Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen gezeigt.

--- doku:sensoren [2017/08/02]
andreas [Vermessung der Sensoren]
+++ doku:sensoren [2017/08/02]
andreas [Vermessung der Sensoren]
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 {{ :doku:bild_3_messaufbau.jpg?400 |}} \\
 Es handelt sich im Wesentlichen um eine selbstgewickelte Spule, in der mit Hilfe eines Netzgerätes und eines einstellbaren Vorwiderstandes Magnetfelder im oben beschriebenen Bereich erzeugt werden können. Der Sensor erhält eine eigene 5-Volt-Versorgungsspannung und das Ausgangssignal des Sensors wird durch einen Frequenzzähler und ein Oszilloskop erfasst. Hiermit ist es möglich, über den geforderten Arbeitsbereich des Sensors den Zusammenhang zwischen der Flussdichte des Magnetfeldes und der Ausgangsfrequenz des Sensors in kleinen Intervallen zu ermitteln. Da der Messplatzaufbau selbst wiederum Einfluss auf die Messergebnisse nimmt – z.B. Störungen aus den Versorgungsspannungen, Magnetfelder der Trafos –  war es in einer verbesserten Version notwendig, den Sensor während der Messungen möglichst weit vom Messaufbau entfernt und mechanisch so definiert aufzustellen, dass die Einflüsse des Erdmagnetfeldes auf die Ergebnisse sauber abgegrenzt werden konnten.\\
-Nach diesem Verfahren wurden mehrere Sensoren vermessen und für die jeweiligen Feldstärken die Minimalund Maximalwerte bestimmt. Das Ergebnis ist in Abb. 4 dargestellt. Hieraus ergaben sich folgende Erkenntnisse:\\
+Nach diesem Verfahren wurden mehrere Sensoren vermessen und für die jeweiligen Feldstärken die Minimal- und Maximalwerte bestimmt.\\
+{{ :doku:bild_4_kennlinienfeld.jpg?800 |}}\\
+Hieraus ergaben sich folgende Erkenntnisse:\\
   * Die Messergebnisse weichen gravierend von der angenäherten Datenblattkurve (gelb) ab.
   * Die Kurven sind im Bereich positiver Flussdichten noch halbwegs linear, während sie im negativen Bereich deutlich nichtlinear verlaufen.
   * Bei gleicher Ausgangsfrequenz/Periodendauer weichen die Werte der Flussdichten der verschiedenen Sensoren um bis zu 20 µT voneinander ab.
 Hieraus ergab sich unter anderem, dass für das weitere Vorgehen nur noch der positive Kennlinienbereich genutzt wurde.\\
-Um in den nachgelagerten Verarbeitungsstufen der Software die jeweiligen Frequenzwerte in Tesla-Werte umrechnen zu können, war es notwendig, pro Sensor einen mathematischen Zusammenhang zwischen der Ausgangsfrequenz des Sensors und der Flussdichte herzustellen. Das Projekt hatte sich zum Ziel gesetzt, Abweichungen beim Absolutwert von max. 1 µT zuzulassen. Das bedeutete natürlich auch, dass der Fehler, der alleine aus den Sensorkennlinien kommen durfte, noch einmal deutlich darunter liegen musste. Deshalb wurden mit der frei verfügbaren Software Gnuplot umfangreiche Simulationen durchführt, um zu ermitteln, mit welchen Gleichungen dieser Zu
+Um in den nachgelagerten Verarbeitungsstufen der Software die jeweiligen Frequenzwerte in Tesla-Werte umrechnen zu können, war es notwendig, pro Sensor einen mathematischen Zusammenhang zwischen der Ausgangsfrequenz des Sensors und der Flussdichte herzustellen. Das Projekt hatte sich zum Ziel gesetzt, Abweichungen beim Absolutwert von max. 1 µT zuzulassen. Das bedeutete natürlich auch, dass der Fehler, der alleine aus den Sensorkennlinien kommen durfte, noch einmal deutlich darunter liegen musste. Deshalb wurden mit der frei verfügbaren Software Gnuplot umfangreiche Simulationen durchführt, um zu ermitteln, mit welchen Gleichungen dieser Zusammenhang möglichst exakt abgebildet werden konnte.\\
+Hieraus ergab sich relativ schnell, dass lineare Gleichungen nicht geeignet sind und auch eine Gleichung 3. Ordnung über den gesamten geforderten Bereich immer noch Residuen liefert, die über 1 µT lagen. Letztendlich wurde ein Verfahren gewählt, bei dem um die relevanten „Arbeitspunkte“ (X-Achse = 20 µT, Y-Achse = 0 µT, Z-Achse = 45 µT, siehe Abb. 4) in einem Bereich von jeweils ±5 µT eine Gleichung dritten Grades mit den zugehörigen Koeffizientensätzen die mathematische Abbildung liefert. Mit diesem Verfahren konnten Kennliniensätze erzeugt werden, die einen Absolutfehler von weniger als 0,1 µT ergeben. Im Gesamtsystem führt dies nach ersten Messungen zu Abweichungen gegenüber Profistationen von unter drei Prozent.
+===== Temperaturabhängigkeit der Sensoren =====
+Ein weiterer Aspekt, der bei der Verwendung dieser Sensoren unbedingt berücksichtigt werden muss, ist die starke Temperaturabhängigkeit. Dem wird momentan durch eine im Erdreich vergrabene Tonne Rechnung getragen, die zumindest während eines Tagesverlaufes weitgehend konstante Temperaturen gewährleistet. Im Jahresverlauf ergeben sich jedoch trotz Isoliermaßnahmen deutliche Schwankungen. Deshalb sind im Gesamtkonzept bis zu drei Temperatursensoren vorgesehen, von denen im aktuellen Aufbau einer verwendet wird. Zum Temperaturgang der Fluxgate-Sensoren wurden bereits erste Messungen durchgeführt, allerdings sind bis zu einer sauberen mathematischen Abbildung im Gesamtsystem noch weitere Messreihen notwendig.