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Innovation Messtechnik 2017

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Inhalt:

Analyse und Verbesserung einer magnetoresistiven Wegmessschaltung

Helmut Wernick

Im Rahmen dieses Projektseminars soll eine Positionsmessschaltung, die aus einer Diplomarbeit in Zusammenarbeit mit der Firma Leotec GmbH entstanden ist, überarbeitet werden. Das Messprinzip dieser Schaltung beruht auf dem magnetoresistiven Effekt, d. h. auf der Widerstandsänderung eines Materials, wenn es einem veränderlichen Magnetfeld ausgesetzt wird.

Aufbau der Hardware: Über dem Print ist ein Schlitten, der einen Magneten trägt. Dieser überstreicht 8 magnetoresistive Sensoren über einer Länge von 100 mm. Die Sensorsignale werden von Instrumentenverstärkern verstärkt und über Tiefpässe und Spannungsfolger zur Pufferung und Impedanzwandlung an die Eingänge von vier 1 MSPS schnellen AD-Umsetzern gelegt. Diese digitalisieren die Signale mit einer Auflösung von 16 Bit und stellen die digitalen Signale an einem 16 Bit breiten Bus bereit, von dem sie sequentiell von einem FPGA-Micromodul "Spartan 3" der Firma Trenz Electronic abgefragt werden. Über eine serielle Schnittstelle kann man die Sensordaten vom Microcontroller abfragen.

Die übernommene Hardware sollte eine Positionsauflösung von 5 µm erreichen, was einer digitalen Auflösung der Signale von mindestens 12 Bit entspricht. Aufgrund von Störungen, verursacht durch ungünstige Bauteilwahl, Einkopplungen und Layout-Fehlern erreichte die Hardware jedoch nur eine Auflösung von maximal 9 effektiven Bits.

Ziel war es nun, diese Störungen zu identifizieren, zu untersuchen und zu eliminieren. Dazu wurde eigens ein Messgerät mit Auflösung im µV-Bereich entwickelt, um Störungen besser lokalisieren zu können. Nach eingehenden Untersuchungen und Änderungen an der Schaltung wurde eine Auflösung von 13-14 Bit erreicht.

Abbildung 1: Sensormechanik

Abbildung 1: Sensormechanik

31. August 2007