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Hallo,

ich möchte gern über eine PVDF-Sensor (alternativ Piezokeramik o.ä.) eine Krafteinwirkung messen.Überall in der Literatur wird angegeben, dass man einen Verstärker (Ladungsverstärker) verwenden sollte. Kann mir jemand erklären warum das so ist und warum ich das Signal nicht "direkt" auswerten kann? Geht es da hauptsächlich um die Verstärkung des Signals? Anhand der Gleichungen habe ich gelesen, dass beim Ladungsverstärker die Kabelkapazitäten nicht mit eingehen. Leider habe ich gar kein Gefühl bzw. Erfahrung ob und in wie weit das für meine Anwendung wichtig ist. Ich habe den Sensor zurzeit einfach mal an einen differentiellen ADC Eingang gehangen und erhalte Signale mit Amplituden von -10 bis 10 V. Das Kabel ist ein Twisted Pair Kabel.

Ist das Signal was ich an einem ADC oder Oszi messe "verfälscht", so dass man unbedingt einen Ladungsverstärker einsetzen sollte?

Vielen Dank schonmal für die Anregungen/Hilfestellungen.

» ich möchte gern über eine PVDF-Sensor (alternativ Piezokeramik o.ä.) eine
» Krafteinwirkung messen.Überall in der Literatur wird angegeben, dass man
» einen Verstärker (Ladungsverstärker) verwenden sollte. Kann mir jemand
» erklären warum das so ist und warum ich das Signal nicht "direkt"
» auswerten kann?

Weil das dem Sensor zugrunde liegende Prinzip die Ladungsverschiebung ist.

Hi,
der Piezzo erzeugt Ladungsdifferenzen, die zuerst durch einen Integrierenden Verstärker (Ladungsverstärker) gehen, damit die größe der Verschiebung und damit die Kraft als Meßgröße entsteht.
Der Piezzo ist für differentielle mechanische Größen geeignet. -> Beschleunigungssensor
Für Geschwindigkeit oder Lage ist dann wieder ein einfaches oder doppeltes Integral der Auslenkung zu bilden.

Cu
Stef

Ok, das Piezos Ladungsverschiebungen proportional zur einwirkenden Kraft (bzw. Dehnung) generieren habe ich auch verstanden. Trotzdem kann bzw. messe ich doch dann auf Grundlage der Ladungsverschiebung eine Spannung über dem Piezo bzw. dem Innenwiderstand des Messgerätes. Mein Problem ist, dass ich eine sehr geringe Stromaufnahme realisieren muss. Daher möchte ich wissen, ob man auf den Ladungsverstärker verzichten kann, und die Ladungsverschiebung in Form des Potentialunterschieds direkt abgreifen kann und wenn wo da die Probleme bestehen.

Vielen Dank!

» wissen, ob man auf den Ladungsverstärker verzichten kann, und die
» Ladungsverschiebung in Form des Potentialunterschieds direkt abgreifen
» kann und wenn wo da die Probleme bestehen.

Du verschenkst viel an Genauigkeit.

Eine Ladungsverschiebung ist eine "Spannung ohne dass Srom fließt".
Wenn du einfach einen Verstärker mit nicht unendlich hohem Eingangswiderstand nimmst, kriegst du statt einer anstehenden Ladung einen Impuls. Die Integration dieses Impulses ist eigentlich das, was du haben solltest.

Kommt drauf an, was du mit welcher Genauigkeit willst. "nur mal gucken, ob sich was bewegt" oder exakte Potitions oder Vibrationsmessung ist schon ein Unterschied.

Wenn du kommerziell messen musst, würde ich dir Herrn Bach empfehlen. http://www.bach-messtechnik.de/

hws

Hi,
wenn eine Kraft auf einen Piezzo einwirkt, dann entsteht zunächst die Ladungsverschiebung. Diese gleicht sich aber je nach Innenwiderstand und Isolation des Kristalls schnell wieder aus.
Also kannst Du an einem definierten Widerstand die resultierende Spannung messen und mit Hilfe eines Signal-Processors aufsummieren. Dieses Aufsummieren über die gleichförmige Abtastung entspricht einem zeitlichen Integral und somit der einwirkenden Kraft.
Beispiel:
Kraft geht auf Piezzo - Ladung entsteht und ein Strom fließt über den Messwiderstand. Die Spannung wird festgestellt und aufsummiert. Der Momentanwert der Summe ist die Kraft, der Momentanwert der Spannung ist die Beschleunigung.
(Ähnlich F = m * a, wobei a = f(t) ) Die Masse kann als Konstante gesehen werden, deren Maß als Kalibrierungsgröße und Umrechnung von Volt zu Newton einfließt.

Cu
Stef

Hallo,

ok, vielen Dank für die schöne Beschreibung. Jetzt kann ich das soweit ganz gut einordnen, Danke!

Für meine Applikation ist es mir eigentlich "egal" ob ich die Beschleunigung oder die Kraft messe. Ich möchte über das resultierende Signal des Piezo eine Klassifikation von verschiedenen Eingangsereignissen vornehmen und nicht die Kraft direkt als Messgröße bestimmen. Somit ist mir nur wichtig, dass das Signal was ich messe in irgendeinem proportionalem Bezug zur einwirkenden Kraft steht. Daher auch noch die Frage, ob diese Proportionalität noch gegeben ist, wenn ich die Spannung einfach über einen Widerstand messe, ohne Ladungsverstärker. Möchte halt nur sicherstellen, dass ich bei der Messung der Spannung über dem Widerstand ohne Ladungsverstärker ein "korrektes" (d.h. "gleiches" Signal bei gleicher Krafteinwirkung) erhalte. Vielleicht kann mir hier noch jemand ein Paar Infos bzw. Anregungen geben.

Vielen Dank!

Hat vielleicht noch jemand einen Hinweis in der beschriebenen Fragestellung?

» Hat vielleicht noch jemand einen Hinweis in der beschriebenen
» Fragestellung?




imperia.mi-verlag.de/imperia/md/upload/article/flu08_09_033.pdf

Artikel aus "Fluid" 9/2008.



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