ich hätte da eine Frage wie man am Besten die Seitenfelder eines axial magnetisierten 3x2mm zylindrischen Magneten für eine Halleffekt Anwendung einengen könnte, um Reaktion benachbarter Sensoren zu verhindern. Abschirmen lassen sich Magnetfelder nicht; man kann sie nur manipulieren und lenken.
Ich habe eine Hobby Anwendung, wo vier Halleffekt Sensoren des Typs AH3572 mit einem Ansprechbereich von ca. 8-30G in einer Reihe im Abstand von rund 12mm angebracht sind. Abfallbereich ist 2-25G
Die Magnete haben 3x2mm Abmessungen und sind zylindrisch. Die Pole sind an den Flachseiten. B=12kG.
Im Abstand von 10mm und direkt darueber ist die zu erwartende Feldstärke rund 40G+. Im seitlichen Abstand bei 10mm sinkt B auf den Ausschaltschwellwert von unter 25G. Das ist aber so ziemlich in der Mitte der beiden nächstliegenden Sensoren. Opto-Sensoren möchte ich wegen der begrenzten Lebensdauer nicht einsetzen, da das Gerät jahrzehntelang eingeschaltet bleibt.
Ich möchte nun sicherstellen, daß jeder Sensor seinen horizontalen Arbeitsbereich nicht überschreitet und deshalb wie bei einer Relaisspule oder Lautsprecher das gegenpolige Feld in der Vertikalrichtung, dem Sensor zu, durch magnetische Rückführung der Felder klein zuhalten.
1
*************
2
************* <---- geplante Eisenkappe
3
*** | d | ***
4
*** |_m_| *** m= 3x2mm N35 Magnet, h=2mm, d=3mm
5
*** / \ *** ^ \
6
** / \ ** | }----Kappenrand
7
* / (B) \ * | /
8
/ \ 10mm
9
/ ||||| \ | |||||
10
/ _____ \ v _____ <---- Chip Oberflaeche
11
/ / \ \ / \
12
/ |<---- 13mm ---->|
13
AH3572 AH3572
Ich dachte jetzt daran, auf der Drehbank eine kleine passende Eisenkappe anzufertigen, wo der Magnet dann auf der Rückwand innen klebt und über die Höhe des Magneten hinaus steht, um die Magnetfelder seitlich abzuschwächen. dann werden die seitlichen Felder in die Seitenränder der Kappe zurück geführt, anstatt seitlich durch die Luft auf den anderen Pol zurück verbinden. Sinngemäß, wie man es auch bei Lautsprechern macht um im Spulenspalt maximale Feldstärken zu bekommen. Diese Kappe hätte auch den Zweck die Toleranzen der jeweiligen Sensoren durch Feld Kontrolle zu negieren.
Würde das so funktionieren, oder geht das nur durch Experiment zu ermitteln? Ich habe auf dem Gebiet noch wenig Erfahrung. Ich möchte mit meiner Frage nur sicherstellen, nicht abwegig mit dem Gedankengang zu sein. Für konstruktiv verbessernde Vorschlage bin ich dankbar.
Bin ich auf dem Holzweg oder besteht Hoffnung auf Erfolg? -)
Ich dachte jetzt daran, auf der Drehbank eine kleine passende Eisenkappe
anzufertigen, wo der Magnet dann auf der Rückwand innen klebt und über
die Höhe des Magneten hinaus steht, um die Magnetfelder seitlich
abzuschwächen.
Ja, daß nennt sich Topfmagnet, die kannst du auch fertig kaufen.
Ich dachte jetzt daran, auf der Drehbank eine kleine passende Eisenkappe
anzufertigen, wo der Magnet dann auf der Rückwand innen klebt und über
die Höhe des Magneten hinaus steht, um die Magnetfelder seitlich
abzuschwächen.
Ja, daß nennt sich Topfmagnet, die kannst du auch fertig kaufen.
Die Feldlinien nehmen immer den, Weg des geringsten
magnetischen Widerstand. Du hast immer einen magnetischen
Kreis.
Hallo Günter,
vielen Dank für Deinen Hinweis. Die Art der Konstruktion scheint also prinzipiell für meine Anwendung zu passen, wenn auch die dargestellten Typen leider zu groß im DM. für mich sind. 6mm DM. möchte ich für den Topf nicht übersteigen. Ich werde mir für meine kleinen Magnete einen passenden Eisentopf drehen und mit den Sensoren experimentieren. Es sollte auch moeglich sein mit Eisenspänen den Magnetfluß in traditioneller Weise sichtbar zu machen. Wie gesagt, für mich ist es wichtig, nur den gewuenschten Sensor ansprechen zu lassen. Zum Glück fällt die Feldstärke mit der Distanz massiv ab.
Es gibt so Folien, die die Feldlinien sichtbar machen. Als
Alternative
zu Spänen in der Elektronikecke. Sowas will doch keiner!
Danke für Deinen Hinweis. Die Existenz solcher nützlichen Mittel war mir bis jetzt vollkommen unbekannt. Bin noch nie darüber gestolpert. Eine kurze Recherche ergab, daß solche Folien bei uns im Handel für wenig Geld leicht zu finden sind. Wahrscheinlich werde ich mir demnächst so eine Folie bestellen.
Ein Sicherheitselement ... benoetigt etwas mehr drueber nachdenken.
Was geschieht
wenn der Magnet abfaellt
wenn der Magnet mit etwas magnetischem, zB einer Schraube, oder Mutter irgendwoher ahem kontaminiert wird, heisst andere, allenfalls schwaechere Feldlinien hat
wenn der Sensor mit etwas magnetischem, zB einer Schraube, oder Mutter irgendwoher ahem kontaminiert wird, heisst andere, allenfalls schwaechere Feldlinien hat
Ein Sicherheitselement ... benoetigt etwas mehr drueber
nachdenken.
Was geschieht
wenn der Magnet abfaellt
wenn der Magnet mit etwas magnetischem, zB einer Schraube, oder Mutter
irgendwoher ahem kontaminiert wird, heisst andere, allenfalls
schwaechere Feldlinien hat
wenn der Sensor mit etwas magnetischem, zB einer Schraube, oder Mutter
irgendwoher ahem kontaminiert wird, heisst andere, allenfalls
schwaechere Feldlinien hat
Darüber habe ich volle Kontrolle, weil ich den Aufbau vollständig selber realisieren und optimieren kann.
Daß man starke Magnetfelder durch äussere Maßnahmen umlenken und beeinflussen kann, beweisen Konstruktionen wie Lautsprecher, Relais Armaturen und ganz eindrucksvoll die Linearen Aktuatoren moderner Festplatten. Aussen herum sind deren starke Magnetfelder nicht auffällig.
Ich bin schon der Ansicht, daß ich die Feldlinien so wie vorgehabt umlenken kann, in der Art wie es bei den Topfmagneten geschieht. Ich werde mich halt damit befassen müssen und optimieren bis die Magnetfelder das gewünschte Verhalten haben. Zweck der Übung ist nur, daß benachbarte Sensoren nicht gleichzeitig ansprechen.
Was ist denn dein eigentliches Problem?
Es gibt ja durchaus Hall-Sensoren, die mehr können, als simple
(einkanalige) Hall-Schalter.
p.s.
80er-Jahre ASCII-Art und Prosa-Feldverläufe sind leider nicht so mein
Ding.
Moin,
Danke für den Tip mit FEMM.
Ich wollte eigentlich noch nicht viel über die eigentliche Anwendung zu schreiben, weil es recht experimentaler Natur ist. Aber wenn es interessiert...
Ich arbeite schon einige Zeit am konzeptionellen Design einer neuen frei schwingenden 0.8s Pendeluhr. Der Pendelantrieb ist elektromagnetisch und ist dem der bewährten elektronischen TN Pendelhauptuhr ähnlich. Der Pendelausschlag wird optoelektronisch überwacht und nach dem M. Hipp Prinzip ausgewertet. Ein separater Carbonfiber Arm, vom Pendel mitbewegt, unterbricht den Lichtstrahl von vier Opto-Interruptern. Die Optos sind von links nach rechts so angeordnet, daß der erste den Pendelausschlag überwacht. Die nächsten 3 Sensoren sind symmetrisch von BDC im Abstand von rund 12.7mm Abstand angeordnet und haben diverse Aufgaben, über die ich später berichten könnte.
Das Problem mit LEDs ist, daß sie nur eine begrenzte Lebensdauer im Dauerbetrieb haben. Sharp gibt eine 50% Reduzierung der LED Intensität in fünf Jahren an. Das ist natürlich nicht gerade sehr günstig. Als Problemlösung will ich mit Halleffektsensoren vom Typ AH3572(?) die LEDs dynamisch jeweilig für kurze Zeit einschalten, um die Lebensdauer der LEDs erhöhen zu können. Das hat auch den Vorteil, daß jeweilig nur ein LED eingeschaltet sein muß. Diese Vorgehensweise erhöht voraussichtlich die LED Lebensdauer also um das Zehnfache. Es war mir wichtig, die Komplexität der Halleffekt Sensoren Technik einfach zu halten und analoge Output Sensoren zu vermeiden. Die Auswertungselektronik habe ich schon entwickelt und funktioniert zumindest auf dem Papier:-)
Also darum geht es. Ich wollte Euch eigentlich das Projekt erst sehr viel später vorstellen. Aber andrerseits möchte ich auch die verpönte Salami Methodologie vermeiden:-)
Wie gesagt, es ist also kritisch, daß das Magnetfeld des schwingenden Arms nur jeweilig einen Sensor ansprechen läßt. Die in Frage kommenden Scheiben Magnete haben 3mm DM und 2mm Dicke mit 12kG Stärke an der Oberfläche.
Es ist mir wichtig, hier allgemein ein Design zu haben, daß so robust wie möglich ist und wollte diffizile und unnötig komplexe High-Tech Lösungen eher vermeiden.
Der Pendelausschlag wird kontaktlos elektronisch nach dem bewährten Hipp Verfahren ausgewertet und bewirkt eine Zweipunkt Ausschlagregelung im Toleranzbereich von rund 2mm. Da die prinzipbedingten Ausschlag Variationen systematisch um einen Mittelwert herumpendeln, ist die Langzeitschwingungskonstanz davon nicht abhängig. Das Pendel wird voraussichtlich in 30-60s Intervallen angetrieben.
Der erste Sensor zur Ausschlagsteuerung ist auf einem Mikro linearen Aktuator angeordnet und ermöglicht den Pendelausschlag innerhalb gewisser Grenzen gezielt einstellen zu können. Das ist notwendig um Temperatureffekte und den barometrischen Einfluß kompensieren zu können und ohne Gewichte in der Mittel der Pendelstange auskommen zu können. Durch präzise dynamische Steuerung des Pendelausschlages kann man also die Periodendauer des Pendels fein einstellen. Die einfache Schwingungsgleichung gilt bekanntlich nur für geringe Pendelausschläge. Bei größeren Pendelausschlägen verlangsamt sich die Pendelperiode in bekannter Weise durch höher geordnete Reihen Terms, die mathematisch genau erfasst sind. Obwohl die Pendelstange zwar aus temperaturstabilen Invar besteht, sind kleine Temperatureffekte in der Praxis trotzdem unvermeidbar und die ich dann so kompensieren möchte.
John Harrison erkannte das übrigens schon zu seiner Zeit, daß die barometrische Empfindlichkeit des Pendels durch Luftauftrieb automatisch durch gezielte Ausschlagerhöhung kompensiert werden kann. Das konnte vor ein paar Jahren durch Nachbau der Burgess B Uhr belegt werden. Bei mir wird ein uC dafür verantwortlich sein die verbleibenden Temperatur-und Luftauftriebseffekte nach Möglichkeit ausreichend kompensieren zu können. Der uC ist auch für Datenerfassung aller Betriebswerte verantwortlich. Die fortwährende Überwachung der Uhr geschieht dann voraussichtlich über eine BT oder WIFI Verbindung und LV SW.
Das Problem mit LEDs ist, daß sie nur eine begrenzte Lebensdauer im
Dauerbetrieb haben.
Das gilt bei Überbelastung und schlechter Kühlung.
Das häufige Ein-/Ausschalten führt zu dauernden Temperaturschwankungen.
Das macht LED auch schneller kaputt.
Hallo Dieter,
Das beinruhigt mich natürlich auch. Andrerseits gilt für die Zentral Sensoren, daß die Pendelgeschwindigkeit in dem Bereich 175cm/s beträgt. Wenn man mal annimmt, daß das LED über 10-15mm eingeschaltet bleibt, ist die LED nur rund 10ms jeweils an. Bei 10mA LED Bestromung ist die Verlustleistung 1.2V x 0.01 = 12mW. Bei einem Tastverhältnis von 1:100 liegt die Mittelwertverlustleistung also unter 25uW. Inwieweit, daß das zu ungesunden Die-Stress führt kann ich natürlich nicht wirklich beurteilen. Time will tell.
Der linke, erste Endsensor, wird allerdings länger an sein, weil dort die Pendelgeschwindigkeit im nahen Null Bereich liegt und der Sensor dort dann wesentlich länger eingeschaltet bleibt, bis dieser wieder abgeschaltet wird. Gerade dort ist allerdings genaue Erfassung kritisch.
Kontaktloses, genaues Erfassen der Pendelposition auf extrem lange Lebenszeit ist also nicht gerade trivial. Und exotische High-Tech will ich eigentlich auch vermeiden. Ich werde also das Risiko eingehen müssen. Vielleicht hilft es im Interesse der LED Lebenszeitverlängerung auch, den LED Strom relativ langsam hochzufahren, so daß der Halbleiter LED Kristall thermisch Zeit hat, die anfallende Wärme an die Umgebung abzugeben. Das sollte thermische Schocks minimal halten. Eine andere Möglichkeit wäre Zweistufen Beschaltung, so daß die LED einen geringeren Dauerstrom bekommt, um das Delta kleinzuhalten. Inwieweit geringer LED Strom die LED verschleißt, kann ich aber nicht wirklich beurteilen.
Studium der LED Literatur von Herstellern wie z.B. Avago zeigte auf, daß man 20-30 Jahre bei (guten) Opto-Couplern auf 80% Bestrahlungsstärke erzielen kann. Leider scheint es keine 10mm Interrupter zu geben, die eine so lange Lebensdauer offiziell aufweisen. Natürlich könnte ich mir diese Opto-Interrupter diskret selber bauen, wenn es mir gelingen würde, bezahlbare diskrete IR-LEDs mit langer Lebenszeit zu finden. Beim Endsensor wäre das sogar ohnehin anzuraten. Vielleicht suche ich noch sicherheitshalber weiter. Leider wird die Emmisions-Degradation bei LEDS nur selten im Datenblatt dokumentiert.
Edmonton scheint tief eingeschneit zu sein, wenn du dich mit solchen Ideen beschäftigst😜
Es gibt übrigens mittlerweile Cs-Atomuhren im DIL-Backstein Format. Wir lange die durchhalten, habe ich jetzt nicht nachgesehen. Teurer als deine Spezialmetallkonstruktion werden die auch nicht.
Edmonton scheint tief eingeschneit zu sein, wenn du dich mit
solchen
Ideen beschäftigst😜
Im Gegenteil, wir habe noch schönstes Herbstwetter. Gestern war es über 12 Grad warm und es ist noch genug Zeit da, Draussen zu genießen.
Es gibt übrigens mittlerweile Cs-Atomuhren im DIL-Backstein Format. Wir
lange die durchhalten, habe ich jetzt nicht nachgesehen. Teurer als
deine Spezialmetallkonstruktion werden die auch nicht.
Das wäre schummeln:-)
Allerdings wäre so ein Cs-Modul ein nettes Spielzeug.
Mir geht es aber eher, um den "Spaß an der Freude" oder der "Weg ist das Ziel" zu erleben. Ich wollte mich schon lange mit der Physik des Pendels befassen. Auch interessiert es mich, ob ich John Harrisons barometrische Kompensation des Luftauftriebs ähnlich beherrschen kann. Ich finde es faszinierend mich damit zu befassen. Finde ich viel netter, als meine Zeit mit verblödenden TV Programmen zu verschwenden oder unzählige YT Videos zu konsumieren.
bezahlbare diskrete IR-LEDs mit langer Lebenszeit zu finden.
LED 5mm infrarot 850nm 120mW WEEIR01-CS ultrahell, 0,47 €/Stück
Einfach unter Nennstrom betreiben.
Danke für Deinen Vorschlag. Das ist eigentlich ein guter Gedanke. Man sollte meinen, daß mit geringerem Strom, die LED wesentlich länger durchhalten könnten. Vielleicht finden sich auch detaillierte Datenblatt Informationen bezüglich Lebensdauer.
Wenn diese LEDs so lichtstark sind, könnte man sie in einer optischen Regelschaltung betreiben, um konstante Emmision für lange Zeit zu gewährleisten. Da hätte man dann genug "Headroom". Z.B. wenn 5-15% Leistung für normalen Lichtschrankenbetrieb ausreichen würden, könnte man theoretisch die brauchbare Lebenszeit um den Faktor 3-8 oder mehr erhöhen. Das wären bei 50000 Stunden für 50% Reduzierung bei normalen Betrieb immerhin eine Verbesserung auf vielleicht 25-40 Jahre.
Mal sehen, wie man vergleichbare LEDs hier bekommt...
..oder ein IR-Remote Empfänger und moduliertes Licht. Verschlechtert sich halt die zeitliche Auflösung, falls das eine Rolle bei dir spielt. Jedenfalls kann man so ne Lichtschranke mit 100uA LED-Strom laufen lassen. Problemlos, habe das ausprobiert.
..oder ein IR-Remote Empfänger und moduliertes Licht.
Verschlechtert
sich halt die zeitliche Auflösung, falls das eine Rolle bei dir spielt.
Jedenfalls kann man so ne Lichtschranke mit 100uA LED-Strom laufen
lassen. Problemlos, habe das ausprobiert.
Daran dachte ich früher auch. Das könnte funktionieren. Danke. Das ist gut zu wissen. Man müsste die LED natürlich mit 35kHz und 1-2kHz Rechteck takten. Die Datenrate des Empfängers liegt im kB Bereich, also 1-2ms Latenz wäre zu erwarten. Für den ersten Sensor ist das kein Thema.
OptoDiode war vor 25J noch gut bezahlbar. Hatte von denen ein paar
zum
Spielen. Die jetzigen Preise kenne ich nicht.
Bei uns heisst es, wenn jemand nach dem Preis fragen muß, kann er es sich nicht leisten:-)
Naja, das Visay Teil kommt Deinem Vorschlag ziemlich nahe und DK ist für mich hier in Kanada erste Wahl. Zum Testen dürfte es reichen. Mich interessiert jetzt, mit wie wenig Bestromung der hellen LEDs der Opto-Interrupter noch funktionieren wird. Wenn es z.B. noch mit ein paar mA funktioniert, dann hat man immerhin noch viel Luft nach oben.
Übrigens, der Austausch der verschleissten Teile ist ja nicht das Ende der Welt, aber es ist halt doch ein großer Eingriff in eine laufende Uhr und könnte möglicherweise Nachstellungen verursachen. Da wäre es mir schon lieber, wenn ich mich in absehbarer Zeit nicht darum kümmern müsste.
Das häufige Ein-/Ausschalten führt zu dauernden Temperaturschwankungen.
Das macht LED auch schneller kaputt.
Du meinst die Totalausfälle, als z.B. die B50-Angabe.
Hier geht es es aber nicht um die Ausfallwahrscheinlichkeit von LEDs, sondern um die Abnahme des Wirkungsgrades durch Veränderungen im Halbleiterkristall. Die dafür angegebene Nennlebensdauer (z.B. L50) ist die Zeit, in der die Lichtabgabe auf die Hälfte abnimmt. L80 oder L70 für die Zeit zur Abnahme auf 80 oder 70% werden auch verwendet.
Das Problem mit LEDs ist, daß sie nur eine begrenzte Lebensdauer im
Dauerbetrieb haben. Sharp gibt eine 50% Reduzierung der LED Intensität
in fünf Jahren an.
Unter welchen Bedingungen?
Da am Ausgang der Lichtschranke kein hoher Strom fließen muss, kannst du doch sehr viel Reserve beim Stromübertragungsverhältnis einkalkulieren und außerdem mit gegenüber dem Nennstrom der LED deutlich verringerter Belastung des Chips arbeiten.
Wie genau müssen die Zeitpunkte erfasst werden?
Kannst du nicht einfach den Pendelwinkel mit einem Hall-Sensor (AS5147 o.ä.) messen und entsprechend reagieren?
Oder soll das eine Analogsteuerung werden?
Das häufige Ein-/Ausschalten führt zu dauernden Temperaturschwankungen.
Das macht LED auch schneller kaputt.
Du meinst die Totalausfälle, als z.B. die B50-Angabe.
Hier geht es es aber nicht um die Ausfallwahrscheinlichkeit von LEDs,
sondern um die Abnahme des Wirkungsgrades durch Veränderungen im
Halbleiterkristall. Die dafür angegebene Nennlebensdauer (z.B. L50) ist
die Zeit, in der die Lichtabgabe auf die Hälfte abnimmt. L80 oder L70
für die Zeit zur Abnahme auf 80 oder 70% werden auch verwendet.
Das Sharp Datenblatt gibt nur "beiläufig" L50 an und ratet das zu berücksichtigen:-)
Gerhard O. schrieb:
Das Problem mit LEDs ist, daß sie nur eine begrenzte Lebensdauer im
Dauerbetrieb haben. Sharp gibt eine 50% Reduzierung der LED Intensität
in fünf Jahren an.
Unter welchen Bedingungen?
Vermutlich Dauerbetrieb. Leider vermeiden es die meisten Hersteller mehr darüber zu äussern als sie es für nötig halten.
Da am Ausgang der Lichtschranke kein hoher Strom fließen muss, kannst du
doch sehr viel Reserve beim Stromübertragungsverhältnis einkalkulieren
und außerdem mit gegenüber dem Nennstrom der LED deutlich verringerter
Belastung des Chips arbeiten.
Das ist der vorläufige Ansatz. Die Sharp GP1A57 haben Verstärker und Schmitt-Trigger Elektronik drin und arbeiten mit einer Photo Diode. Man müsste sie diesbezüglich untersuchen. Sie sind momentan noch in Transit zu mir.
Wie genau müssen die Zeitpunkte erfasst werden?
Es geht um das folgende:
Von Links nach rechts sind im Abstand von ungefähr 13mmm vier Sensoren angebracht. Der erste bestimmt den Pendelausschlag durch Erfassen derDurchgänge. Das soll nach M. Hipp Arbeitsweise elektronisch funktionieren. Dieser Sensor erfasst den Ausschlag und erzeugt normalerweise einen Doppel Takt der ein D-FF setzt und zurücksetzt. Wenn die Pendelamplitude sich so weit verringert hat, daß nur noch ein Impuls vom Opto kommt, bleibt das FF gesetzt und setzt nach Überqueren des rechts nächstliegenden Sensors ein folgendes FF das dann das Pendel elektromagnetisch auf sanfte Weise wieder Energie zuführt. Das Energie Profil ist exponential um das Pendel so wenig wie möglich zu stören. Ausserdem kann man mit zwei 4538ern den Einsatz und Dauer genau einstellen. Wenn das Pendel den rechten Sensor durchfährt, bekommt die Schaltung einen Reset.
Der zweite Sensor taktet das zweite "Feuer" FF.
Der BDC Sensor in der Mitte ist für Meßzwecke und Steuerung der Nebenuhr vorgesehen.
Der rechte Sensor gibt das Rücksetz Signal an die Logik.
Im Zuge einer experimentiellen Untersuchung möchte ich herausfinden, ob ich die Pendelamplitude durch Geschwindigkeitsmessung zwischen den mittigen Sensoren errechnen könnte und als Kennwert für die Pendelamplitudenregulierung verwenden könnte. Dann könnte man sich den ersten Sensor sparen.
1
v=√2g*L*(1-cos(a))
Nach Lösung auf "a" umgestellt, wäre dann v ein Maß für den Pendelausschlag. Man könnte damit möglicherweise eine PID SW Regelung der Pendelamplitude realisieren.
Kannst du nicht einfach den Pendelwinkel mit einem Hall-Sensor (AS5147
o.ä.) messen und entsprechend reagieren?
Den hatte ich mir auch schon angesehen, war mir aber momentan als uC Lösung etwas zu aufwendig in der Realisierung. Ich wollte vorerst nur eine einigermaßen einfache 4000er CMOS Realisierung anstreben, um die Mechanik erstmal einwandfrei zum Arbeiten zu bringen.
Oder soll das eine Analogsteuerung werden?
Nein. Ich wollte lediglich eine modernere Hipp Prinzip Lösung erstellen und testen, die ohne mechanische Schaltkontakte und Mechanik auskommt. Es war mir wichtig, das Pendel frei schwingen zu lassen.
Insgesamt wollte ich nach "So einfach wie möglich, aber nur so komplex wie nötig" vorgehen.
Ein uC wird nur als eigenständige Einheit zur Erfassung der Operationsdaten mit integriert (Timing, Temperatur, Luftdruck) um später möglicherweise das Pendel gegen Luftauftriebseffekte und verbleibende Temperaturempfindlichkeit zu kompensieren und zum Loggen der Daten.
Das obige ist ein kurzer Umriss meines Vorhabens, was dieses Projekt betrifft.
Im Zuge einer experimentiellen Untersuchung möchte ich herausfinden, ob
ich die Pendelamplitude durch Geschwindigkeitsmessung zwischen den
mittigen Sensoren errechnen könnte
Das kannst du ausrechnen. Die Bewegungsenergie um Nulldurchgang ist gleich der potentiellen Energie bei maximaler Auslenkung.
Zur Messung kannst du einen Magneten ans Pendel hängen und die in einer Spule induzierte Spannung messen. Die ist proportional zur Geschwindigkeit.
Im Zuge einer experimentiellen Untersuchung möchte ich herausfinden, ob
ich die Pendelamplitude durch Geschwindigkeitsmessung zwischen den
mittigen Sensoren errechnen könnte
Das kannst du ausrechnen. Die Bewegungsenergie um Nulldurchgang ist
gleich der potentiellen Energie bei maximaler Auslenkung.
Zur Messung kannst du einen Magneten ans Pendel hängen und die in einer
Spule induzierte Spannung messen. Die ist proportional zur
Geschwindigkeit.
Hallo Rainer,
Hmm, da hätte ich jetzt gar nicht daran gedacht. Danke. Müsste man ausprobieren. Der ADC sollte schnell genug sein, auf den Spitzenwert zu reagieren, oder man fügt längere Abklingzeit oder S&H dazu. Der Vorteil wäre, daß man keinen Opto-Sensor mehr dazu braucht.
Es wäre dann auch naheliegend mit einen Comparator einfach den Impuls zu fangen und dann mit Logik verarbeiten. Vielleicht funktioniert das sogar streckenmässig ziemlich genau. Ich werde mir die Möglichkeiten überlegen.
Andrerseits wäre die Zeitmessung (auch magnetisch) vielleicht doch einfacher zu realisieren, weil es rein digital durch Capture Messung gemacht werden kann, ohne genaue Amplitudenmessungen erforderlich zu machen. Dann bräuchte man halt zwei Mag-Spulen pickups.
Jedenfalls war es gut, daß Du mir diesen Floh ins Ohr setzte.
Danke. Ich werd's morgen am PC noch einmal probieren.
Komisch, daß der iPad mit Video Anhängen im Forum meist Zicken macht. Normalerweise muß ich erst die Datei lokal laden und dann spielt es. Hier wird angegeben, daß es eine html Datei mit 4kB Größe ist.
Gerhard, wenn Du Lichtschranken mit definierter Schwelle unabhängig von der Lichtquellenamplitude brauchst, mache es doch wie in den Kompensationswaagen:
Eine LED steuert 2 Photodioden (PD), die an beiden Kanten des Pendels/unterbrechers positioniert sind *. Die PD Ausgänge haben dann gegenläufige Ausgangssignale. Differenz der Signale bilden und im Nulldurchgang ist das Pendel in der Mitte zwischen den PDs, in weiten Bereichen unabhängig von der Lichtstärke.
(Wenn die Beleuchtung über eine dritte PD oder die beiden PDs im langen Mittel nachgeführt wird (die bedeckungszeiten sollten in dem Fall ja relativ Konstant sein ;) ) kann aus der Ableitung der Differenz auch die Geschwindigkeit bestimmt werden. MMMhmm eine rein analoge Stabilisierung scheint möglich... (wenn, ja wenn die Bauteilalterung nur bei der LED wären ;) :D )
Diese Nulldurchgangerkennung müsste bei Deiner Anwendung noch ein Fenster von ein paar ms bekommen (trigger durch volle Verdeckung von einer der beiden PD) da ja beide PD auch voll bestrahlt werden, wenn das Pendel mal ganz woanders ist.
*) Daher sollte der Unterbrecher nicht zu dick sein ...
Keine Ahnung ob es diese Lichtschranken als Fertigteil gibt, die Laborwaagen die ich bisher zerlegt habe, waren aus diskreten LEDs und PDs aufgebaut, die in der erodierten Parallelführung steckten.
Und wenn massiver ADC und FLOP Einsatz: Einfache Lichtschranke und beide Flanken auswerten geht auch.
Spule und Magnet am Pendel als Geschwindigkeitssensor: Die Spule muss dann natürlich so gebaut sein, dass temperaturbedingte Lageänderungen wenig Einfluß haben....
vielen Dank für Deinen interessanten Vorschlag. Das war mir bis jetzt nicht bekannt. Ich habe mir das jetzt auf Papier durch gedacht und wenn ich Dich richtig verstehe, ist dann am Ausgang des Differenzverstärker beim Durchfahren in der Mitte der beiden PDs ein Ausgangsverhalten, daß etwa einer FM-Diskriminatorkurve entspricht, wo sich dann in deren "Nulldurchgang" die Pendelflagge genau in der Mitte zwischen den PDs befindet. Wenn es dann unalanciert ist, dann ist auf einer Seite der Ausgang positiver und negativer auf der anderen Seite. Habe ich das Prinzip und Dich korrekt verstanden?
Mit diskreten PDs dürfte das leicht aufbaubar sein. Die PD-Ströme werden zuerst mit TA Stufen in Spannung umgewandelt und dann im Differenzverstärker ausgewertet. Ohne Flagge ist dann bei gleicher Beleuchtung das Signal am Ausgang Null. Die Auswertung muesste dann durch Auswertung der einzelnen Signale der jeweiligen PDs getriggert werden, weil die exakte Mitte dann ein Minimal Signal ohne Sättigung erzeugt.
Gerhard, wenn Du Lichtschranken mit definierter Schwelle
unabhängig von
der Lichtquellenamplitude brauchst, mache es doch wie in den
Kompensationswaagen:
Eine LED steuert 2 Photodioden (PD), die an beiden Kanten des
Pendels/unterbrechers positioniert sind *. Die PD Ausgänge haben dann
gegenläufige Ausgangssignale. Differenz der Signale bilden und im
Nulldurchgang ist das Pendel in der Mitte zwischen den PDs, in weiten
Bereichen unabhängig von der Lichtstärke.
(Wenn die Beleuchtung über eine dritte PD oder die beiden PDs im langen
Mittel nachgeführt wird (die bedeckungszeiten sollten in dem Fall ja
relativ Konstant sein ;) ) kann aus der Ableitung der Differenz auch die
Geschwindigkeit bestimmt werden. MMMhmm eine rein analoge Stabilisierung
scheint möglich... (wenn, ja wenn die Bauteilalterung nur bei der LED
wären ;) :D )
Diese Nulldurchgangerkennung müsste bei Deiner Anwendung noch ein
Fenster von ein paar ms bekommen (trigger durch volle Verdeckung von
einer der beiden PD) da ja beide PD auch voll bestrahlt werden, wenn das
Pendel mal ganz woanders ist.
*) Daher sollte der Unterbrecher nicht zu dick sein ...
Keine Ahnung ob es diese Lichtschranken als Fertigteil gibt, die
Laborwaagen die ich bisher zerlegt habe, waren aus diskreten LEDs und
PDs aufgebaut, die in der erodierten Parallelführung steckten.
Für die erste Protytyp Steuerung die ich für mechanisches Tesen benötige, habe ich mich inzwischen vorläufig entschlossen, die Pendelpositionserkennung erstmal mit dem OPL583 Dual Sensor und einer hellen IR Diode, wie von Euch vorgeschlagen, zu realisieren.
Der OPL583 hat den Vorteil, daß man durch einfaches verORen der beiden Schmitt-Trigger Ausgänge einen sauberen Durchgangsimpuls während des Unterbrechens des Lichtstrahls in beide Empfänger bekommt. Da das mit meiner schon existierenden Schaltung gut zusammenpasst, ist das vorläufig die beste Lösung um ein erstmaliges Funktionieren der Pendelansteuerung zu ermöglichen. Hendryks Methode interessiert mich eigentlich auch sehr, ist mir aber momentan noch zu unsicher in der Realisierung und zeitraubend, weil ich noch keine Erfahrung damit habe.
Beim OPL583 mit angeschalteten NOR Gate, bekommt man (durch negatives ANDen) nur dann ein Ausgangssignal, wenn beide benachbarten Sensoren (1mm) gleichzeitig abgeschattet sind. Ausserhalb des Totalabschattungsbereich ist das Ausgangssignal in allen anderen verbleibend möglichen Logik Kombinationen immer Logik Null, was ideal für die Ansteuerung meiner nach Hipp-Auswertungs Logikschaltung ist.
Was die LED Lebensdauer betrifft, habe ich mit der 120mW IR-LED sehr viel Alterungs-Nachstellungsraum. Man könnte ja einen Teil des Licht mit einer optisch geführten Regelschaltung auf konstanten Wert halten. Wenn das LED anfangs mit nur 2-5% der Nominalleistung betrieben wird, um den OPL582 zuverlässig anzusteuern, sollte die LED sehr lange einsatzfähig bleiben.
Es ist mir momentan wichtig, das Pendel eigenständig betreiben zu können. Deshalb möchte ich die Elektronik so bald wie möglich fertig stellen.
Vielen Dank an Alle für Eure bisherigen Gedanken und Lösungs-Vorschläge.
Man könnte ja einen Teil des Licht mit
einer optisch geführten Regelschaltung auf konstanten Wert halten. Wenn
das LED anfangs mit nur 2-5% der Nominalleistung betrieben wird, um den
OPL582 zuverlässig anzusteuern, sollte die LED sehr lange einsatzfähig
bleiben.
Du könntest die LED die meiste Zeit einfach ausschalten und nur kurz um den Nulldurchgang aktivieren. Wenn sie z.B. nur 10% der Zeit eingeschaltet ist, vergrößerst du die Lebensdauer um einen Faktor 10.
Man könnte ja einen Teil des Licht mit
einer optisch geführten Regelschaltung auf konstanten Wert halten. Wenn
das LED anfangs mit nur 2-5% der Nominalleistung betrieben wird, um den
OPL582 zuverlässig anzusteuern, sollte die LED sehr lange einsatzfähig
bleiben.
Du könntest die LED die meiste Zeit einfach ausschalten und nur kurz um
den Nulldurchgang aktivieren. Wenn sie z.B. nur 10% der Zeit
eingeschaltet ist, vergrößerst du die Lebensdauer um einen Faktor 10.
Moin,
ja. Das war ja das ursprüngliche Subjekt meiner Thread Anfrage. Ich hatte ja vor, die LEDs mittels der Halleffektschaltern (HES) unmittelbar vor dem Durchgang jeweilig einzuschalten. Aber nachdem Dieter mich auf die WEEIR01-CS LEDs hinwies, kam ich zur Überzeugung, dass die HES überflüssig wären, weil solche LEDs mit unvergleichlich wenig Belastung gefahren werden könnten und somit lange genug halten sollten. Allerdings würden die HES sehr viel Strom sparen, weil nur jeweilig ein LED an ist. Andrerseits, könnte man bei den hellen LEDs sie alle in Serie schalten und bei 2-5mA wäre das tragbar.
Daß man starke Magnetfelder durch äussere Maßnahmen umlenken und
beeinflussen kann, beweisen Konstruktionen wie Lautsprecher, Relais
Armaturen und ganz eindrucksvoll die Linearen Aktuatoren moderner
Festplatten. Aussen herum sind deren starke Magnetfelder nicht
auffällig.
Ich hab hier grad ne Platte, mit der ich direkt Schrauben anheben kann
Daß man starke Magnetfelder durch äussere Maßnahmen umlenken und
beeinflussen kann, beweisen Konstruktionen wie Lautsprecher, Relais
Armaturen und ganz eindrucksvoll die Linearen Aktuatoren moderner
Festplatten. Aussen herum sind deren starke Magnetfelder nicht
auffällig.
Ich hab hier grad ne Platte, mit der ich direkt Schrauben anheben kann
Hmm. Wieder eine Ausnahme die die Regel bestätigt. Ist mir noch nicht vorgekommen. Zumindest nicht bei den Modernen.
nur so als Schnellschuss ohne viel überlegt zu haben,
nachdem ich den Anfangspost und Deine Ausführung zur
Uhr überflogen habe.
Kann man nicht direkt in der Drehachse des Pendels eine
"Dynamo" abringen, der magneto/elektrisch die Schwingung
des Pendels aufnimmt?
Bestimmt würde das machbar sein. Ich wollte allerdings jegliche unnötige mechanische Arbeit für das Pendel vermeiden. Da wäre allerdings optische Erfassung dazu wahrscheinlich besser geeignet, wenn man von modernen Halleffekt Sensoren zur Winkelerfassung mal absieht.
Es gibt ja sehr kleine Motörchen, die möglicherweise für
den Zweck geeignet wären.
Die meisten haben aber beim Drehen der Achse wegen der PM Cog Effekte. Das gefällt mir weniger.
Wie es da mit der Langlebigkeit aussieht und der Auflösung
des Winkels, ist eine andere Sache.
Ja. Die geplante Auslenkung ist nur +/- 2 bis 3 Grad. Axiale Erfassung ist da recht mager. Da hat man beim Schwingende mehr lineare Auflösung.
Ein kleine Encoder-Scheibe mit hoher Auflösung wäre eine
andere Möglichkeit.
Daran dachte ich auch. Mechanisch wird das aber leider sehr schnell anspruchsvoll. Ich dachte anfänglich sogar daran, wie beim Tintendrucker ein Encoder Band und Quadratursensor einzusetzen. Das Problem ist da die Umsetzung und mechanische Stabilität. Um nicht mit dem Sensor bei der geringsten Verschiebung physikalisch zu kollidieren und das Band zu beschädigen.
Ich bin inzwischen eher geneigt, alle Positionserkennung durch Lichtschranken-Durchgänge und Zeitmessungen zu erfassen. Durch Messung der Zentralen Durchgangsgeschwindigkeit lässt sich z.B. der Auslenkwinkel genau berechnen. Ich wollte momentan auch nicht die Gesamt-Komplexität zu hoch treiben. Mit den heutigen Mitteln kann man da ganz schön hochkomplexe Konzepte auf die Beine stellen. Andrerseits wollte ich doch nach "So einfach wie möglich und so komplex wie notwendig" vorgehen.
Inzwischen hat es sich ergeben, daß es sehr helle IR LEDS gibt, die man mit sehr geringer Auslastung betreiben kann. Da sollte dann die zu erwartende Lebensdauer genügend hoch sein. Da werde ich wahrscheinlich diese Route gehen.
Wie gesagt einfach ein Gedankenschnellschuss.
Es freut mich, daß Du Dir darüber Gedanken machtest und vielen Dank,
ist eine Laptop-HDD von 2009 modern genug?
(grad keine andere Platte da)
Es mag nicht so aussehen,
aber die Platte steht auf der langen Schmalseite.
Es haben schon nicht wenige behauptet,
dass diese Deckel von Festplatten jeglichen Magnetismus abschirmen würden.
Selbst wenn dem so wäre, gäbe es noch die andere Seite...
Ich hatte ja vor, die LEDs mittels der Halleffektschaltern (HES)
unmittelbar vor dem Durchgang jeweilig einzuschalten. Aber nachdem
Dieter mich auf die WEEIR01-CS LEDs hinwies, kam ich zur Überzeugung,
dass die HES überflüssig wären, weil solche LEDs mit unvergleichlich
wenig Belastung gefahren werden könnten und somit lange genug halten
sollten. Allerdings würden die HES sehr viel Strom sparen, weil nur
jeweilig ein LED an ist.
Man könnte die LEDs auch rein zeitgesteuert einschalten. Beim "anlassen" leuchten sie noch dauernd, aber sobald die volle Amplitude erreicht ist, weiß man, bei welchem Winkel (= wann) welche LED leuchten muss.
Leider braucht der OPL583 auch sehr viel Strom
1
OPL583
2
Supply Current Both Outputs Low: typ. 8.5, max. 12 mA
3
(both photodiodes irradiated)
4
Supply Current Both Outputs High: typ. 3.5, max. 6 mA
ist eine Laptop-HDD von 2009 modern genug?
(grad keine andere Platte da)
Es mag nicht so aussehen,
aber die Platte steht auf der langen Schmalseite.
Es haben schon nicht wenige behauptet,
dass diese Deckel von Festplatten jeglichen Magnetismus abschirmen
würden.
Selbst wenn dem so wäre, gäbe es noch die andere Seite...
Schockierend! Von meinen üblichen Barracudas kenne ich das eigentlich nicht. Wenn ich es nicht sehen würde, würde ich es kaum für möglich halten.
Ich hatte ja vor, die LEDs mittels der Halleffektschaltern (HES)
unmittelbar vor dem Durchgang jeweilig einzuschalten. Aber nachdem
Dieter mich auf die WEEIR01-CS LEDs hinwies, kam ich zur Überzeugung,
dass die HES überflüssig wären, weil solche LEDs mit unvergleichlich
wenig Belastung gefahren werden könnten und somit lange genug halten
sollten. Allerdings würden die HES sehr viel Strom sparen, weil nur
jeweilig ein LED an ist.
Man könnte die LEDs auch rein zeitgesteuert einschalten. Beim "anlassen"
leuchten sie noch dauernd, aber sobald die volle Amplitude erreicht ist,
weiß man, bei welchem Winkel (= wann) welche LED leuchten muss.
Das ist ein guter Gedanke. Darüber machte ich mir auch schon Gedanken.
Leider braucht der OPL583 auch sehr viel Strom1OPL583
2Supply Current Both Outputs Low: typ. 8.5, max. 12 mA
3(both photodiodes irradiated)
4Supply Current Both Outputs High: typ. 3.5, max. 6 mA
5(both photodiodes shaded)
Das ist mir beim Studieren auch schon unangenehm aufgefallen. Ist aber tragbar. Allerdings ist deren Arbeitsweise hier ideal, weil dann beide Ausgänge bei totaler Abschattung gleich reagieren. Das ergibt mit einem NAND einen saubere Erkennung dieser Position. Allerdings ließen sich auch diese Zeit gesteuert aktivieren.
Naja, ich habe mich ja noch nicht fest gelegt. An sich wollte ich eher digitale Lösungen und wollte ohne Analog Sensorik und Analog Auswertung auskommen. Mein ursprünglicher Plan war ja, der Einsatz einer elektronischen Steuerung nach dem Prinzipp von M. Hipp um die Pendelamplitude zu stabilisieren.
Vielleicht mache ich die Positionserkennungen schließlich doch noch magnetisch mit Spulen und Magneten. Die Methode, die übrigens Hendryk erwähnte, ist besonders interessant und genau.
Ketzerische Frage(n): Warum musst Du die Geschwindigkeit wissen?
Reicht nicht eine Lichtschranke, die die Pendelfrequenz erfasst?
Reicht es nicht, dem Regler zum Anstupsen einen I Anteil zu spendieren?
Ein Zähler erfasst die (doppelte) Anzahl der Ist-Pedelschwingungen, µC vergleich mit Soll (GPS?) und die Differenz ändert die Anschiebeimpuls.
Steck ja nicht in der Physik der Pendeluhren.... aber so ein Uhrwerk ist ja auch nur ein Pendelfrequenzintegrator.
Mit 16bit Zähler und I16 Rechnung kann der Zähler sogar überlaufen soviel er will, solange die Abweichung unter 3.5h bleibt (bei 0.8s Pendel ... so geschätzt)
Ketzerische Frage(n): Warum musst Du die Geschwindigkeit wissen?
Reicht nicht eine Lichtschranke, die die Pendelfrequenz erfasst?
Reicht es nicht, dem Regler zum Anstupsen einen I Anteil zu spendieren?
Ein Zähler erfasst die (doppelte) Anzahl der Ist-Pedelschwingungen, µC
vergleich mit Soll (GPS?) und die Differenz ändert die Anschiebeimpuls.
Steck ja nicht in der Physik der Pendeluhren.... aber so ein Uhrwerk ist
ja auch nur ein Pendelfrequenzintegrator.
Mit 16bit Zähler und I16 Rechnung kann der Zähler sogar überlaufen
soviel er will, solange die Abweichung unter 3.5h bleibt (bei 0.8s
Pendel ... so geschätzt)
Hallo Henrik,
Die Geschwindigkeitsmessung ist zur Operation natürlich nicht notwendig. Ich bin nur daran interessiert, wie genau eine solche Berechnung der tatsächlichen Pendelamplitude entspricht. Vorerst wollte ich nicht mit einer mc. Regelungstechnik arbeiten, so wie Du es Dir vorstellst. Mein Vorhaben war, eine elektronische Hipp Steuerung zu erstellen, die die Pendelamplitude opto-elektronisch mit dem vergebenen Wert vergleicht und regelmässig im Abstand von 30-60s dem Pendel, um wenn notwendig, neue Energie zuzuführen. Dieser lange Abstand zwischen den Anstoßimpulsen minimiert Störungen der sonst freien Pendelschwingung.
Dazu sind in meiner Logikschaltung noch zwei zusätzliche Lichtschranken notwendig. Eine weitere, mittige LS erzeugt die 0.8s Pendelhalbschwingungsimpulse, die das Uhrwerk antreiben. Soweit wird dieser Antriebsteil autark von 4000er Logik erledigt.
Der uC. ist erstmal nur dazu da, die Uhr messtechnisch zu erfassen und zum Loggen.
Als zweite Vorgabe will ich Experimente anstellen, inwieweit John Harrisons Methode zur Kompensation der barometrischen Einflüsse zum Einsatz gebracht werden kann. Die linke Lichtschranke ist auf einem linearen Aktuator montiert und kann so die Pendelamplitude stabil und präzise gewollt verändern. Diese Vorgaben kommen dann von einem uC der barometrische Werte und Temperatur misst und die Pendelamplitude vorgibt um diese restlichen Einflüsse zu kompensieren. (Trotz Invar-Pendelstange ist die Temperaturstabilität nicht perfekt und bedarf einer gewissen Korrektur. Normalerweise macht man das nicht und will die Pendelamplitude so konstant wie möglich halten, aber man hat mit der Burgess "B" Testuhr nach Harrison bewiesen, daß man durch gezielte Pendelamplituderegulierung den barometrisch bedingten Auftriebs-Einfluß minimieren bzw. kompensieren kann (1s/100 Tage). (Die Pendelperiode verlängert sich mit zunehmenden Luftdruck ganz leicht (+1mBar Änderung entspricht einer Änderung der Ganggenauigkeit von 0.1s/Tag). Natürlich mitteln sich die barometrisch verursachten Änderungen der Pendelperiode über längere Zeit.
Deshalb mein eigenwilliger Ansatz mit diesen Uhrenprojekt.
Danke für die Hintergrundinformationen.
Ist ja Frequenzmessung, passt daher zur HF ;)
Ich schiele zum alten mechanischen Klimaschreiber im Büro (Die Walze ist still, der Tickt sonst recht laut, die Schreiberarme sind jetzt frei schwebend, so dass sie noch anzeigen). Luftdruck kann der auch. Mit Barometerdosen die Lichtschranke verschieben, wenn die benötigte Auslenkung bestimmt ist?
Zur Umsetzung der recht linearen Barometerauslenkung in eine 'freie' Kennline über Stangenmechanik sind Berge jetzt alten Papiers beschrieben worden :)
Danke für die Hintergrundinformationen.
Ist ja Frequenzmessung, passt daher zur HF ;)
Ich schiele zum alten mechanischen Klimaschreiber im Büro (Die Walze ist
still, der Tickt sonst recht laut, die Schreiberarme sind jetzt frei
schwebend, so dass sie noch anzeigen). Luftdruck kann der auch. Mit
Barometerdosen die Lichtschranke verschieben, wenn die benötigte
Auslenkung bestimmt ist?
Lustig! So einen Luftdruckschreiber habe auch ich in meinem Büro stehen (mit abgehobenem Schreibarm:-)
Zur Umsetzung der recht linearen Barometerauslenkung in eine 'freie'
Kennline über Stangenmechanik sind Berge jetzt alten Papiers beschrieben
worden :)
Das mache ich etwas zeitgemässer. Bei mir wird ein Intersema barometrischer Luftdrucksensor eingesetzt werden. Ein SHT2x sorgt auch für Temperatur und RH Input.
Meine Phase2 Experimente werden dahin gehen, die Pendelamplitude rechnerisch je nach aktuellen Druck- und Temperaturverhältnissen durch Verstellung des Hipp Pendelauslenksensor mit einem miniaturisieten Linearen Aktuaktor, der die Pendelamplitude bestimmt, so in Realzeit einzustellen, daß die Pendelschwingfrequenz immer so gut wie möglich ausgeglichen wird, um nachzuverfolgen, was Harrison schon zu seiner Zeit vorgeschlagen hatte und ähnliche Performanz zu erzielen.
Darum geht es mir hauptsächlich bei diesen Projekt. Ich möchte wissen, ob man mit diesen Verfahren die sonst üblichen Methoden der Pendelstabilisierung praktisch ersetzen kann. Die üblichen Verfahren beruhten darauf, das Pendel in einem evakuierten Gefäß laufen zu lassen oder durch sinnvoll angebrachte Barometerdosen den Schwerpunkt des Pendels je nach aktuellen Luftdruck zu kompensieren. Diese Methode hat aber den Nachteil nur den Druckanteil zu kompensieren und lässt den Temperaturabhängigen Teil des Luftauftriebs ausser acht. Da ist Harrisons Methode, meiner Meinung nach, besser, weil es beide Störfaktoren genial, zusammen, berücksichtigt. Deshalb finde ich Harrisons Pionierarbeit so interessant.
Jetzt kennst Du in groben Zügen mein Vorhaben. Ich weiß es ist etwas eigenwillig; ich habe aber meine Gründe dazu.
Übrigens, wurden gestern meine bestellten Sharp GP1A57HRJ00F Schmitt-Trigger Gabellichtschranken geliefert. Die habe ich dann sofort ausprobiert. Sie schalten sehr sauber und präzise. Es hat sich dann auch herausgestellt, daß sie noch bis zu 0.7mA IR-LED Strom funktionieren. Wenn man jetzt davon ausgeht, daß Sharp nominal 7mA vorschlägt, könnte man vielleicht erwägen, sie nur mit der Hälfte laufen zu lassen. Das könnte die LED Alterung etwas verringern. Ich werd's darauf ankommen lassen und genug Ersatz zur Hand zu haben. Es ist aber auch möglich, daß ich die LEDs dynamisch mit der Pendelbewegung synchron mitschalte. Aber das hebe ich mir für die Zukunft auf. Falls die Dinger schon so, zehn Jahre oder mehr, halten, wäre für mich akzeptabel. Den Sensorblock werde ich ohnehin so konstruieren, daß er als Einheit, mechanisch durch Stifte registriert, austauschbar sein wird. Dann halten sich die Reparaturprobleme bestimmt in vernünftigen Grenzen. Es gibt noch sehr viel zu überlegen.
ich hätte da eine Frage wie man am Besten die Seitenfelder eines axial
magnetisierten 3x2mm zylindrischen Magneten für eine Halleffekt
Anwendung einengen könnte, um Reaktion benachbarter Sensoren zu
verhindern. Abschirmen lassen sich Magnetfelder nicht; man kann sie nur
manipulieren und lenken.
Falsche Annahme, natürlich kann man Magnetfelder abschirmen.
Ich habe eine Hobby Anwendung, wo vier Halleffekt Sensoren des Typs
AH3572 mit einem Ansprechbereich von ca. 8-30G in einer Reihe im Abstand
von rund 12mm angebracht sind. Abfallbereich ist 2-25G
...
Ich möchte nun sicherstellen, daß jeder Sensor seinen horizontalen
Arbeitsbereich nicht überschreitet und deshalb wie bei einer Relaisspule
oder Lautsprecher das gegenpolige Feld in der Vertikalrichtung, dem
Sensor zu, durch magnetische Rückführung der Felder klein zuhalten.
...
Ich dachte jetzt daran, auf der Drehbank eine kleine passende Eisenkappe
anzufertigen, wo der Magnet dann auf der Rückwand innen klebt und über
die Höhe des Magneten hinaus steht, um die Magnetfelder seitlich
abzuschwächen. dann werden die seitlichen Felder in die Seitenränder der
Kappe zurück geführt, anstatt seitlich durch die Luft auf den anderen
Pol zurück verbinden. Sinngemäß, wie man es auch bei Lautsprechern macht
um im Spulenspalt maximale Feldstärken zu bekommen. Diese Kappe hätte
auch den Zweck die Toleranzen der jeweiligen Sensoren durch Feld
Kontrolle zu negieren.
...
Bin ich auf dem Holzweg oder besteht Hoffnung auf Erfolg? -)
Gruss,
Gerhard
Völlig untauglich der Holzweg zu einem elektrischen-magnetischen Uhrenantrieb.
...
Falsche Annahme, natürlich kann man Magnetfelder abschirmen.
...
Man kann sie mit magnetisch geeigneten Materialien umlenken, was natuerlich praktisch einer Abschirmung gleich kommt. Festplatten und manche Lautsprecher sind mehr oder weniger ein gutes Beispiel dafür.
...
Völlig untauglich der Holzweg zu einem elektrischen-magnetischen
Uhrenantrieb.
...
Momentan ist mir eigentlich unklar auf welchen Aspekt sich dieser Ausspruch bezieht. Das vorgesehene elektromagnetische Antriebsprinzip wurde schon vor über 100 Jahren von verschiedenen Firmen erfolgreich eingesetzt. Ich mache da nichts wirklich Neues.
Die magnetische Erkennung hat sich ohnehin erübrigt, weil ich ich die vorgesehenen hellen IR-LEDs mit Minimalleistung (<5%) betreiben werde und es darauf ankommen lassen. Wenn nicht, werden sie halt ausgewechselt. Niemand verlangt, daß eine Uhr für immer ohne Service auskommen muss.
...
Falsche Annahme, natürlich kann man Magnetfelder abschirmen.
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Man kann sie mit magnetisch geeigneten Materialien umlenken, was
natuerlich praktisch einer Abschirmung gleich kommt. Festplatten und
manche Lautsprecher sind mehr oder weniger ein gutes Beispiel dafür.
Nein, das sind völlig falsche unangebrachte Beispiele. alleine auch der Begriff deinens Magneten ist schon falsch der "zylindrische Magnet" ist eher kugelförmig.
...
Völlig untauglich der Holzweg zu einem elektrischen-magnetischen
Uhrenantrieb.
...
Momentan ist mir eigentlich unklar auf welchen Aspekt sich dieser
Ausspruch bezieht. Das vorgesehene elektromagnetische Antriebsprinzip
wurde schon vor über 100 Jahren von verschiedenen Firmen erfolgreich
eingesetzt. Ich mache da nichts wirklich Neues.
Ich kenne die alten ATO Uhren selber.
Ich vermute das Du eine Regelung bauen willst aus den weiteren Beschreibungen. Dazu gehören bestimmte ganz konkrete Messpunkte, Sollwerte, Istwerte und Vergleiche der beiden Werte, dazu ein Stellmechanismus.
Erfassung und Eliminierung von Störgrössen u.s.w.
Die magnetische Erkennung hat sich ohnehin erübrigt, weil ich ich die
vorgesehenen hellen IR-LEDs mit Minimalleistung (<5%) betreiben werde
und es darauf ankommen lassen. Wenn nicht, werden sie halt
ausgewechselt. Niemand verlangt, daß eine Uhr für immer ohne Service
auskommen muss.
Nein, das sind völlig falsche unangebrachte Beispiele. alleine auch der
Begriff deinens Magneten ist schon falsch der "zylindrische Magnet" ist
eher kugelförmig.
Die bestellten MAgnete sind zwar noch nicht angekommen, sind aber von Zylinderform mit axialer Magnetfeld Ausrichtung und bekannter Feldlinienform. Das wäre für mich ein montierungstechnischer Vorteil gewesen. Wie kommst Du auf kugelförmig und in welchem Zusammenhang?
...
Völlig untauglich der Holzweg zu einem elektrischen-magnetischen
Uhrenantrieb.
Wie kannst Du das wissen? Mein geplanter Antrieb lehnt sich an schon existierenden Bauformen renommierter ehemaliger Hersteller an und sollte keine neuen Fragen aufwerfen.
...
Momentan ist mir eigentlich unklar auf welchen Aspekt sich dieser
Ausspruch bezieht. Das vorgesehene elektromagnetische Antriebsprinzip
wurde schon vor über 100 Jahren von verschiedenen Firmen erfolgreich
eingesetzt. Ich mache da nichts wirklich Neues.
Ich kenne die alten ATO Uhren selber.
Mit ATO hat mein Projekt nur sehr wenig zu tun.
Ich vermute das Du eine Regelung bauen willst aus den weiteren
Beschreibungen. Dazu gehören bestimmte ganz konkrete Messpunkte,
Sollwerte, Istwerte und Vergleiche der beiden Werte, dazu ein
Stellmechanismus.
Erfassung und Eliminierung von Störgrössen u.s.w.
Nein. So kompliziert möchte ich es nicht machen. Die Pendelamplitude wird in meiner Uhr optoelektronisch nach dem sehr bewährten Prinzip von M. Hipp ausgewertet. Das Pendel bestimmt selber wie oft es neuer Energie bedarf. Die Unterschiede in der Pendelamplitude dazwischen betragen etwas unter 1mm. Das passiert voraussichtlich alle 30-60s. Dazwischen schwingt das Pendel vollkommen frei. Die Energie wird dem Pendel dann, wenn vonnöten, optimal im Bereich größter Geschwindigkeit zugeführt, um Störungen auf ein Mindestmaß zu halten. Wenn es interessiert beschreibe ich die Details irgendwann. In einigen meiner vorherigen Beiträge habe ich ja schon ein paar Bemerkungen darueber gemacht. Ich habe momentan nicht die Absicht eine kompliziertere FFB/PID Regelung anzuwenden. Ich ziehe es vor, dem Pendel so viel Freiheit wie möglich geben und die Energiezuführung so störungsfrei wie technisch moeglich machen.
Statt hier nun zum vierten Mal den Namen M. (Matthäus) Hipp hinzuwerfen, wäre ein Link auf eine verständliche Beschreibung dieses über 180 Jahre alten Prinzips nicht schlecht, um dein Problem unabhängig von deinem bisherigen Lösungsansatz zu verstehen.
Trifft dies die Sache?
http://www.hvtesla.com/masters/po36_intro.html
Statt hier nun zum vierten Mal den Namen M. (Matthäus) Hipp hinzuwerfen,
wäre ein Link auf eine verständliche Beschreibung dieses über 180 Jahre
alten Prinzips nicht schlecht, um dein Problem unabhängig von deinem
bisherigen Lösungsansatz zu verstehen.
Trifft dies die Sache?
http://www.hvtesla.com/masters/po36_intro.html
Moin,
Hast recht!
Hier ist erstmal ein Beispiel einer modernen von Favag hergestellten, sehr hochwertig ausgeführten PPU nach dem Hipp Prinzip:
https://clockdoc.org/Default.aspx?aid=8523
Bei mir wird allerdings diese Art der Pendelamplitude-Erkennung optoelektronisch ausgeführt. Der Hipp hängende Kontakt ist durch eine Gabellichtschranke ersetzt, deren Position den Pendelausschlag bestimmt.
Diese Erkennung beruht auf die Notwendigkeit, daß das Pendel gerade weit genug schwingen muß, um den Opto-Sensor zweimal zu durchlaufen. Es werden also bei Nominalamplitude beim Hin- und Zurückschwingens zwei Impulse erzeugt. Sobald die Pendelamplitude sehr geringfügig abfällt, wird nur noch ein Impulse erzeugt, weil das Pendel nicht mehr aus dem Bereich des aktiven Bereichs der Lichtschranke herauskommt.
Dieser Doppelimpuls wird nun zum Takten eines D-FF ausgenützt, daß somit immer gesetzt und rückgesetzt wird. Wenn nun dieser Doppelimpuls auf einen einzeln Impuls reduziert wird, bleibt das besagte FF nun gesetzt. Wenn das Pendel einen weitere Lichtschranke durchläuft wird durch ANDen zwei nacheinander verbundene Monostabile-MV getriggert. Der erste erlaubt genau eine definierte Verzögerung für den Einsatz des Antriebsmagneten einzustellen und der zweite die Dauer des elektromagnetischen Antriebeinsatzes.
Das Pendel führt nahe zur Rückwand eine steifes 3mm Carbon-Fiber Rohr mit sehr geringer Masse mit, die unten den Lichtstrahl unterbricht. Das hat den Vorteil, daß Fehler in der vertikalen Ausrichtung des Uhrengehäusen nicht zu einer Kollision des Pendels mit den Gabellichtschranken führen kann und verhindert nicht die untere axiale Anbringen einer Pendelskala.
Der Magnettreiber erhält seine Energie von einem vorher geladenen Elkos, der den Spulenstrom etwa exponential abfallen lässt. Somit ist die Antriebsenergie stabil und konstant bemessen, weil sie von einer stabilisierten Spannungsquelle bereitgestellt wird. Damit ist eine reproduzierbare mechanische Pendelenergiezuführung gewährleistet. Die Energiezuführung ist so bemessen, daß die Antriebsimpulse wenigstens 30-60s auseinanderliegen um die Pendelschwingung so wenig wie möglich zu stören. Ungleich der Zähler Versionen, wie z.B. die Synchronome, bestimmt das freie Pendel, bei der nach Hipp Ausführung, selber, wie oft es von der Energiezuführung "naschen" darf.
Das ist in groben Zügen mein Denkansatz meines Projekts.
Zur fortwährenden Evaluierung dient ein uC basiertes Erfassungssystem, welches T, RH, Luftdruck, Schwingzeitmessung erfasst. Ein LabVIEW Program auf einem LT dient zur Bedienung und Speicherung der Datenerfassung.
Es sind vier Sensoren vorgesehen: Pendelausschlagsensor (PAS), Im Abstand von rund 25mm sind symmetrisch zur BDC Achse zwei weitere Sensoren angeordnet. Diese dienen für Steuerung und Datenerfassung, ein BDC Sensor dazwischen gibt die 0.8s Pendelschwingung an den Uhrwerktreiber weiter.
Der PAS ist auf einem Mikro-linearen Aktuator montiert um den absoluten Pendelausschlag definiert einstellen zu können. Die Feineinstellung wird durch Veränderung des Pendelausschlags bewirkt. Gewichte zur genauen Einstellung werden deshalb nach Grobeinstellung durch Pendelgewicht Verschiebung nicht mehr notwendig sein.
Der Uhrwerktreiber interpoliert die Sekundenimpulse, die alle 4s re-synchronisiert werden und erzeugt auch die 30s Minutenwerk Treibsignale. Zum Antrieb etwaiger externer Uhrensklaven dient ein Polwendender 24V Brückentreiber.
Zusätzlich zu dieser groben Funktionsbeschreibung, möchte ich, angeregt durch die guten Ergebnisse von John Harrison, in Phase II des Projekts durch geeignete Positionierung des Pendelausschlag Sensors durch einen linearen Aktuator den Luft-Auftrieb des Pendels und verbleibende Temperaturempfindlichkeit durch uC berechnete Korrekturen zu kompensieren. (1mBar Druckänderung verursacht typisch eine Änderung der Gangzeit um 0.1s/Tag).
Für die Anzeige dient übrigens ein hochwertiges 24V Seiko Sklaven Marine Uhrwerk mit unabhängigem Sekundenantrieb und beidseitigen Minuten Antrieb. Das hat den großen Vorteil, DST/NZ Umstellungen bequem bewerkstelligen zu können bzw. zu automatisieren. Der Uhrwerktreiber ist auch mit einem uC realisiert. Das Uhrwerk hat also drei Spulen und zwei Schrittmotoren und ist eine vollkommene Metall Konstruktion. Die kräftigen Lavet Schrittmotoren haben einen 60 Grad Drehwinkel.
Das ist in groben Zügen, das Funktionsprinzip meines Uhrenprojekts.
Noch etwas:
Ohne Euch vor den Kopf stossen zu wollen und ich für gut gemeinte und fachliche Hilfe oder Vorschläge ehrlich dankbar bin, bringt mich bitte nicht von dem beschriebenen Funktionsprinzip ab. Ich möchte es so implementieren, weil es mich speziell so interessiert. Das hat nichts mit Beratungsresistenz zu tun.
Es ist genauso wie bei der Notlandung eines Flugzeugs; sobald man sich für das Landegebiet entschieden hat, sollte man nicht mehr in der Zielwahl wanken. Sonst führen endlose Diskussionen und Meandering nur zur Verzögerungen und Verwirrung und Verlust von Fokus. Leider ist das im Forum so oft das Resultat, auch wenn es größtenteils gut gemeint ist und teils bewährte Erfahrungen großzügig weitergegeben werden. Ich möchte aber hier meine eigenen Erfahrungen machen und aus etwaigen Fehlern lernen,
Ich bin mir sehr bewusst, daß man Vieles anders machen könnte. Aber ich möchte mit dem Hipp Prinzip Erfahrungen sammeln. Eine uC PID Pendel-Steuerung möchte ich hier momentan nicht in Betracht ziehen, obwohl das vielleicht bei einem anderen Uhrenprojekt in der Zukunft der Fokus sein könnte. Ich möchte auch nicht, daß dieses Projekt zu 90% in ein reines Software Projekt ausufert. Mir sind die mechanischen/elektronischen Anteile des Projekts und Durchführung auch wichtig. Ich danke Euch für euer Verständnis.
