Suche Messwandler Piezo-digital

Post by Joachim Schmid
Hallo Kollegen,
wir setzen bei uns im Labor für dynamische Kraftmessungen
3D-Piezo-Aufnehmer ein. Das von diesen gelieferte
elektrostatische Ausgangssignal wird von einem mehrkanaligen
Ladungsverstärker verstärkt, und dann von einer speziellen
A/D-Wandlerkarte in einem PC zur Auswertung aufgenommen. Die
ganze Hard- und Software ist sehr antiquiert, ich rechne täglich
mit einem Systemausfall. Ein Totalersatz ist aber nicht
finanzierbar. Die eigentlichen Kraftaufnehmer sind ja auch noch
in sehr guter Verfassung.
Mein Gedanke ist nun, den ganzen Kram durch einen elektronischen
Wandler zu ersetzen, der das Piezo-Ausgangssignal direkt für
einen modernen PC verwendbar macht, entweder als serielles
Digitalsignal (RS 232C, oder USB), oder in Form einer PCI-Karte.
Mir sind letztes Jahr auf einer Messe solche Dinge begegnet,
allerdings habe ich damals ohne jede Prüfung auf konkrete
Verwendbarkeit (Signalfrequenz usw.) einfach mal ein paar
Prospekte gebunkert. Leider sind diese Prospekte inzwischen
verschwunden, und ich finde bei meinen Recherchen die Anbieter
nicht mehr (bin ich blöd, oder hab ich damals etwas falsch
verstanden?). Kistler als Hersteller der Kraftmessdosen kann
nichts anbieten. Hat jemand von euch einen Tipp?
Joachim

Hallo Joachim
Bei Piezo-Kraftaufnehmern kommst Du ohne Ladungsverstärker nicht
aus, weil die Piezo-Aufnehmer eben nur Ladungen abgeben und keine
Spannung.
Ein Ladungsverstärker ist im Prinzip ein extrem hochohmiger (Giga-
bis Terra-Ohm) Verstärker, der ein belastbares Ausgangssignal
für die Weiterverarbeitung erzeugt. Der direkte Anschluss eines
normalen Meßverstärkers an einen Piezo-Aufnehmer ergibt Mist.

Etwas anderes sind Piezoresistive Aufnehmer, bei denen die
Widerstandsänderung des Kristalls gemessen wird. Das geht
meines Wissens auch mit normalen Verstärkern.
Die Fa. Kistler liefert beide Typen und hat sehr gute
Dokumentationen zu dem Aufnehmer-Thema.

Langer Rede kurzer Sinn: so wie Du das vor hast geht es nicht!
Rede mal mit den Kistler-Leuten, wenn Du deren Aufnehmer hast.
Ich kenne die als sehr hilfsbereit.

Ich hoffe geholfen zu haben
Gruß Hans-Georg

Ralf Kusmierz

2007-01-02 14:09:35 UTC

X-No-Archive: Yes

Post by Hans-Georg Finger
Bei Piezo-Kraftaufnehmern kommst Du ohne Ladungsverstärker nicht
aus, weil die Piezo-Aufnehmer eben nur Ladungen abgeben und keine
Spannung.

Du hast noch nie ein Piezo-Feuerzeug in der Hand gehabt?

Post by Hans-Georg Finger
Ein Ladungsverstärker ist im Prinzip ein extrem hochohmiger (Giga-
bis Terra-Ohm) Verstärker, der ein belastbares Ausgangssignal
für die Weiterverarbeitung erzeugt.

Ein Ladungsverstärker schließt schlicht das Eingangssignal kurz - nix
"hochohmig".

Post by Hans-Georg Finger
Der direkte Anschluss eines
normalen Meßverstärkers an einen Piezo-Aufnehmer ergibt Mist.

Definiere "normaler Meßverstärker".

Post by Hans-Georg Finger
Etwas anderes sind Piezoresistive Aufnehmer, bei denen die
Widerstandsänderung des Kristalls gemessen wird. Das geht
meines Wissens auch mit normalen Verstärkern.
Die Fa. Kistler liefert beide Typen und hat sehr gute
Dokumentationen zu dem Aufnehmer-Thema.

Kistler hat (glücklicherweise) keine Monopolstellung - es gibt
alternative Anbieter, die den Eingangsverstärker direkt in die
Piezoaufnehmer integrieren, was die Leitungsführung weitaus weniger
heikel gestaltet, und sind zudem noch deutlich billiger.

Post by Hans-Georg Finger
Langer Rede kurzer Sinn: so wie Du das vor hast geht es nicht!
Rede mal mit den Kistler-Leuten, wenn Du deren Aufnehmer hast.
Ich kenne die als sehr hilfsbereit.

Bei den Preisen ...

Gruß aus Bremen
Ralf

--
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphäre Autor bißchen Ellipse Emission
gesamt hältst Immission interessiert korreliert korrigiert Laie
nämlich offiziell parallel reell Satellit Standard Stegreif voraus

Hans-Georg Finger

2007-01-03 09:19:17 UTC

Post by Hans-Georg Finger
Ein Ladungsverstärker ist im Prinzip ein extrem hochohmiger
(Giga- bis Terra-Ohm) Verstärker, der ein belastbares
Ausgangssignal für die Weiterverarbeitung erzeugt.

Ein Ladungsverstärker schließt schlicht das Eingangssignal kurz -
nix "hochohmig".

Hallo Ralf

Ich zitiere hier mal aus einer technischen Beschreibung eines
Ladungsverstärkers der Fa. Kistler:
<Zitat Beginn>
Der Ladungsverstärker besteht aus einem Gleichstromverstärker
hoher Eingangsimpedanz mit kapazitiver Gegenkopplung,
gefolgt von einem Operationsverstärker ...usw.
Der extrem hohe Eingangswiderstand (10hoch14 Ohm = 100 TOhm)
wird durch einen Hochspannungs-Doppel-MOSFET in der Eingangs-
stufe erreicht.
<Zitat Ende>

Nix "Kurzschluss".

Post by Hans-Georg Finger
Der direkte Anschluss eines
normalen Meßverstärkers an einen Piezo-Aufnehmer ergibt Mist.

Definiere "normaler Meßverstärker".

Definition Normaler Meßverstärker: Eingangswiderstand 10 MOhm

Post by Ralf Kusmierz
Kistler hat (glücklicherweise) keine Monopolstellung - es gibt
alternative Anbieter, die den Eingangsverstärker direkt in die
Piezoaufnehmer integrieren, was die Leitungsführung weitaus
weniger heikel gestaltet, und sind zudem noch deutlich billiger.

Laut OP sind die Aufnehmer vorhanden und sollen nicht ersetzt
werden!

Post by Hans-Georg Finger
Langer Rede kurzer Sinn: so wie Du das vor hast geht es nicht!
Rede mal mit den Kistler-Leuten, wenn Du deren Aufnehmer hast.
Ich kenne die als sehr hilfsbereit.

Bei den Preisen ...

Bei der Qualität und Lebensdauer ;-)

Post by Ralf Kusmierz
Gruß aus Bremen
Ralf

Gruß aus Regensburg

Hans-Georg

Alexander Dörr

2007-01-03 10:56:52 UTC

"Hans-Georg Finger" <Hans-***@web.de> schrieb im Newsbeitrag news:***@139.23.33.23...

Hallo Hans-Georg,

Post by Hans-Georg Finger
<Zitat Beginn>
Der Ladungsverstärker besteht aus einem Gleichstromverstärker
hoher Eingangsimpedanz mit kapazitiver Gegenkopplung,
gefolgt von einem Operationsverstärker ...usw.
Der extrem hohe Eingangswiderstand (10hoch14 Ohm = 100 TOhm)
wird durch einen Hochspannungs-Doppel-MOSFET in der Eingangs-
stufe erreicht.
<Zitat Ende>
Nix "Kurzschluss".

Doch! Die Beschreibung ist etwas irreführend. Ein Ladungsverstärker besteht
aus einem hochohmigen Operationsverstärker mit einem hochwertigen
Kondensator in der Gegenkopplung. Der Piezo-Aufnehmer arbeitet also mit
seinem Ausgang gegen einen virtuellen Kurzschluss des Ladungsverstärkers.

Um das Messsignal nicht durch Leckströme zu verfälschen, muss der verwendete
Operationsverstärker einen sehr hohen Eingangswiderstand und eine kleine
Eingangskapazität besitzen. Dies erreicht man z. B. durch Vorschalten eines
FET vor die Eingänge eines integrierten Operationsverstärkers.

Gruß,
Alexander

Rainer Zocholl

2007-01-03 14:15:00 UTC

Post by Alexander DÃ¶rr
Hallo Hans-Georg,

Man muss sich das wie einen "invertierenden Verstärker" vorstellen,
bei dem die Widerstände halt Kondensatoren sind, wobei der
Eingangsseitige Kondensator der Piezo-geber ist.

Post by Alexander DÃ¶rr
Um das Messsignal nicht durch Leckströme zu verfälschen, muss der
verwendete Operationsverstärker einen sehr hohen Eingangswiderstand
und eine kleine Eingangskapazität besitzen. Dies erreicht man z. B.
durch Vorschalten eines FET vor die Eingänge eines integrierten
Operationsverstärkers.

Wie bekommt man sowas DC mässig stabil hin?
Choppen?

Rainer

Ralf Kusmierz

2007-01-03 14:54:41 UTC

X-No-Archive: Yes

Post by Rainer Zocholl

Wie bekommt man sowas DC mässig stabil hin?

Gar nicht - dafür gibt es bei den verhältnismäßig kleinen Ladungen
(irgendwas im pC-Bereich), den die Piezos abgeben, zu viele
"Dreckeffekte". Man kann die Ladungsverstärker nur zusätzlich *sehr*
hochohmig gegenkoppeln und dadurch stabilisieren, im übrigen wird das
Nutzsignal über einen (einstellbaren) HP mit sehr niedriger
Eckfrequenz ausgekoppelt.

Braucht man gewissermaßen "stationäre" Kräfte als DC-Signal, kann man
nur den HP abschalten, gelegentlich die Reset-Taste drücken und beten.
("Spezialisten" versuchen, die verbleibenden parasitären Offset-Ströme
und -Spannungen mit einstellbaren hochohmigen Spannungsteilern usw. zu
kompnsieren, um sich damit die nutzbare Meßzeit ein wenig zu
verlängern - letztlich ist das aber Murks, wer wirklich stationäre
Kräfte braucht, muß sein Meßverfahren mal überdenken und sich bei der
Waagenindustrie nach elektrostatischen Meßzellen umsehen -
Kraftmessung mit Piezos ist genau genommen eine
"quick-and-dirty-Methode", auch, wenn man das angesichts der
Kistler-Preise nicht glauben mag.)

Post by Rainer Zocholl
Choppen?

Das Problem tritt direkt am Sensorsignal auf, da kann man nicht viel
dran "rumbasteln". Die Kapazitäten elektronischer Schalter sind viel
zu hoch.

Gruß aus Bremen
Ralf

Ralf Kusmierz

2007-01-03 13:52:06 UTC

X-No-Archive: Yes

Post by Ralf Kusmierz
Ein Ladungsverstärker schließt schlicht das Eingangssignal kurz -
nix "hochohmig".

Ich zitiere hier mal aus einer technischen Beschreibung eines
<Zitat Beginn>
Der Ladungsverstärker besteht aus einem Gleichstromverstärker
hoher Eingangsimpedanz mit kapazitiver Gegenkopplung,

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

Post by Hans-Georg Finger
gefolgt von einem Operationsverstärker ...usw.
Der extrem hohe Eingangswiderstand (10hoch14 Ohm = 100 TOhm)
wird durch einen Hochspannungs-Doppel-MOSFET in der Eingangs-
stufe erreicht.
<Zitat Ende>
Nix "Kurzschluss".

Doch "Kurzschluß": Die kapazitive GK macht nichts anderes, als das
Eingangssignal "totzuschlagen", stellt also dynamisch betrachtet einen
Kurzschluß dar (was auch sinnvoll ist). Die Verwendung hochohmiger
MOS-FET-Eingänge im OP hat natürlich nur den Sinn, die Offsetströme
dort klein zu halten, weil die die Gegenkopplungskapazität aufladen
und das Meßsignal verfälschen würden.

Post by Hans-Georg Finger
Der direkte Anschluss eines
normalen Meßverstärkers an einen Piezo-Aufnehmer ergibt Mist.

Definiere "normaler Meßverstärker".

Definition Normaler Meßverstärker: Eingangswiderstand 10 MOhm

Kaufe ich wegen unzureichender Spezifikation nicht. Der
Ladungsverstärker ist in der Tat das "kritische" Element in der
Meßkette nach dem Piezo-Aufnehmer, aber ich habe doch arge Zweifel,
daß er soviel wert ist, wie K. dafür verlangt. Einen rauscharmen OP-IC
mit extrem kleinem Offsetstrom (und sorgfältig ausgewählten passiven
Bauelementen, insbesondere die Gegenkopplungskapazität) findet man
auch anderswo deutlich billiger, und es kommt i. a. der Meßgenauigkeit
sehr entgegen, wenn der Anwender das Meßprinzip im Detail verstanden
hat und auch die ganzen "Dreckeffekte" (Stichwort: Thermospannungen)
kennt und berücksichtigt.

Laut OP sind die Aufnehmer vorhanden und sollen nicht ersetzt
werden!

Ich sehe so etwas als Aspekt, aber nicht als unumstößlich an. Dennoch
bedingen Kistler-Aufnehmer keine Kistler-Verstärker.

Post by Hans-Georg Finger
Langer Rede kurzer Sinn: so wie Du das vor hast geht es nicht!
Rede mal mit den Kistler-Leuten, wenn Du deren Aufnehmer hast.
Ich kenne die als sehr hilfsbereit.

Bei den Preisen ...

Bei der Qualität und Lebensdauer ;-)

Gegen die Qualität habe ich nichts einzuwenden (fragte mich nur
häufig, wieso "wilde Signale" auftraten, wenn man an der
Sensor-Anschlußleitung wackelte ;-)), aber die Lebensdauer hängt im
wesentlichen vom achtsamen Umgang mit den Gerätschaften ab und
entzieht sich dem Einfluß des Herstellers.

Gruß aus Bremen
Ralf

Joerg

2007-01-02 19:33:23 UTC

Hallo Joachim,

Post by Joachim Schmid
wir setzen bei uns im Labor für dynamische Kraftmessungen
3D-Piezo-Aufnehmer ein. Das von diesen gelieferte elektrostatische
Ausgangssignal wird von einem mehrkanaligen Ladungsverstärker verstärkt,
und dann von einer speziellen A/D-Wandlerkarte in einem PC zur
Auswertung aufgenommen. Die ganze Hard- und Software ist sehr
antiquiert, ich rechne täglich mit einem Systemausfall. Ein Totalersatz
ist aber nicht finanzierbar. Die eigentlichen Kraftaufnehmer sind ja
auch noch in sehr guter Verfassung.
Mein Gedanke ist nun, den ganzen Kram durch einen elektronischen Wandler
zu ersetzen, der das Piezo-Ausgangssignal direkt für einen modernen PC
verwendbar macht, entweder als serielles Digitalsignal (RS 232C, oder
USB), oder in Form einer PCI-Karte. Mir sind letztes Jahr auf einer
Messe solche Dinge begegnet, allerdings habe ich damals ohne jede
Prüfung auf konkrete Verwendbarkeit (Signalfrequenz usw.) einfach mal
ein paar Prospekte gebunkert. Leider sind diese Prospekte inzwischen
verschwunden, und ich finde bei meinen Recherchen die Anbieter nicht
mehr (bin ich blöd, oder hab ich damals etwas falsch verstanden?).
Kistler als Hersteller der Kraftmessdosen kann nichts anbieten. Hat
jemand von euch einen Tipp?

Kann man selbst bauen. Wenn es servierfertig sein soll, frage mal hier:
http://www.geitmann.de/html/ladungsverstaerker.html

Ich kenne diese Firma aber nicht. Kam mir nur in den Sinn, weil sie ja
bei Euch in good old Germany ist.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

Hans-Georg Finger

2007-01-03 09:28:18 UTC