Drezahlmessung Turbine, Fotodiode oder Fototransistor?

[hunni]

Hallo liebe Community,
ich möchte für eine selbst gebauten Turbine eine Drezahlmessung mithilfe eines Mikrokontrollers bauen. Die Drezahl soll optisch ermittelt werden, dazu wurde bereits in den Ansaugtrakt der Turbine zwei Löcher gebohrt und durch die Feststellmutter eine Loch gebohrt, sodass nun auf der einen Seite eine IR-LED eingebaut werden kann und auf der anderen Seite entweder ein Fototransistor oder eine Fotodiode.

Eigentlich hatte ich vor einen Fototransistor zu verwenden, da dies auch die Schaltung vereinfacht. Nur machte mich gerade die Randbemerkung bei Wikipedia etwas nachdenklich, dass Fototransistoren im Vergleich zu Fotodioden langsam sind. Jedoch habe ich bereits funktionierende Drezahlmesser mit Fototransistor gesehen. Was eignet sich eurer Meinung nach Besser für dieses Problem?

Mfg Hunni

[HeXPloreR]

Hallo hunni,

wenn Du z.B. diesen Beitrag (http://www.rn-wissen.de/index.php/Sensorarten) im RN-Wissen meinst bzw die Hyperlinks zu den Dioden (http://www.rn-wissen.de/index.php/Fotodiode) und Transitoren (http://www.rn-wissen.de/index.php/Fototransistor), dann kann man Dir wohl empfehlen eine Fotodiode zu wählen, die Schaltzeiten liegen hier im ns-Bereich. Wenn mich nicht alles täuscht ist das schneller als µs. Siehe hier (http://de.wikipedia.org/wiki/Sekunde).

Es kommt allerdings auf die maximale Drehzahl der Turbine an... und natürlich wie schnell der Mikrocontroller ist damit kein Ereigniss verloren geht. Je nach dem kann dafür dann eben auch ein Fototransitor ausreichend sein.

Da Du eine Bohrung vorgesehen hast muss die erkannte Drehzahl /"2 geteilt werden.

[ranke]

Du wirst ja etwa wissen, welche Maximaldrehzahl erwartet werden kann. Damit kann man rechnen, welche Maximalfrequenz für den Lichtsensor erwartet werden kann. Mit dieser Information kann man dann besser abschätzen. Höchstwahrscheinlich kommt der Fototransistor noch leicht mit. Was für Mechanik schon sehr schnell ist, ist für Elektronik eher langsam.

[oberallgeier]

... Da Du eine Bohrung vorgesehen hast muss die erkannte Drehzahl /"2 geteilt werden ...Das ist mir nicht ganz klar. Und zwar [PINGELIG#1] wäre: was heißt "Drehzahl /"2 geteilt" - das könnte heissen "Drehzahl durch 2 geteilt" aber auch ""Drehzahl durch ½ geteilt". [PINGELIG#2] WENN die Bohrung diametral durch die Welle geht, dann stimmt "Unterbrechungssignal durch 2 geteilt" - sonst ists die Drehdauer für eine Umdrehung => die reziproke Drehzahl.

Mal ein Beispiel: ich habe gehackte Miniservos mit ner Drehzahlmessung ausgerüstet. Die Dinger drehen so bis 800 Ups (sprich: nicht pro Minute, pro Sekunde!),

......http://oberallgeier.ob.funpic.de/GMot_enc4_1710.jpg

d.h. die Encoderscheibe unterbricht den Strahlengang der Gabellichtschranke mit über 3 kHz. Wär das die einzige Aufgabe des Controllers, würde sich der ganz schön langweilen. ABER Turbinen drehen je nach Drehzahl auch mal ein, zwei Zehnerpotenzen schneller als 3 kHz.

[Peter(TOO)]

Hallo Hunni,


Eigentlich hatte ich vor einen Fototransistor zu verwenden, da dies auch die Schaltung vereinfacht. Nur machte mich gerade die Randbemerkung bei Wikipedia etwas nachdenklich, dass Fototransistoren im Vergleich zu Fotodioden langsam sind. Jedoch habe ich bereits funktionierende Drezahlmesser mit Fototransistor gesehen. Was eignet sich eurer Meinung nach Besser für dieses Problem?

So als Daumenregel:

Pin-Photo-Dioden kommen ca. auf 1GHz
Photo-Dioden erreichen Grenzfrequenzen von etwa 10MHz
Photo-Transistoren ca. 300kHz
Photo-Darlington-Transistoren ca. 30kHz.

Genaues steht wie immer im Datenblatt.

MfG Peter(TOO)

[HeXPloreR]

"Drehzahl /"2 geteilt" -> sollte heißen " die erkannte Drehzahl /2 " -, da ist mir wohl ein " von der Taste reingerutsch. Ich dachte auch daran wenn ich "durch" schreibe, dann kommt son Spruch. Wie man es macht... . Wie kommst Du denn auf "man könnte auch ½ geteilt erkennen". Versteh ich jetzt nicht sooo ganz.

WENN die Bohrung diametral durch die Welle geht, dann stimmt "Unterbrechungssignal durch 2 geteilt" - sonst ists die Drehdauer für eine Umdrehung => die reziproke Drehzahl.
Ja, sorry oberallgeier das es nicht so ganz es der Beschreibung ersichtlich war wie der Einbau jetzt ganz genau gedacht war und ich einen bestimmten Aufbau assoziiert habe.

Ich werde mich bemühen in Zukunft etwas deutlicher zu schreiben. Vielleicht aber so das man immer noch versteht was ich sagen möchte. Hauptsache du kennst auch das Wort "Fototransitor", ausserdem wollte ich solidarisch wirken ;)
Aber oberallgeier hat recht.

[oberallgeier]

... So als Daumenregel ...Hallo Peter, DAS ist ja mal eine hübsche Aufstellung. Könntest Du bitte das ins RNWissen schreiben (z.B. vielleicht hierher)? (http://www.rn-wissen.de/index.php/Sensorarten#Optische_Sensoren) Danke im Voraus.

@HeXPloreR - ich habs ja schon richtig verstanden. Nur dachte ich dass es vielleicht für den Threadersteller missverständlich wäre. Dir ist aber doch sicher klar, dass "½ geteilt" dasselbe ist wie mit zwei multi . . . wusste ich doch. BTW - ich wollte damit niemand , insbesondere Dich nicht ärgern.

[HeXPloreR]

@HeXPloreR - ich habs ja schon richtig verstanden. Nur dachte ich dass es vielleicht für den Threadersteller missverständlich wäre. Dir ist aber doch sicher klar, dass "½ geteilt" dasselbe ist wie mit zwei multi . . . wusste ich doch. BTW - ich wollte damit niemand , insbesondere Dich nicht ärgern.

Da es eben nicht für jeden immer direkt erkennbar ist das geteilt durch "½" oder "0.5" das gleiche ist, hätte ich hier ganz sicher " mal 2 nehmen" geschrieben.
Aber da man ja nicht "ein Kein-Loch bohren kann" damit die Drehzahl sich rechnerisch verdoppelt lässt, sah ich davon ab ;)
Deshalb sprach ich von einer Division. Ansonsten geht eine Multiplikation mit 0,5 um auch die korrekte Drehzahl aus den Unterbrechungen zu erhalten.
(Bei Annahme meines gedachten Aufbaus)

[hunni]

Erstmal vielen Dank für die schnellen Antworten :) Also das mit dem Drehzahl/2 hab ich schon richtig verstanden und da hast du natürlich recht ;)

Also die max. Drezahl der Turbine beträgt 109.000 UP/M....also 1816,666 Hz. Bei dem Fototransistor den ich mir gerade bei reichelt angeguckt habe is die Risetime bei 25 µS (40.000 Hz). Müsste damit also eigentlich locker zu schaffen sein, oder?

Und für die Diskussion wie es denn nunmal gemacht wurde, hier eine kleine Skizze ;):
26631


Gruß Hunni

[HeXPloreR]

Man bin ich froh das Du das jetzt schreibst...ich hoffe Du hast Deine Planung nicht nur wegen mir geändert ;)

Ich denke der (?) Transistor sollte ausreichend sein.
Wäre der dann gegen Fremdlicht geschützt eingebaut? Man muss jetzt die Elektronik dazu so aufbauen das er nicht mehrfach gesättigt wird. Im schlimmsten Fall schon durch Fremdlicht (und/oder Streulicht der IR-LED).

Der Mikrocontoller sollte jetzt 2,5 mal schneller sein... also mindestens 100kHz. Da ist man also mit z.B. einem fabrikfrischen ATmega8 mit 1MHz gut bedient. Hast Du damit schon erfahrung oder einen bestimmten Mikrocontroller im Blick?

[hunni]

Ja ich studiere E-Technik und kenne mich gut mit Atmega Kontroller aus.......Ich weiss denkt man jetzt nicht bei der 'blöden' frage, aber ich frage immer gerne Leute die sowas schonmal gebaut haben. Vielen Dank für eure schnellen, aufklärenden Antworten :)
Gruß Hunni

[White_Fox]

Ich habe sowas zwar noch nie gemacht (würde aber gern mal ;)), würde dir aber auch dringend raten Fremdlicht auszuschliessen.
Also entweder die Turbine so tief ins Flugzeug einbauen und gekrümmte Einlassschächte, oder den Sensor vllt doch woanders plazieren.
Nicht sowas, was Graupner mit dem Kangaroo (war doch dieser Jet mit der "extern verbauten" Turbine?) gemacht hat...

[Besserwessi]

Die Grenzfrequenz ist für die Photodioden und Fototransistoren auch abhängig davon wie die Schaltung drum herum aussieht. Angegeben sind oft das Maximal mögliche in einer recht niederohmigen Schaltung. Durch das Loch bekommt man nur kurze Licht Pulse klein 50% Rechteck - die Anforderungen an den Sensor werden also noch etwas höher. Das kann man noch mit einem Fototransistor machen, aber wohl nicht unbedingt in der einfachen Schaltung direkt mit hochohmigem Widerstand um dann gleich einen TTL Pegel zu bekommen.

Gegen Fremdlicht kann man sich mit einer IR LED und einem Empfänger mit IR Filter (kostet praktisch nichts extra) einiges tun. Bei entsprechender Leistung der LED kommt auch schon recht viel an, und so viel Fremdlicht ist kaum zu erwarten, außer ggf. noch direktes Sonnenlicht.

[Geistesblitz]

Da könnte man doch sicherlich eine kurze Röhre um den Fototransistor basteln oder ihn ein Stückchen versenken, damit hauptsächlich das Licht zu ihm gelangt, das aus Richtung der IR-Diode kommt. Übrigens musst du mit ca. 3,6 kHz rechnen, da ja pro Umdrehung zwei mal durchs Loch geguckt wird. Dazu wurden jetzt ja schon ein paar Beiträge geschrieben, aber dann sollte man es letztendlich nicht doch noch vergessen :D
Ich vermute trotzdem mal, dass das mit dem Fototransistor gut gehen sollte. Hab auch schonmal die Drehzahl eines Motors damit gemessen, der war zwar nicht so schnell, dafür hatte die Lochscheibe aber auch mehr Löcher.

[oberallgeier]

Da könnte man doch sicherlich eine kurze Röhre um den Fototransistor basteln ...Ein Schirm um den Fototransistor ist weniger gut, ich habe die Erfahrung gemacht, dass die Abschirmung der IRLED wichtig ist. Schrumpfschlauch (dieses Beispiel) (http://oberallgeier.ob.funpic.de/asuro-torp.jpg) ist NICHT strahlendicht für Infrarotlicht, ebenso wie viele Kunststoffe, auch Platinenmaterialien, Infrarotlicht durchlassen. Die von mir benutzten "5mm"-Dioden passen fast perfekt in handelsübliche Messingrohre (Beispiel). (https://www.roboternetz.de/community/threads/33984-Abstandsmessung-%C3%A4hnlich-wie-IR-Schnittstelle-des-asuro?p=326904&viewfull=1#post326904) Dabei wäre für sehr gute Abdeckung wichtig, auch den Boden der LED abzuschirmen (so wie eben) (https://www.roboternetz.de/community/threads/33984-Abstandsmessung-%C3%A4hnlich-wie-IR-Schnittstelle-des-asuro?p=326904&viewfull=1#post326904) - seitlich und für hohe Anforderungen an der ebenen Bodenfläche - hier gibts ebenfalls Abstrahlungen in geringer Menge. Mit dieser Abschirmung funktioniert der IR-Empfänger problemlos direkt neben der Diode (Beispiel) (https://www.roboternetz.de/community/threads/36121-Autonom-in-kleinen-Dosen-R2_D03-Nachfolger-R3D01?p=356984&viewfull=1#post356984). Sparsamste Abschirmungen wie z.B. hier (https://www.roboternetz.de/community/threads/36121-Autonom-in-kleinen-Dosen-R2_D03-Nachfolger-R3D01?p=478095&viewfull=1#post478095) haben sich nicht bewährt, in diesem Fall hatten erst Blechabschirmungen um die SMD-Dioden ausreichende Wirkung gezeigt.

Viel Erfolg.