Kapazitätsänderung messen

[Besserwessi]

Ja für einen Abstandssensor, und ggf. als Sensor für mechanische Schwingungen mit Auslenkungen im µm-Bereich und eventuell auch darunter.

[hacker]

Danke für die Eure zahlreichen Beiträge. So richtig weiter haben die mich leider aber auch noch nicht gebracht.

Ich muss oben auch noch paar Werte zurücknehmen. Genauer gesagt geht es um Folgendes:

Ich habe im Prinzip eine Diode und will die Sperrkapazitäts Änderung bei Änderung der Rückwärtsspannung messen.

Kapazität bei keiner Spannung ist ca. 6uF also doch relativ groß. Ich wollte das ganze erst über einen Schwingkreis machen. Ich bekomme auch Resonanz aber eben praktisch keine Änderung bei Rückwärtsspannung zu sehen. Bisher koppel ich in den Schwingkreis die Gleichspannung mit einer Spule (22mH) und die Wechselspannung mit einen Kondensator (0.68uF) ein.

Wie könnte man nun eben die Empfindlichkeit erhöhen, dass ich eben eine größere Ändeurng der Frequenz sehe?

Im Prinzip geht es ja auch in die Richtung, wie ich eine "Kapazitätsdiode" "richtig" in einen/eine Schwingkreis bzw. frequenzbestimmende Schaltung einbringe.

Grüße,
hacker

[PICture]

Um eine ziemlich grosse Kapazitätsänderungen im Schwingkreis zu haben würde ich ausschliesslich paralell geschaltete Varicaps verwenden (z.B. um 100 Stück BB112).

Für einzelnen Varicap müsste man entsprechend für Cmin und Cmax hoche Frequenz des Schwingkreises ausrechnen und annehmen (z.B. 100 MHz).

Die Beschaltung von Varicaps im Schwingkreis ist von der Amplitude der Schwingungen abhängig. Beispielweise für Oszillatoren mit höherer Amplitude üblich ist im Code gezeigte Beschaltung.

                          Cr

                          ||
                    +---+-||-
                    |   | ||
                 V1 V   C
              Rv    =   C
              ___   |   C
        A o--|___|--+   C L
        |           |   C
        |           =   C
     Uv |        V2 ^   C
        |           |   |
        | o-----+   +-+-+
                |     |
               ===   ===
               GND   GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Besserwessi]

Damit man wirklich die Kapazitätsänderung bei der gegebenen Spannung misst, muss die Wechselspannung an der Diode klein (z.B. 0,1 V) sein. Einen Oszillator direkt mit so kleiner Amplitude ist nicht einfach. Ein Möglichkeit wäre ein LC Oszillator mit einer Spule mit mehreren Abgriffen als Induktivität. Die zu messende Kapazität hängt dann halt nur an einem eher kleine Teil der Spule. Die Trennung der Vorspannung macht man am einfachsten so wie oben von Picture gezeigt, vermutlicher aber nur mit der Diode V1, und V2 weglassen.

Eine Frequenzänderung von 20 kHz bei einer Änderung der Kapazität von etwa 2% (10nF zu 6 µF) zu bekommen ist nicht so einfach. Bei einem normalen LC Oszillator geben 2% Kapazitätsänderung halt nur 1% Frequenzänderung. Eine hohe Frequenz (z.B. 2 MHz) ist bei 6 µF nicht sehr realistisch, das wird zu niederohmig und wird selbst in der Transformator-schaltung eher Schwierig. Bei einer niedrigeren Frequenz die für einen 6 µF Kondesator realistisch ist bliebe noch die Möglichkeit per Mischer einen konstanten Teil abzuziehen und dann die Frequenz per PLL z.B. um den Faktor 256 oder 1024 höher zu setzen. Das ist aber ausgesprochen umständlich.

Frequenzänderungen kann man sehr fein Aufgelöst messen - wenn man will, kann man bei 20 kHz auch eine Änderung von 0,01 Hz feststellen. Gerade wenn man unter 20 kHz bleibt, kann man das Signal per Sounfkarte aufnehmen und dann rechnerisch die Frequenz bestimmen - 0,001 Hz Auflösung sind da kein wirkliches Problem, man muss aber mit etwas dirft rechnen, z.B. vom Quarz.

Im Prinzip müßte es auch gehen einen Oszillator aufzubauen bei dem nur die Differenz von Kondensatoren eingeht - halt so ähnlich wie bei einer Messbrücke. Allerdings kann man dann auch gleich eine Brückenschaltung aufbauen und bei einer definierten Frequenz und definiert kleinen Amplitude über die Amplitude messen - das wird einfacher und ist genauer. Bei einer Diode muss man in Grenzen auch damit rechnen das die Kapazität von der Frequenz abhängt. So im Bereich von etwa 5 KHz bis 1 MHz (ggf. auch noch etwas höher) könnte sich da was ändern.

[PICture]

Theoretisch könnte man auch Kapazität eines Varicaps bei kleiner Amplitude duch gefundenen Resonanz per Signal aus einem externen Generator (z.B. Wobler mit PLL) messen. Es wäre aber in der Praxis ziemlich kompliziert.

[hacker]

Hallo zusammen,

aufgrund starker Messungenauigkeit beim Ablesen, bei welcher Frequenz genau die Amplitude maximal wird, will ich nun jetzt den Weg über einen Oszillator gehen. Dann muss ich nur noch die Frequenz messen, was deutlich einfacher ist, als bei den Amplituden das Maximum zu suchen.

Ich versuche es momentan mit der Schaltung von Wikipedia, einem Oszillator mit Differenzverstärker:

http://upload.wikimedia.org/wikipedi...zillator_k.GIF

Ich hab die Dimensionierung so gelassen. Meine Kapazität beträgt für den Schwingkreis 1-4 uF (die Abstimmbare Kapazität hat sich geändert!). Als Spule nehm ich eine mit 1uH. Beim Simulierungen in PSpice mit idealen Bauelementen schwingt das Ding schön an. Sobald ich aber den Schritt zur Wirklichkeit machen und einen Reihnenwiderstand von 15mOhm in Serie zur Spule schalte, schwingt sowohl in der Simulation als auch auf dem Steckbrett nichts an. In der Simulation sieht man eine gedämpfte Schwingung, welche schnell in einer zu kleinen Amplitude verschwindet.

Ich nehm mal an, dass der Schwingkreis zu eine kleine Güte besitzt bzw. dann die Verstärkung in der Rückkopplung zu klein ist, oder?

An der Güte kann ich wohl nichts rütteln.
Aus der Schaltung heraus erkenn ich aber nicht direkt die Verstärkung für die Rückkopplung.

Wie bekomm ich das Ding zum laufen? (bzw. zumindest zum schwingen )


Viele Grüße,
hacker

[PICture]

Hallo hacker!

Versuche es, bitte, mit echtem Hartley-Oszillator oder Colpitts-Oszillator, wenn die Spule keine Abzweigung haben darf.

Ich habe leider nicht mehr im Kopf, welche min. SQR L/C für welchen Oszillator nötig sind, damit er schwingt.