Zur Untersuchung von Piezowandlern wurden einfache
Netzwerkanalysatoren
(zur Auswertung des Frequenz- und Phasenganges) auf der Basis von
AD9834
(DDS-Generator) und
AD8302
(Amplituden- und Phasenvergleicher) aufgebaut.
Die Bestimmung des Frequenz- und Phasenganges kann prinzipiell
auf drei verschiedene Weisen erfolgen:
Anlegen eines Sprungsignals (oder Stoßsignals) und Auswerten der Sprungantwort (Modalanalyse: Impulshammer)
Vorteil: Extrem schneller Versuchsverlauf (one-shot)
Nachteil: Geringer Energieeintrag über den Frequenzbereich, Problem mit Rauschen,
schnelle und präzise A/D-Wandlung erforderlich, mittelhoher Auswertungsaufwand
Anlegen eines Rauschsignals und Korrelation mit der Antwort
Nachteil: Hoher Auswertungsaufwand, schnelle und präzise A/D-Wandlung erforderlich
Durchlaufen einer sinusförmigen Erregerfrequenz
Vorteil: Einfaches Funktionsprinzip, hoher und gleichmäßiger Energieeintrag
Nachteil: langsam; schnell nur bei geringer Betrachtbandbreite
Die obigen Schaltkreise erlauben klarerweise nur den dritten Weg.
Der durch den AD9834 begrenzte Frequenzbereich von maximal 30 MHz
genügt für diesen Zweck vollkommen
und erspart die Anschaffung mehrerer „echter“ Geräte,
da diese ohnehin parallel eingesetzt werden sollen.
Die Schaltung weist als Besonderheit
eine eingebaute MSP430-Bootloader-Schnittstelle auf!
Hierzu eine allgemein verwendbare Schaltungserläuterung:
Ich empfehle diesen Schaltungsteil immer wieder zu verwenden.
Firmware
Hier.
Mit mspgcc
erstellt.
Was ein freier Compiler basierend auf Gnu-C ist.
Software
Windows-Steuer- und Anzeigesoftware „Piezomess.exe“,
mit grafischer Kurvenausgabe und Protokollfunktion,
open-source C++.
Hier.
Mit MSVC6 (32 bit) und Visual Studio 2008 (64 bit) erstellt.
Mit msvcrt.dll als Laufzeitbibliothek:
Keine Installation erforderlich, läuft vom USB-Speicherstick.
Wichtig: Die Sweep-Eckdaten werden im Mikrocontroller
gespeichert!
In der Registry (HKCU/Software/h#s/Piezomess) wird nur die Fensterposition
sowie der Name der CSV-Datei gespeichert.
Die Sweepgeschwindigkeit ist gleich der Datenrate auf der seriellen Schnittstelle:
Bei 115200 Baud = 3840 Sa/s.
(Jede Stützstelle besteht aus 2 Abtastwerten à 12 Bit, in Summe 3 Bytes.)
Bei zur Piezomessung völlig ausreichenden 400 Stützstellen
liegt die Aktualisierungsrate bei 10 Bildern pro Sekunde.
Gegenüber „echten“ Analysatoren ist das sehr schnell
und erlaubt die direkte Beobachtung der Veränderung der Kurve
bei Piezo-Belastung (thermisch, elastische Verformung
oder Anlegen einer zusätzlichen hohen Gleichspannung).
