch. 1-3 Grad 
Fehler sind dabei noch OK.

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