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Motivation

Laptop mit Messadapter
Im Praktikum zu unserer Vorlesung Sensorik erhalten alle Teilnehmer eine Studentenversion des Messautomatisierungsprogramms LabVIEW. Außerdem lernen sie im Praktikum, mit externer Hardware Messsignale aller Art in den PC einzulesen und weiter zu verarbeiten.

Viele Studenten würden sich gerne auch zu Hause mit LabVIEW und Messdatenaufnahme beschäftigen. Allerdings ist die verfügbare Hardware relativ teuer.

Auf Wunsch der Studenten haben wir im Labor für Optoelektronik und Sensorik daher eine kostengünstige Lösung realisiert, die die im PC oder Laptop eingebaute Soundkarte nutzt.

Der Messadapter bietet zwei analoge Eingangskanäle für maximale Spannungen von +/- 10 Volt.

Prinzip

Prinzip des Choppers: Er zerhackt das Eingangssignal mittels eines Analogschalters
Die Idee des Messadapters besteht darin, dass eine Anpassplatine zwischen Messsignal und Soundkarteneingang geschaltet wird. Diese schützt einerseits die Soundkarte vor zu hohen Spannungen. Außerdem wird das Eingangssignal vorverstärkt, um ein gutes Signal-/ Rausch-Verhältnis zu erreichen. Das Hauptproblem bei Nutzung der Soundkarte für Messaufgaben besteht darin, dass am Eingang der Soundkarte Serienkondensatoren liegen, die lediglich Frequenzen oberhalb von ca. 50 Hz passieren lassen.

Typische Sensorsignale (z.B. Temperaturverläufe) weisen allerdings niedrigere Frequenzen auf. Der Messadapter löst dieses Problem, indem er das Eingangsignal mit einem "Chopper" in eine Rechteck-Wechselspannung zerhackt und so die Kondensatoren passieren lässt.

Im LabVIEW-Programm wird anschließend die Gleichspannung "zurückgewonnen" und kann so ausgewertet werden.

Schaltung

Gesamtschaltplan des Messadapters

Die Schaltung teilt sich in unterschiedliche Bereiche:

Spannungsversorgung:
Im Spannungsversorgungsbaustein werden die vom USB-Anschluss des PCs zur Verfügung gestellten 5 V in zwei Hilfspannungen (+/- 5 V) zum Betrieb der Operationsverstärker umgewandelt.

Eingangsverstärker:
Der Eingangsverstärker bietet die Möglichkeit, die eingehenden Messsignale bis zu einem Faktor von 10 zu verstärken.

Rechteckgenerator und Chopper:
Der Multivibrator erzeugt eine Rechteck-Wechselspannung von ca. 1 KHz zur Ansteuerung des weiter oben beschriebenen Choppers.

Begrenzer:
Um die Soundkarte zu schützen, sind am Ausgang des Adapters Dioden eingebaut, die die maximale Spannung auf ca 2,8 V begrenzen.

Hardware-Set

Einzelteile des Bausatzes
Die Studenten können im Labor für Optoelektronik und Sensorik einen Bausatz zum Aufbau des Messadapters erwerben. Dieser enthält eine vom Fachbereich Elektrotechnik und Informatik gefertigte Platine, sämtliche Bauteile und ein Stereo-Audiokabel zur Verbindung des Messadapters mit der Soundkarte.

Platinenaufbau

Bild der fertig bestückten Platine
Die Bestückung der Platine wird durch die Studenten selbst durchgeführt.

Für Alle, die keinen eigenen Lötkolben besitzen (eigentlich unverzeihlich...;-)), steht das Selbstlern-Elektroniklabor zur Verfügung.

Das nebenstehenden Bild zeigt die komplett bestückte Platine.

Software

Bedienoberfläche des Programmteils Kalibrierung
Das zur Nutzung des Messadapters benötige LabVIEW-Programm wird unten als Download zur Verfügung gestellt.

Es bietet die Funktionen Kalibrierung, DC-Messung und AC-Messung.

Die Funktionen des Programms werden in der unten als Download verfügbaren Bauanleitung erläutert.



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