Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Starthilfe Wegmessung


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von Zoni B. (zonibadneck)


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Hallo Zusammen,

Ich beginne grade eine kleines Projekt, bei dem es darum geht einem rein 
mechanischen Messgerät einen digitalen Output nachzurüsten.
Das Gerät hat eine gekrümmte Skala mit einer Zeigerspitze, sehr ähnlich 
dieser Briefwaage im Bild-Anhang.

Die Idee ist, den Zeigerwert 1:1 digital abzulesen und per Knopfdruck 
als Tastatureingaben an einen PC zu senden.

Nun brauche ich aber zunächst einmal einen Ansatz wie ich die 
Zeigerposition auslesen kann und bin nach ein wenig Recherche 
hinsichtlich Wegsensoren zwar etwas schlauer was es für Möglichkeiten 
gäbe, aber habe durch mangelnde Erfahrung wenig Ideen wie man das 
umsetzen kann, vorallem im Hinblick auf einfach beschaffbare und 
kostengünstige Komponenten.
Die (entkrümmte) Messstrecke wäre ca. 20cm lang und ist in 50 
Skaleneinheiten unterteilt, wäre also eine Auflösung von 2,5 
Skalenteilen/cm, etwas genauer darf es natürlich auch sein


Am wichtigsten wäre eine geringe Bauform da sonst die Handhabung 
beeinträchtigt wäre. Der Kostenfaktor wäre auch wichtig, aber es ist 
kein absolutes Sparbudget.
Hier ein paar erste Ansätze, wäre um jeden Input dankbar der das ganze 
in die richtige Richtung lenkt:

- Widerstandsmessung: Die Zeigerspitze per Schleifkontakt auf einen auf 
dem Grundkörper aufgeklebten Widerstand als Potentiometer arbeiten 
lassen, wäre das allerbilligste und einfachste, aber dann müsste alles 
aufwendig berührungssicher abgedeckt werden.

- Kapazitiv:
Da dachte ich an das Prinzip von einfachen Digitalen Messschiebern, aber 
da finde ich zum Beispiel nicht diese Leiterstreifen die am 
stillstehenden Teil befestigt werden, noch dazu müssten diese in meinem 
Fall gebogen sein.
Gibt es dazu fertige Platinen?

- Optisch:
Einfach einen hell-dunkel-streifen hinter die Skala kleben und per 
LED+Foto-Diode abtasten --> richtiger Ansatz? Alternativ eine Laserdiode 
so wie bei einer Laser Computer-Maus? Die haben ja meist schon eine 
fotodiode integriert, aber die dient ja nach meinem Verstädnis bisher 
nur den Laser zu regeln, nicht um Abtastwerte auszulesen, richtig?

Das sind meine Überlegungen momentan, bin um jeden Tipp  Link  Hinweis 
dankbar.

Danke

von Kevin M. (arduinolover)


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Wie wäre eine Winkelmessung mit Magnet und Hall-Sensor. Das wäre sogar 
absolut bei dem Stellwege um den es hier geht.

Kapazitiv, kann aufwendig sein und die Idee mit der Lichtschranke gibt 
dir so direkt keine absolute Position.

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Zoni B. schrieb:
> sehr ähnlich dieser Briefwaage

Na wenn es sehr ähnlich ist, dann ist unter der Drehachse mit ihrer 
Kappe genug Platz für die Schleifbahn und den Schleifer aus einem Poti 
https://www.digikey.de/product-detail/de/bourns-inc/3382H-1-252/3382H-1-252-ND/2080231

oder einen https://www.mouser.de/ProductDetail/ams/AS5601-ASOM

Wenn aber die 'Ähnlichkeit' da schon abweicht, DANN ZEIG VERDAMMT 
NOCHMAL DAS ORIGINAL.

von Zoni B. (zonibadneck)


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Kevin M. schrieb:
> Wie wäre eine Winkelmessung mit Magnet und Hall-Sensor. Das wäre sogar
> absolut bei dem Stellwege um den es hier geht.

OK, das habe ich noch nicht in Betracht gezogen. Hast du da auch eine 
Messung an der Drehachse im Sinn, oder eine an der Skala-seite?

> Kapazitiv, kann aufwendig sein und die Idee mit der Lichtschranke gibt
> dir so direkt keine absolute Position.

MaWin schrieb:
> Wenn aber die 'Ähnlichkeit' da schon abweicht, DANN ZEIG VERDAMMT
> NOCHMAL DAS ORIGINAL.

Ist grade nicht möglich ein Bild zu senden, ist aber wenig relevant, 
denn
in meinem ersten Post habe ich aber tatsächlich ein wichtiges Kriterium 
vergessen zu erwähnen, entschuldigung dafür:
Die Messung an der Drehachse ist leider nicht möglich.
Die Fragestellung wäre hier wie man an eine Messelektronik an der Seite 
der Skala wo auch der manuelle Zeiger läuft unterbringen kann. Im 
Hinblick auf diese Seite ist das Gerät identisch.

von Kevin M. (arduinolover)


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Zoni B. schrieb:
> OK, das habe ich noch nicht in Betracht gezogen. Hast du da auch eine
> Messung an der Drehachse im Sinn, oder eine an der Skala-seite?

Prinzipbedingt an der Drehachse.

Es gibt aber auch absolut kodierte Polringe die man auf die Skala 
bringen kann, sofern es sich um einen Teilkreis handelt. Die sprengen 
dann aber vermutlich dein Budget.

: Bearbeitet durch User
von Ulf P. (bastler2004)


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> - Optisch:
> Einfach einen hell-dunkel-streifen hinter die Skala kleben und per
> LED+Foto-Diode abtasten --> richtiger Ansatz?

An den Zeiger einen "gebogenen" Streifen mit ein past Spuren Gray-Code?

von Stefan F. (Gast)


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Wenn die Ausrichtung der Skala relativ zur Erdoberfläche immer gleich 
ist, kannst du den Neigungswinkel des Zeigers mit einem 2-Achsen 
Beschleunigungssensor erfassen. Die gibt es wahlweise analog oder 
digital.

von Ulf P. (bastler2004)


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Typo:
ein paar Spuren

von Sebastian S. (amateur)


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An der Drehachse ein möglichst lineares Potentiometer oder einen 
Inkremental- bzw. Drehgeber.
Alles andere wäre ja auch vom "Winkel" abgeleitet.
Allerdings steht dem "beliebig verkomplizieren" nichts entgegen. So z.B. 
einen Laser, im Zentrum der Achse, befestigen und in 100m Entfernung 
Änderungen im Femto-Gramm Bereich detektieren. Eine entsprechend lange 
Zeile mit Sensoren vorausgesetzt du ein entsprechend schlüpfriges Lager.

von Josef L. (Gast)


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Also sowas wie eine alte Kaufmannswaage?
https://www.google.com/search?client=firefox-b-d&q=kaufmannswaage+alt

Oder muss man für den Zeiger andere Maße, Kräfte usw. annehmen? Aus 
Metall? Glasscheibe o.ä. davor? Ohne genauere Angaben kann man nur 
Raten. Wie genau soll die Messung sein? Widerstandsmessung mit Schleifer 
geht zB schon nicht, wenn man den Zeiger mit dem Finger leicht 
festhalten oder bewegen kann.

Also optisches oder kapazitives Verfahren. Wenn man näher an der Achse 
was am Zeiger befestigen könnte: einen kleinen Ferritkern, der je nach 
Zeigerauslenkung mehr oder weniger in eine Spule taucht. Das müsste man 
dann aber eichen (die Induktivität wird nicht linear von der 
Zeigerauslenkung abhängen).

Man kann auch eine Art Drehkondensator draus machen, Auswertung siehe in 
den Threads zu "Regensensor".

von Stefan F. (Gast)


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Josef L. schrieb:
> Also optisches oder kapazitives Verfahren

Oder wie gesagt die Beschleunigung durch Erdanziehung messen.

von Harald W. (wilhelms)


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Zoni B. schrieb:

> Ist grade nicht möglich ein Bild zu senden, ist aber wenig relevant,
> denn
> in meinem ersten Post habe ich aber tatsächlich ein wichtiges Kriterium
> vergessen zu erwähnen, entschuldigung dafür:
> Die Messung an der Drehachse ist leider nicht möglich.

Da eine Messung direkt an der Skala die aufwändiste und teuerste Lösung
darstellt, wäre eine genauere Beschreibung des eigentlichen Gerätes
schon sehr sinnvoll!

von Henrik V. (henrik_v)


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WENN etwas zusätzliches Gewicht an den Zeiger montiert werden kann und 
darf (Zeigergewicht hat keinen Einfluß auf die Messung, was bei der 
gezeigten Briefwaage nicht so ist), dann würde ich auch zu einem MEMS 2D 
(oder 3D weil er billiger ist) Beschleunigungssensor greifen.

Was ich immer schon mal gerne Ausprobieren wollte, ist in diesem Paper 
beschrieben: https://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.1685975
Also eine differentielle Kapazitätsmessung. Mit µC bauchts da nur 4 
dioden , einen RC Tiefpass und den µC für AC Gen und ADC (+2x R und nen 
C als Levelshifter AGNG -> µC_Vcc/2).

sollte für 6 bit reichen ;)

Linearisierung über LUT oder Elektrodenform oder beides...

Die zwei Elekroden könnten zB aussehen wie zwei Sensen (langes Rechteck 
mit einem diagonalen Schlitz, dann zum Viertelkreis gebogen, der Zeiger 
auf AGND ist die variable Koppelung...

von Sebastian S. (amateur)


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Irgendwie erscheint mir diese Diskussion hier auf dem Weg zum Hornberger 
Schießen zusein.
Sinnvoll wäre es, wenn der TO mal sagen würde, was er denn will und uns 
nicht die Ohren mit irgendwelcher Prosa vollzumüllen!
Gerüchten zufolge gibt es hier viele, die - wenn kein Bildverfügbar - 
auch eine Handskizze "lesen" können.
Das erste Bild, mit dem Untertitel: Genauso - nur anders, war ja 
wirklich nicht der große Bringer.
Muss natürlich nicht sein. Es kann ja auch munter drauflos geraten 
werden.

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