Accelerometro e interfaccia IEPE

[alextyx]

Buonasera a tutti
Spero di trovare un aiuto per il nuovo problema che mi trovo a fronteggiare. Devo misurare delle vibrazioni ultrasoniche (diciamo 28 kHz) in una struttura metallica. Mi è stato messo a disposizione un accelerometro KS94C10 della MMF che, leggendo dal suo datasheet, è dotato di interfaccia IEPE. Se ho ben capito, la suddetta prevede una alimentazione a corrente costante e la variazione di impedenza che segue alle vibrazioni, costringe la sorgente ad abbassare o alzare la tensione, per mantenere la corrente costante. La variazione di tensione è il nostro segnale. Almeno così mi pare di aver compreso. In linea generale, il principio è semplice, ma trattandosi di uno strumento di acquisizione a frequenze neppure tanto basse, non mi azzardo a tentare di farmi un front end 'casalingo', che rischierebbe di introdurre incertezza dove invece si deve avere garanzia di ciò che si sta vedendo. Sostanzialmente, vorrei poter avere a disposizione un qualcosa che, interponendosi tra il mio oscilloscopio o dispositivo National di acquisizione, mi permettesse di effettuare la misura in tensione nella maniera convenzionale. Quindi questo qualcosa, dovrà alimentare il sensore IEPE e rendermi disponibile la tensione che via via deve fornire al sensore stesso e che rappresenta la mia informazione. Qualcuno è a conoscenza di una o più possibili soluzioni, ovvero di aziende che forniscano tali prodotti?
Meglio ancora se qualcuno che usa, o ha usato, questo genere di dispositivi può darmi indicazioni 'esperte'. Ovviamente NON mi serve un intero sistema di acquisizione, ma solo, per capirci, la parte analogica di condizionamento del segnale, perché il resto ce l'ho sul banco. Inutile dire che prezzo basso e disponibilità per ieri sono caratteristiche graditissime
Grazie in anticipo a tutti

[elfo]

Nella AN4 c'e' lo schema come utilizzare il sensore con interfaccia IEPE

https://www.mmf.de/pdf/an4-iepe-standard.pdf

Piu' trardi ti do info piu' operative - Iconst typ (dal data sheeet) e' 4 mA.

[MarcoD]

Prova a leggere al paragrafo 2.3.2.2 "Excitation,...."
https://www.ti.com/lit/ug/tidud62/tidud62.pdf · PDF file
Oppure posta le caratteristiche dell'accelerometro.

Questa volta elfo mi ha battuto sul tempo e sulla qualità della risposta

[elfo]

Dal datasheet KS94C10

https://www.mmf.de/pdf/1-6-1.pdf

- Output impedance at ICONST = 4 mA < 150 Ω (Ro nello schema qui sotto)
- Output bias voltage UBIAS 12 .. 14 V (Vo nello schema qui sotto)

Spiegone

Il sensore deve essere alimentato da una corrente ICONST tipica di 4 mA (circa)
In queste condizioni il sensore si comporta come un generatore di tensione con una resistenza minore di 150 ohm
La tensione di uscita e' compresa tra 12 e 14 V

Con questi dati calcoliamo (vedi schema qui sotto):

(resistenza di ingresso dell'Apparato di Misura)
(capacita' di "blocco della tensione continua" - quei 12 -14 V)
(capacita' del cavo di collegamento)

Posto:

- errore max di misura 1%
- 10 Hz (frequenza minima del segnale da misurare)
- 100 kHz (frequenza massima del segnale da misurare)



Scegliamo Ri = 100 kohm





con un cavo "standard" da 100 pF/m la lunghezza L del cavo



Questo dato e' in accordo con le Fig. 3, 4 (Bild. 3, 4) dell'AN4 https://www.mmf.de/pdf/an4-iepe-standard.pdf

Pre le caratteristiche dell'LM334 (generatore di corrente) vedi

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm334 ... 4769051543

Tutto OK?

NO!

Se io fossi in lab (magari!) non farei niente di tutto questo ma procederei per gradi (by inspection fa piu' figo )

In prima istanza:

- no LM334 (generatore di corrente)
- prendo du' pile 9V e le collego in serie -> 18 V
- collego una resistenza da (circa) 1200 ohm come nel riquadro rosso
- prendo un condensatore da (molto) circa 150 nF (quello che c'ho nel cassetto) elo collego come C1
- provo ad acquisire il segnale con il mio apparato di misura

e poi?

poi - in base a quello che vedo/misuro - decido icche' (cosa) mi serve

MarcoD correggi le bestialita' che ho scritto!

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

[MarcoD]

elfo. Le tue affermazioni sono corrette.
1200 ohm sono 10 volte la Zinterna di 100 ohm, al massimo riduce l'uscita del 10%.
Per le prime prove va bene.

Ma, l'integrato LM334 dovrebbe costare pochi €.

Se ho ben capito la sensibilità dell'accelerometro KS94C10 è 10 mV/g ; g = 9,81 m/s^2
campo 600 g (forse +/- 600 g) , 600 x 10 mV/g = 6 V. (aggiunta delle 20.09 )
Come fai a validarlo? Dargli una "tecca" col dito è efficace ed economico, ma molto superficiale!
Hai una tavola vibrante cui puoi impostare vibrazioni note?
Forse basta un disco rotante con l'accelerometro montato eccentrico, dalla distanza e dalla velocità angolare si ricava l'accelerazione tangenziale (che è sinusoidale), il cavo di connessione dovrebbe oscillare ma non aggrovigliarsi. purtroppo si torce, non va bene!! Forse serve un cinematismo tipo biella manovella, ma è un lavoro da sistemista non da elettronico

[EcoTan]

Non ho capito che banda ha questo strumento. Se parte dalla continua, basta capovolgerlo per misurare una accelerazione 2G

[MarcoD]

Non ho capito che banda ha questo strumento. Se parte dalla continua, basta capovolgerlo per misurare una accelerazione 2G

Ho capito che la scala è +/- 600 g, quindi 1 g corrisponde a una variazione di 10 mV, alquanto poco.
Poi mi pare che l'accoppiamento sia in AC.
Bisognerebbe leggere con cura le caratteristiche dell'accelerometro, io le ho solo scorse rapidamente a video.
Quanto alla alimentazione tramite la resistenza, se l'uscita varia di +/- 6 V su circa 12 V con alimentazione 18 V, la resistenza non mantiene costante la corrente di alimentazione, indispensabile il generatore di corrente.

[elfo]

Quanto alla alimentazione tramite la resistenza, se l'uscita varia di +/- 6 V su circa 12 V con alimentazione 18 V, la resistenza non mantiene costante la corrente di alimentazione, indispensabile il generatore di corrente

Hai perfettamente ragione, ma...

1) non sappiamo a quanti g sara' sottoposto il sensore e quindi il valore della max tensione di uscita.

2) se - per ipotesi - la tensione di uscita fosse +/- 10 V (centrata su +13 - media di 12...14 V - anche l'LM334 potrebbe essere inadeguato (o perlomeno andrebbe scelta la versione giusta) per tensione e/o potenza dissipata (LM334 ha un rating di 30 V o 40 V a seconda della versione). Potrebbe essere necessario un circuito piu' complesso.

3) poiche' le info disponibili sono poche - e non troppo chiare* - ho proposto di usare la resistenza (e le pile - che tolgono, da sole, tante "rogne") per avere almeno l'ordine di grandezza del problema.

* l'OP ha scitto:

trattandosi di uno strumento di acquisizione a frequenze neppure tanto basse, non mi azzardo a tentare di farmi un front end 'casalingo', che rischierebbe di introdurre incertezza dove invece si deve avere garanzia di ciò che si sta vedendo

Dal datasheet dell'accelerometro

Voltage sensitivity Bua 10 ± 5%(1) 100 ± 5%(1) 14 ± 20% 10 ± 5%(1) 100 ±5%(1) mV/g

si ha una sensibilita' con una "tolleranza" al 5% (a richiesta e con sovrapprezzo al 2%) per cui non e' richiesta "scienza spaziale" per non "sporcare" questo valore, come invece sembra paventare l'OP.

E' proprio questi due fatti - l'incertezza dell'ampiezza del valore della tensione di uscita e la "poca" epoerienza nel campo dell'OP - che mi hanno portato a proporre un circuito (ultra)semplificato per acquisire un valore di "ballpark" e poter progettare un circuito "adeguato" (e non overkilling )

provo ad acquisire il segnale con il mio apparato di misura (la resistenza ndr)
[cut]
poi - in base a quello che vedo/misuro - decido icche' (cosa) mi serve

P.S. nellla AN TI Designs: TIDA-01471 da te indicata nel post [3] il generatore di corrente che alimenta il sensore e' alimentato a 25 V - schema a blocchi a Pag. 1

[alextyx]

Intanto grazie a tutti voi.
Lo schema di principio della MMF, mi è già noto ed è stato opportunamente scaricato insieme ad altra documentazione sull'argomento. Qualcuno ha scritto che l'accoppiamento 'è in alternata' e lo confermo, nel senso che l'informazione è contenuta nella variazione di tensione occorrente per mantenere costante la corrente, quindi in genere si cancella il BIAS in continua 'a riposo' e si analizza solo la variazione. Fare un generatore a corrente costante è banale anche con un 7805 e l'ho pure fatto per un caricatore di batterie NiCd, ai bei tempi dell'ITI (Leonardo da Vinci a Firenze, mitico! ) , farne uno che sia professionalmente affidabile, non abbia oscillazioni fastidiose e risponda in maniera puntuale e pulita, senza aggiungere del suo, in un quadro già abbastanza complesso, è invece tutt'altra cosa. Se per hobby potrei cimentarmici tranquillamente, per consegnare un qualcosa che deve essere integrato in un lavoro di ricerca non voglio espormi al rischio di questo genere di critiche. Per quanto riguarda la gamma di accelerazione da misurare, credo di poterla decidere arbitrariamente, nel senso che posso spingere più o meno sulla generazione degli ultrasuoni che dovrò rilevare, quindi posso, in una certa misura, essere artefice del mio destino
Mi basta avere un segnale ben rilevabile, del quale studiare la differenza di comportamento in presenza di variazioni della struttura, che verranno create ad hoc.
In giornata, dovrei contattare il rappresentante di MMF, che ci ha fornito quell'accelerometro, per capire se può fornirci una interfaccia adatta, a che prezzo e in che tempi. Le interfacce le hanno a catalogo, se le ho ben individuate (chiederò conferma a lui di ciò che mi pare di aver capito), ma potrebbero essere costose e/o di consegna particolarmente lunga. Magari già lo saprete, ma per alcuni componenti si parla di consegne a circa 2 anni!!!
Per questo, pur apprezzando ogni contributo, mi sarebbero particolarmente utili le segnalazioni di soluzioni 'professionali' di veloce reperibilità, meglio se a stock, e di prezzo contenuto (diciamo entro i 300 euro, se possibile). Magari qualcuno di noi (escluso lo scrivente incasinato, ovviamente ) già lavora con questo genere di dispositivi e conosce le fonti di approvvigionamento, con i pro e i contro di ognuna di loro. Sarebbe grasso che cola!

[elfo]

generatore a corrente costante è banale anche con un 7805 e l'ho pure fatto per un caricatore di batterie NiCd,
[cut]
professionalmente affidabile, non abbia oscillazioni fastidiose e risponda in maniera puntuale e pulita, senza aggiungere del suo, in un quadro già abbastanza complesso, è invece tutt'altra cosa. Se per hobby potrei cimentarmici tranquillamente, per consegnare un qualcosa che deve essere integrato in un lavoro di ricerca non voglio espormi al rischio di questo genere di critiche. )

Spero che tu non ti offenda di quanto segue

L'affermazione relativa al 7805 denota quanto tu sia lontano dalla comprensione e soluzione del problema:
Il 7805 (e simili) ha una corrente minima erogabile (in regolazione) di 5 mA e noi chiediamo 4 mA (typ).

Il datasheet dell'LM334 (originale della National Semiconductor) che ti ho linkato ha tutte le info per progettare e costruire un generatore di corrente con le caratteristiche richieste.

Il sensore che hai indicato ha una "precisone" del 5%.

A cosa ti serve un "sistema di misura" con precisione 0.00000000000xx%?

Mi ripeto - spero che tu non ti offenda.

Il tuo atteggiamento "fideistico" (in contrapposizione a critico) riferito a soluzioni "professionali comprate" mi richiama alla mente un rigo in firma di IsidoroKZ - che vado prontamente a parafrasare:

Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui

Per acquistare il generatore di corrente di corrente "giusto per le tue esigenze" ne devi sapere piu' del venditore (e del costruttore?)

Ricorda questi coefficienti che mi sono tornati sempre utili in tutta la mia vita lavorativa:

- parola di costruttore: moltiplica x 0.5
- parola di venditore: moltiplica x 0.25

Parole come:

professionalmente affidabile, non abbia oscillazioni fastidiose e risponda in maniera puntuale e pulita, senza aggiungere del suo, in un quadro già abbastanza complesso

fanno "figo", ma sarebbero preferibili "numeri" che quantifichino il problema.

Quando ho proposto la "resistenza" (orrore!!!) avevo (ed ho) ben chiaro il metodo di lavoro di un laboratorio di misura:

- la qualita' del risultato dipende (molto) da chi sta "dietro" gli strumenti

- nella fase iniziale si predispone un apparato di misura "provvisorio" per quantificare l'ordine di grandezza delle quantita' da misurare -e questo "torna buono" anche per definire le cartteristiche dell'oggetto che si va ad acquistare

- per fare "buone misure" occorre sapere quali sono i parametri importanti da tenere sotto controllo e quelli che si possono (temporaneamente) trascurare

Buone misure!

P.S.

segnalazioni di soluzioni 'professionali' di veloce reperibilità, meglio se a stock, e di prezzo contenuto (diciamo entro i 300 euro, se possibile). Magari qualcuno di noi (escluso lo scrivente incasinato, ovviamente ) già lavora con questo genere di dispositivi e conosce le fonti di approvvigionamento

Quello che cerchi non lo avrai da questo forum ma "E' QUESTO FORUM" (escludi me per favore).

P.P.S. mi ero messo a "studiare" come la resistenza (finita) di uscita del generatore influiscxe sull'errore della misura (a bassa frequenza) e qual e' la capacita' di uscita (e come ridurla) del generatore (influisce ad alta frequenza) - ma mi e' passata la voglia

P.P.P.S.
Se hai tempo da perdere leggi (e' progettazione "reale"):

The Zoo Circuit di Jim Williams (Pag. 26 del PDF)

http://www.introni.it/pdf/Williams%2007 ... apters.pdf

Questo e' l'incipit:

When 1 say "formal:" I mean it! 1 came expecting to talk circuits with a few guys
over a pizza. Upon arrival, I was taken to a large and very grand room, reminiscent
of a movie theater. About 150 engineers were in attendence. There was every audiovisual machine known to humanity at the ready, and I was almost embarrassed to
report that I had no slides, overheads. charts, or whatever (although a piece of chalk
would be nice). A "senior technical management panel," positioned in a boxed-off
section adjacent to the lectern, was to present a prepared list of questions. 4 video
camera duly recorded the proceedings. The whole thing was chaired by somebody
who introduced himself as '*Dr. So-andSol senior vice-president of engineering."
Everybody in the place talked in whispers and nodded his head a lot. I found myself
alternating between intimidation and amusement.