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hi,
nach dem Nachbau des Gradiometers möchte ich mich nun an einen kompletten Eigenbau wagen
Und zwar möchte ich einen PI-Detektor selbst entwerfen und entwickeln
Sehr viel Ahnung von Elektronik hab ich (noch) nicht, ein Stück mehr als das ausm Physikunterricht aber schon. Also LCD via AVR anzusteueren und so geht schon...
Hier meine Idee:
Ich möchte gern 12V als Versorgungsspannung benutzen (vllt. auch von einem kleinen Bleiakku). Wenn nötig kann ich ja immer noch mehr aus den 12V holen mit einem Step-Up Converter. Muss ich wahrscheinlich auch um alle Module zu betreiben (Pulsgenerator, Signal Analyse, Benutzerschnittstelle).
Ich hab mir überlegt, dass ein relativ grosser Kondensator während der delay phase (also zwischenpause) geladen wird. Dann schaltet ein MOSFET durch, das Gate wird vom Prozessor gesteuert. Der Prozessor steuert also die Frequenz.
An der Spule entsteht beim Abschalten des Stroms (also wenn der Puls fertig ist), eine hohe Spannungsspitze. Hier kommt ein dämpfender Widerstand zum Einsatz (dazu gleich mehr!).
Ich möcht also nun das Signal direkt nach der Spitze auswerden. Eine Idee wäre 2 Timer zu verwenden. Der erste steuert den Puls. Der zweite das Zeitfenster in welchem das Signal analysiert wird. Timer 1 und 2 arbeiten also zeitversetzt.
Die Spannungskurve welche durch das Metallobjekt induziert wird, wird verstärkt von einem Operationsverstärker und dann wird das Signal mit einem ADC digitalisiert. Nach dem digitalisieren wird es knifflig, soll ich einen DSP benutzen welcher eine FFT durchführt? Weil ich zumindest Eisen diskriminieren möchte, bzw. die Wahrscheinlichkeit ausgeben, dass es sich um Eisen handelt. Letztendlich gelangt das Signal zum Microprozessor (ATmega). Der Prozessor verarbeitet das Signal, stellt Vergleiche auf und gibt schlussendlich das Resultat auf dem LCD aus.
Zum dämpfenden Widerstand hab ich nun noch folgende Idee gefunden:
Normalerweise wird der dämpfende Widerstand parallel zur Spule geschaltet. Er soll die Oszillation der Spule dämpfen oder ganz unterdrücken.
Umso grösser der dämpfende Widersand, umso mehr Strom wird abgeführt das heisst der Spannungsabfall erfolgt schnell. Ein schneller Spannungsabfall erlaubt es leichter Kleinteile zu detektieren da die Spule eine grösere Bandbreite hat.
Ist der Widerstand jedoch zu hoch, fliesst der Strom in die Spule, und die Spule beginnt zu schwingen. Die Schwingung überdeckt dann die Signal von Kleinteilen.
Ein kleiner Widerstand verlangsamt den Spannungsabfall und setzt die Sensitivität auf Kleinteile herunter.
Die Lösung ist also: ein Variabler dämpfender Widerstand
Die ultimative Lösung wäre eine Zeitabhängige Funktion für den variablen dämpfender Widerstand.
Der veränderbare Widerstand kann durch einen MOSFET realisiert werden. Mit der Gate-Spannung verändert sich der Widerstand zwischen Source und Drain.
Eine Erhöhung des Widerstands während des Sendeprozesses erhöht die "kick-back" spannung während eine erniedrigung des Widerstands die "kick-back" spannung dämpft. Wenn die Spule im Empfänger-Modus ist, dann bewirkt die Erhöhung des Widerstands eine Erhöhung der Bandbreite der Spule, eine Erniedrigung des Widerstands bewirkt das Gegenteil.
Wenn die erste Analyse der Spannungskurve darauf hindeutet dass es sich um ein Metallobjekt mit langer Abklingzeit handelt, kann der Prozessor den Widerstand herabsetzen (evtl. eine vorprogrammierte Liste mit möglichen Widerstandswerte) .
Ich könnte einen DAC Wandler benutzen der die Spannung am Gate des MOSFET's steuert, welcher wiederrum den Widerstand zwischen dem Source-Drain Pfad reguliert. Diese Implementation arbeitet als ein schneller, veränderbarer Widerstand. Die MOSFET's sind in der Lage den Widerstand sehr schnell zu ändern.
--------------
Ich habe heute auch noch ein paar Artikel über Operationsverstärker gelesen.
Für meine erste Schaltung hab ich mal den TL071 gewählt, ein low-power Operationsverstärker. Ich weiss jedoch nicht ob er etwas zu schwach ist für die Verstärkung des TX Signals.
Der Verstärkungsfaktor des empfangenen Signals sollte zwischen 100 und 1000 liegen.
Einige Fragen bleiben noch und zwar:
- Soll ich einen invertierenden Operationsverstärker benutzen fürs RX Signal? oder eine nicht-invertierenden? oder was ganz anderes?
- Wie kann ich den RX Verstärker, also das ganze Signal-Analyse-Modul vor den Spannungspitzen schützen?
- Soll ich vor dem RX Verstärker die Spannung zu einer Gleichspannung glätten bevor ich sie Verstärke? Die Verstärkung von hochfrequenten Signale ist ja ned so dolle beim Opamp.
Vielen Dank für jede Art von Hilfe, Kritik, Tipps!
Gruss
Simon
nach dem Nachbau des Gradiometers möchte ich mich nun an einen kompletten Eigenbau wagen
Und zwar möchte ich einen PI-Detektor selbst entwerfen und entwickeln Sehr viel Ahnung von Elektronik hab ich (noch) nicht, ein Stück mehr als das ausm Physikunterricht aber schon. Also LCD via AVR anzusteueren und so geht schon...
Hier meine Idee:
Ich möchte gern 12V als Versorgungsspannung benutzen (vllt. auch von einem kleinen Bleiakku). Wenn nötig kann ich ja immer noch mehr aus den 12V holen mit einem Step-Up Converter. Muss ich wahrscheinlich auch um alle Module zu betreiben (Pulsgenerator, Signal Analyse, Benutzerschnittstelle).
Ich hab mir überlegt, dass ein relativ grosser Kondensator während der delay phase (also zwischenpause) geladen wird. Dann schaltet ein MOSFET durch, das Gate wird vom Prozessor gesteuert. Der Prozessor steuert also die Frequenz.
An der Spule entsteht beim Abschalten des Stroms (also wenn der Puls fertig ist), eine hohe Spannungsspitze. Hier kommt ein dämpfender Widerstand zum Einsatz (dazu gleich mehr!).
Ich möcht also nun das Signal direkt nach der Spitze auswerden. Eine Idee wäre 2 Timer zu verwenden. Der erste steuert den Puls. Der zweite das Zeitfenster in welchem das Signal analysiert wird. Timer 1 und 2 arbeiten also zeitversetzt.
Die Spannungskurve welche durch das Metallobjekt induziert wird, wird verstärkt von einem Operationsverstärker und dann wird das Signal mit einem ADC digitalisiert. Nach dem digitalisieren wird es knifflig, soll ich einen DSP benutzen welcher eine FFT durchführt? Weil ich zumindest Eisen diskriminieren möchte, bzw. die Wahrscheinlichkeit ausgeben, dass es sich um Eisen handelt. Letztendlich gelangt das Signal zum Microprozessor (ATmega). Der Prozessor verarbeitet das Signal, stellt Vergleiche auf und gibt schlussendlich das Resultat auf dem LCD aus.
Zum dämpfenden Widerstand hab ich nun noch folgende Idee gefunden:
Normalerweise wird der dämpfende Widerstand parallel zur Spule geschaltet. Er soll die Oszillation der Spule dämpfen oder ganz unterdrücken.
Umso grösser der dämpfende Widersand, umso mehr Strom wird abgeführt das heisst der Spannungsabfall erfolgt schnell. Ein schneller Spannungsabfall erlaubt es leichter Kleinteile zu detektieren da die Spule eine grösere Bandbreite hat.
Ist der Widerstand jedoch zu hoch, fliesst der Strom in die Spule, und die Spule beginnt zu schwingen. Die Schwingung überdeckt dann die Signal von Kleinteilen.
Ein kleiner Widerstand verlangsamt den Spannungsabfall und setzt die Sensitivität auf Kleinteile herunter.
Die Lösung ist also: ein Variabler dämpfender Widerstand
Die ultimative Lösung wäre eine Zeitabhängige Funktion für den variablen dämpfender Widerstand.
Der veränderbare Widerstand kann durch einen MOSFET realisiert werden. Mit der Gate-Spannung verändert sich der Widerstand zwischen Source und Drain.
Eine Erhöhung des Widerstands während des Sendeprozesses erhöht die "kick-back" spannung während eine erniedrigung des Widerstands die "kick-back" spannung dämpft. Wenn die Spule im Empfänger-Modus ist, dann bewirkt die Erhöhung des Widerstands eine Erhöhung der Bandbreite der Spule, eine Erniedrigung des Widerstands bewirkt das Gegenteil.
Wenn die erste Analyse der Spannungskurve darauf hindeutet dass es sich um ein Metallobjekt mit langer Abklingzeit handelt, kann der Prozessor den Widerstand herabsetzen (evtl. eine vorprogrammierte Liste mit möglichen Widerstandswerte) .
Ich könnte einen DAC Wandler benutzen der die Spannung am Gate des MOSFET's steuert, welcher wiederrum den Widerstand zwischen dem Source-Drain Pfad reguliert. Diese Implementation arbeitet als ein schneller, veränderbarer Widerstand. Die MOSFET's sind in der Lage den Widerstand sehr schnell zu ändern.
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Ich habe heute auch noch ein paar Artikel über Operationsverstärker gelesen.
Für meine erste Schaltung hab ich mal den TL071 gewählt, ein low-power Operationsverstärker. Ich weiss jedoch nicht ob er etwas zu schwach ist für die Verstärkung des TX Signals.
Der Verstärkungsfaktor des empfangenen Signals sollte zwischen 100 und 1000 liegen.
Einige Fragen bleiben noch und zwar:
- Soll ich einen invertierenden Operationsverstärker benutzen fürs RX Signal? oder eine nicht-invertierenden? oder was ganz anderes?
- Wie kann ich den RX Verstärker, also das ganze Signal-Analyse-Modul vor den Spannungspitzen schützen?
- Soll ich vor dem RX Verstärker die Spannung zu einer Gleichspannung glätten bevor ich sie Verstärke? Die Verstärkung von hochfrequenten Signale ist ja ned so dolle beim Opamp.
Vielen Dank für jede Art von Hilfe, Kritik, Tipps!
Gruss
Simon
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