Gesucht: Sensor zur Berührungslosen Drehwinkelbestimmung

[StefanHanisch]

Hallo,

die Suche im Forum hat mir leider nicht helfen können, daher mach ich mal einen neuen Thread auf.

Ich muss für ein Projekt den Drehwinkel zweier zueinander drehenden Systeme bestimmen. Das sich aktiv drehende System darf nur weder mechanisch noch elektrisch mit dem anderen verbunden werden. Daher haben wir uns im ersten schritt überlegt, an dem sich drehenden system eine Reflektorscheibe an zu bringen die wie folgt aussieht:

31489

Mit 4 LEDs und 4 LDRs könnte man damit einen eindeutigen Verdrehwinkel von ca. 80 Grad mit einer Auflösung von ca. 5 Grad messen was völlig ausreichend ist.
Das Problem ist nur, dass das System in verschieden Helligkeitssituationen eingesetzt wird und sich vor allem auch während des Einsatzes die Umgebungshelligkeit ändert. Des Weiteren ist der Einsatz von Sichtbarem Licht auch eher weniger optimal.
Im nächsten Schritt haben wir uns überlegt die gleiche Reflektorscheibe aus Metall zu schneiden und mit Ultraschallsensoren zu arbeiten die "Loch" oder "kein Loch" erkennen. Ich finde jedoch keine Ultraschallsensoren, die bei weniger als 40cm arbeiten, außerdem denke ich, dass die Fokussierung der Sensoren Probleme machen wird. Im nächsten Schritt haben wir dann an Hall-Sensoren gedacht, mit denen kennen wir uns jedoch überhaupt nicht aus, wissen also nicht, ob es Funtionieren kann und wie diese dimensioniert sein müssen um eindeutige Werte bei normalem Stahlblech zu liefern(falls diese das so überhaupt können).

Vielleicht denken wir aber auch viel zu kompliziert und es gibt eine viel einfachere Möglichkeit?!

Vielen Dank schonmal für die Hilfe!

Gruß,
Stefan

[Slowly]

Mit dem Encodermuster den Du dort abgebildet hast, wird es auf keinen Fall funktionieren gleich welchen Sensor Du verwenden möchtest. Schau mal nach Greycode.

[StefanHanisch]

Super, vielen Dank schonmal für den Tipp!
Leider löst es aber noch nicht mein Problem der Sensorik an sich.
Jemand eine Idee?

[Slowly]

schwarz eloxierte Lochscheibe und sehr dicht anliegende beidseitige Platte zur Aufnahme von IR Leuchtdioden und entsprechenden Empfängern. Am besten alles in matt schwarz.

Edit: Oben meinte ich natürlich "Graycode"

[021aet04]

In welchem Bereich wird es benötigt? Hobby oder Industrie?
Mir fallen sofort verschiedene Möglichkeiten ein.
1)Lichtschranke: Entweder mit getrenntem Sender und Empfänger oder fertige Gabellichtschranke. Als Geber wird eine Loch/Schlitzscheibe verwendet.
2)Reflexlichtschranke/Lichttaster: einen fertigen Lichttaster der auf eine Loch Scheibe schaut oder mit z.b. Einem CNY70 auf eine encoderscheibe (mit schwarzen bzw weißen Segmenten) .
3) induktiver Näherungssensor: muss man testen bzw es hängt von der Größe der Loch Scheibe ab.
4) Hallsensor: vermutlich die einfachste Variante. Eine Loch Scheibe an einer Seite einen Magneten und auf der anderen Seite den Sensor. Wenn sich die Scheibe zwischen Magnet und Sensor befindet wird das Magnetfeld unterbrochen.

Ultraschall wird vermutlich nicht funktionieren, da du einen Ausbreitungskegel hast bzw sich die Sensoren untereinander stören können.

MfG Hannes

[Peter(TOO)]

Hallo Hannes,

Ultraschall wird vermutlich nicht funktionieren, da du einen Ausbreitungskegel hast bzw sich die Sensoren untereinander stören können.
Das Problem ist ein anderes.
Wenn die Löcher kleiner als die Wellenlänge werden, kommt nichts mehr durch. Kennt jeder von der Mikrowelle, da ist im Fenster ein Gitter, welches die Mikrowellen am austreten hindert, Licht aber durch lässt, weil das Licht eine wesentlich kürzere Wellenlänge als die Mikrowellen hat.
Das andere ist, dass man nur Strukturgrössen bis zur Wellenlänge auflösen kann, darunter geht es physikalisch nicht. Deshalb hat ein optisches Mikroskop seine Grenze um 1µm. Etwa auf 0.5µm kommt man dann mit blauem, bzw. UV-Licht.

Bei 34kHz beträgt die Wellenlänge etwa 10mm für US in Luft.
Das gibt dann ganz schön grosse Löcher.

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

Hallo Stefan,

Vielleicht denken wir aber auch viel zu kompliziert und es gibt eine viel einfachere Möglichkeit?!

Wenn du einen Magneten direkt auf das Wellenende setzen kannst, gibt es magnetische Drehgeber, sogar mit digitalem Ausgang.
https://www.kuebler.com/PDF/service-grundlagen-absolute_drehgeber_magnetische_abtastung.html

Lies auch mal "Download Grundlagen - gesammeltes Werk Drehgeber" (unten im Link) durch, da findest du fast alle Möglichkeiten, wie man dein Problem lösen kann.

MfG Peter(TOO)

[Klebwax]

Ich muss für ein Projekt den Drehwinkel zweier zueinander drehenden Systeme bestimmen. Das sich aktiv drehende System darf nur weder mechanisch noch elektrisch mit dem anderen verbunden werden.

Von austriamicrosystems gibt es dazu Drehwinkelsensoren auf Basis des Hallefekts. Das geht vom AS5040 mit 10Bit Auflösung zum AS5048 mit 14 Bit. malthy hat hier (https://www.roboternetz.de/community/threads/66401-Roboterbasis-mit-Mecanum-Wheels?p=612188&viewfull=1#post612188) mal etwas dazu geschrieben.

MfG Klebwax

[White_Fox]

Ich hätte auch magnetische Drehwinkelsensoren ins Rennen geworfen.

Diese Sensoren sind übrigens KEINE Hall-Sensoren, sondern sog. TMR-Sensoren. Hall-Sensoren messen lediglich die Stärke des Magnetfeldes. TMR-Sensoren hingegen messen die Richtung des Feldes. Mit einem rotierenden Magneten kann man so ganz passable dessen exakte Lage bestimmen.

Ich habe mal einen Sensor gefunden, der die Feldrichtung mit einer Spannung von +/-5V analog ausgeben konnte. Leider habe ich just keinen Link dazu da...Google kennt den aber sicher noch.

[Klebwax]

Ich hätte auch magnetische Drehwinkelsensoren ins Rennen geworfen.

Diese Sensoren sind übrigens KEINE Hall-Sensoren, ...

Da du das "keine" groß schreibst, hier aus dem Datenblatt des AS5040:


The AS5040 is manufactured in a CMOS standard process and uses a spinning current Hall technology for sensing the magnetic field distribution across the surface of the chip

MfG Klebwax

[White_Fox]

Hm...interessant, wie kann man denn mit einem Hall-Sensor einen Winkel bestimmen? Soweit ich weiß detektieren Hall-Sensoren doch die Stärke eines magnetischen Feldes, nicht jedoch dessen Richtung.

Würde mich mal interessieren wie diese Sensoren aufgebaut sind. Aber danke...wieder was gelernt. :)

[Klebwax]

Hm...interessant, wie kann man denn mit einem Hall-Sensor einen Winkel bestimmen? Soweit ich weiß detektieren Hall-Sensoren doch die Stärke eines magnetischen Feldes, nicht jedoch dessen Richtung.

Das Magnetfeld ist ein Vektor mit drei Dimensionen. Ich kenne kein Sensorelement, das von sich aus diese drei Werte als Spannung, Widerstand oder sonst etwas liefert. Bei diesen Winkelsensoren werden zwei Hallsensoren verwendet, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Aus den beiden Hallspannungen (das geht aber auch mit jedem anderen Matnetfeldsensor) kann man Stärke und Winkel des Magnetfelds in dieser Ebene berechnen. Das macht der Signalprozessor zusammen mit einigen anderen Dingen zur Signalverbesserung, der in diesem Winkelsensor eingebaut ist. Das geht natürlich auch dreidimensional, ist dann aber komplizierter im Chipaufbau, da der dritte Hallsensor senkrecht zur Chipebene messen muß.

MfG Klebwax

[oberallgeier]

.. Drehwinkel zweier zueinander drehenden Systeme .. weder mechanisch noch elektrisch mit dem anderen verbunden .. ca. 5 Grad .. völlig ausreichend ..Hallo Stefan,

willkommen im Forum.

Bekanntlich werden vergleichbare Messungen durchgeführt zum Beispiel als Bewegungsanalyse in Sportphysiologie und bei Behinderungen. Dabei werden (teils kugelförmige) Reflektoren an den Extremitäten appliziert und die Bewegung fotografisch/kinematographisch festgehalten und offline oder online (z.B. mittels computergestützter Bildanalyse) ausgewertet. Hast Du Dich in dieser Richtung schon mal, wenigstens ganz pauschal, sachkundig gemacht?