DMS Schaltung

Moin Zusammen,

das ganze hat jetzt weniger mit Reprap zu tun. Zumindest noch, da die kleinen Sensoren die ich gerade vor mir habe einfach zu teuer sind.

Ich habe nur leider aktuell keine Idee wie die Dinger genau geschaltet werden. Ich würde da gerne mal nen Arduino Due ausreizen und mit mindestens 10kHz samplen (möglich sind bis zu 1MHz). Der ADC-Block den ich bekommen habe, hat leider nen paar ADCs verbaut die lediglich mit 30Hz abtasten können. Das ist für meine Anwendung leider viel zu wenig.

So ein richtiges Datenblatt habe ich leider nicht bekommen.

Was ich habe:

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Strain gauges are resistive sensors with high impedance and high sensitivity.

Their electronic conditioning requires specific characteristics. For example, sensors with high impedance can be tricky for classical ADC and multiplexer whose leakage current is around some μA.
The analogic acquisition must satisfy the following characteristics:
- High impedance input
- Ability to handle low currents (from 1nA to 10μA)
- Bias voltage between 1V to 5V
- High impedance range especially for high strain range measurement

You need a high impedance first stage to handle the measurement of high impedance sensors. Several solutions exist:
- Use instrumentation amplifier with high impedance buffer (such as OPA365 or APO320)
- Perform a current measurement instead of a resistance measurement (with logarithmic amplifier for example)
However, all the techniques than can measure a high resistance or a small current can be used

Bei den meisten Begriffe bin ich leider total raus. Vielleicht hat wer von euch eine Idee wie ich das am besten umsetzen könnte?

Hier noch ein paar Specs:
• Shape of sensor response: ΔR/R0 = exp(g.ε)-1
• Gauge factor: g : 35 to 75
• Nominal resistance: R : 200kΩ
• Deformation range: ε : 1 to 20 000 μm/m (limit: 2%)

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... ich hab' die bisher immer mit einem Treiber/Vorverstärker verwendet - das ist eine kleine, dicht gepackte Platine, die einfach nur mit +5V versorgt wird und ein analoges Signal 0-5V zurückgibt.

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Viktor
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Ha, Viktor, auf dich habe ich gehofft
Meinst du normale DMS?

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Wurstnase
Ha, Viktor, auf dich habe ich gehofft
Meinst du normale DMS?

... ja, ich habe mal zu einem Projekt für Alcoa, die mit Hysterese-Kupplungen von Gerwah die "Flaschen-Zudreh-Automaten" bestückten, einen drahtlosen Kraftsensor in die Kupplungen einbauen sollen, damit sie messen konnten, ob der Deckel normal aufgeschraubt wurde oder durch z.B. Glassplitter im Gewinde "gefressen" hat.

Dafür habe ich DMS-Streifen auf die Achsen der Kupplungen geklebt, die Verwindung der Achse ausgemessen und das jeweilige Signal mit C51-"Funkbriefmarken" ausgemessen, ausgewertet und als "gut/schlecht"-Info an die Basisstation gesendet.

Dafür habe ich etwa 50 Cent große runde Vorverstärker-Platinen gefunden, die mit Trimmpotis abgeglichen werden konnten, so daß ich den optimalen Signal-Bereich einstellen konnte.

Frag mich nicht, wie die Herstellerfirma heißt

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 04.02.16 03:17.

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Viktor
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Das Ding hier ist kein normaler DMS. Der nominale Widerstand liegt bei 200 bis 350kOhm. Und der steigt in meinem Aufbau dann nichtlinear auf ~500kOhm.

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... ich denke, der von mir damals verwendete Vorverstärker war auch nichts weiter, als ein OP-Treiber, der den Widerstandsbereich eines beliebigen Sensors auf einen 0-5V Spannungs-Ausgangsbereich 'mappt'. Den habe ich später auch nochmal für einen Hall-Sensor verwendet.

Die Trimmpotis machen die Anpassung an die jeweilige Eingangs- und Ausgangsspannung und Verstärkung/Abschwächung, so daß alle möglichen Widerstandskennlinien ausgelesen werden können ... die Nichtlinearität muß dann per Software korrigiert bzw. angepaßt werden -- das kennen wir ja auch bei den Thermistor-Kennlinien.

Sollte aber auch kein Problem sein, den Sensor mit z.B. 12V zu beaufschlagen und die Widerstandsänderung als Spannungsabfall mit passender Widerstandsbrücke auf einen ADC zu geben ...

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Viktor
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Moin,
ich hatte vor gut zwei Jahren mal mit einer DMS-Messbrücke im Studium zu tun (genaueres hierzu in der Versuchsbeschreibung im Link 1 unten) und kann zumindest versuchen dir zu helfen.

Grundsätzlich kann man sie sich wie eine sehr feine Drahtbahn vorstellen, meistens in Folie eingelassen. Wenn der Draht gedehnt wird nimmt der Widerstand minimal zu, wird er gestaucht nimmt er minimal ab. (Link 2)
Über das ohmsche Gesetz kann man dann festellen, dass sich (bei gleichbleibender Stromstärke) die am Widerstand abfallende Spannung ändern muss (U = R * I, R ändert sich, I konstant -> U ändert sich proportional) .
Daher auch der Vorschlag aus dem Datenblatt: "- Perform a current measurement instead of a resistance measurement (with logarithmic amplifier for example)" Anstatt der Stromstärke (Current) wird man wohl auch die Spannung messen können.
Wir hatten DMS in einer Wheatstoneschen Messbrücke (Link 3) genutzt, um die Dehung, aufgrund einer (statischen) Gewichtsbelastung, als Spannung aufnehmen zu können, DMS sollten aber auch dynamisch genutzt werden können.
Wie du selbst schon gemerkt hast findet die Widerstandsänderung ganze nicht linear, sondern exponentiell statt, daher auch die Angabe wie die Widerstandskurve aussieht: "Shape of sensor response: ΔR/R0 = exp(g.ε)-1"
Die Änderung des Widerstands, bezogen auf den Ausgangswiderstand (200k Ohm gegeben) entspricht also einer Exponentialfunktion, die von der Empfindlichkeit und der Dehnung des DMS abhängt.
Die Empfindlichkeit ist mit dem "Gauge factor", Geberfaktor bzw. k-Faktor zu deutsch, gegeben. Der anzeigbare Dehungsbereich ist auch gegeben.

Eine Idee meinerseits wäre jetzt den DMS in eine Wheatstonesche Messbrücke einzusetzten, über entsprechende weitere Widerstände einen Nullzustand herstellen und dann die Spannungsänderungen am DMS messen. Wahrscheinlich ist dazu ein Verstärker notwendig. Ein logarithmischer Verstärker wird ja in dem Datenblatt vorgeschlagen. Hierdurch würde das Verhalten wohl auch linearisiert werden. Sonst kann dies wohl auch in der Auswertung später geschehen. Da ich bisher nur mit statischen Messungen bei DMS zu tun hatte kann ich dir aber nicht sagen, wie gut dann noch die dynamische Darstellung ist. Je nach dem, was genau du messen möchtest kann auch der reine Aufbau der Schaltung ein Problem darstellen.

Abgesehen von dem Skript zum DMS-Versuch nicht sonderlich wissenschaftliche Quellen, aber zum Verständnis wohl ausreichend:
Link 1: Skript zum Versuch
Link 2: Wikipedia zum DMS
Link 3: Wikipedia zur Messbrücke

Das Skript hat am Anfang einige andere Versuche und theoretische messtechnische Grundlagen. Ab Seite 46 des PDFs geht es dann um die DMS und die Messbrücke.