Digitale und analoge Elektronik
Berührungslose Messung der Drehzahl — Handtachometer
Für die berührungslose Drehzahlmessung wird die mechanische Frequenz des
Messobjekts in der Regel optisch erfasst. Das so erzeugte elektrische
Frequenzsignal kann nun mittels eines Mikrocontrollers gemessen werden.
Üblicherweise erfolgt die Frequenzmessung auf zwei Wegen:
- Counter Mode:Über einen definierten
Zeitraum (Torzeit) werden die Perioden des Messsignals gezählt
- Capture Mode: Für die Dauer einer
Signalperiode werden die Perioden einer Referenzfrequenz gezählt
Ein drittes Verfahren kombiniert beide Methoden. Beginnend mit einer Flanke
des Messsignals werden sowohl die Perioden der Referenzfrequenz als auch des
Messsignals gezählt. Nach einer definierten Anzahl von Referenzperioden
(Torzeit) wird die Messung genau zu dem Zeitpunkt beendet, an welchem das
Messsignals die selbe Flanke aufweist, wie die, welche den Messvorgang
startete. Somit ist stets gewährleistet, dass die Messung eine ganze Zahl
von Perioden des Messsignals erfasst.
Rechts ist ein ensprechendes Impulsdiagramm abgebildet (anklicken für
vergrößerte Darstellung).
Die gesuchte Signalfrequenz kann nun berechnet werden, indem die Referenzfrequenz
mit der Anzahl der gemessenen Signalperioden (Counter-Wert) multipliziert
wird und das Ergebnis anschließend durch die Anzahl der gemessenen
Referenzperioden (Capture-Wert) dividiert wird. Die Division durch den
Capture-Wert gab diesem Messverfahren den Namen reziproke Frequenzmessung.
Das Verfahren stellt also eine Kombination der beiden eingangs erwähnten
Verfahren zur Frequenzmessung dar. Es kann ohne Umschaltung der
Erfassungs-Hardware oder des Auswertungsalgorithmus Signalfrequenzen in
einem sehr weiten Bereich mit gleichbleibender Auflösung erfassen.
Die Auflösung entspricht der erfassten Anzahl der Referenzperioden, also der
wirksamen Torzeit, die dem Capture-Wert entspricht.
Bei dem hier gezeigten digitalen Handtachometer bzw. Drehzahlmesser konnten
sämtliche Funktionen der Frequenzmessung direkt in der Hardware der
Peripheriebaugruppen eines Mikrocontrollers implementiert werden.
Die Taktsignale von Compare- und Capture-Counter werden ohne jegliche
Unterstützung durch die CPU aus den entsprechenden Frequenzsignalen
gewonnen. Auch das auf das zu messende Signal synchronisierte Torsignal wird
in Hardware erzeugt und steuert die beiden Counter über Hardware-Signalkanäle.
Lediglich die Auswertung der Zählerstände und die Berechnung der
Frequenz erfolgt in Software.
Die hier beispielhaft gezeigte Messsonde besteht aus einem
Laserdioden-Modul und einem Fototransistor, eingesetzt in ein mittels
3d-Druck (Additive Fertigung, Rapid Prototyping) hergestelltes Gehäuse, in
welches die Kontaktplatte eines Standard-Steckverbinders eingesetzt wird.
Weitere Messsonden basieren auf Hallsensoren, Piezoaufnehmern oder
Elektretmikrofonen.
Aktualisiert: 2022-03-01
