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Innovation Messtechnik 2017

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Charakterisierung eines 24-bit Kapazitäts-Digital-Umsetzers (AD7746)

Jürgen JOSEF

Die Arbeit beschäftigte sich mit Möglichkeiten zur Detektion von Schneidradien von Messerbändern während des Produktionsprozesses. Bei der Auswahl der Auswertmethode spielte neben der hohen Bandgeschwindigkeit auch der hohe Verschmutzungsgrad eine große Rolle, wodurch z.B. optische Methoden ausgeschlossen sind.

Somit fiel das Hauptaugenmerk auf eine kapazitive Methode, bei der die Anforderungen der Anwendung die maßgeblichen Faktoren sind. Im Speziellen sind die kleinen Kapazitäten im Bereich von femto-bis-atto-Farad die Herausforderung. Da zum Entwurf von hochpräzisen Kapazitätmessschaltungen noch keine Erfahrung am Institut vorhanden war und für eine Neuentwicklung zu wenig Zeit zur Verfügung stand, wurde eine fertige Lösung in Form einer integrierten Schaltung gesucht.

Die Wahl fiel auf den 24-bit Kapazitäts-Digital-Umsetzer AD7746 der Firma ANALOG DEVICES, welcher die hohen Anfordungen an Auflösung und Genauigkeit erfüllt und gleichzeitig eine relativ hohe Messrate im Vergleich zu ähnlichen Bauteilen besitzt. Weiters spielte der Preis und die Verfügbarkeit eines Evaluation Boardes eine Rolle. Die vergleichsweise geringe Messrate des Chips ist für die Messungen im Labor vollkommen ausreichend, es sollte zunächst nur die Machbarkeit anhand eines Prototyps gezeigt werden.

Zweck dieser Projektseminararbeit war es, die Eigenschaften des Chips zu überprüfen und die tatsächliche Auflösung und Genaugigkeit zu ermitteln. Weiters wurde das dynamisches Verhalten und der Einfluss anderer Faktoren, wie z.B. die Temperatur, untersucht. Beim Entwurf der Peripherie und Benutzeroberfläche wurde besonders auf Bedienfreundlichkeit, Plattformunabhängigkeit sowie auf eine einfache Adaptierbarkeit auf andere Projekte geachtet.

Abbildung 1: Ein typisches Ergebnis für eine dynamische Messreihe. In diesem Fall wurde eine 30 Hz Anregefrequenz gemessen, mit 90 Hz an den PC übertragen und mittels FFT analysiert. Die variable Kapazität wurde mit einer präparierten Mikrofonkapsel erreicht.

Abbildung 1: Ein typisches Ergebnis für eine dynamische Messreihe. In diesem Fall wurde eine 30 Hz Anregefrequenz gemessen, mit 90 Hz an den PC übertragen und mittels FFT analysiert. Die variable Kapazität wurde mit einer präparierten Mikrofonkapsel erreicht.

Keywords: 24-bit Kapazitäts-Digital-Umsetzer, AD7746, AVR, I2C

30. Juli 2012