Differentieller Ladungsverstärker mit flexibler Signalverarbeitung für Hochtemperatur-Sensoren

Winterthur, Dezember 2024 – Kistler präsentiert den ersten differentiellen Ladungsverstärker für piezoelektrische Druck- und Beschleunigungssensoren, der die Vorteile differentieller Messungen mit einem Maximum an Flexibilität in der Signalverarbeitung verbindet. Anwendungsgebiete für den neuen Ladungsverstärker sind unter anderem dynamische Messungen mit hohen Umgebungstemperaturen – etwa bei der Konstruktion von effizienteren Flugzeugturbinen, der Weiterentwicklung von Gasturbinen zur Verwertung von Wasserstoff oder um Verbrennungsinstabilitäten bei Raketentriebwerken zu ermitteln.

Insbesondere in Laborumgebungen gilt für Messtechnik der Grundsatz „Je flexibler, desto besser“. Bei piezoelektrischen Druck- und Beschleunigungsmessungen im sehr hohen Temperaturbereich ist differentielle Messtechnik Pflicht. Sie eliminiert zuverlässig Störsignale, wie sie etwa durch Rauschen in Maschinenumgebungen (Erdschleifen) oder lange Kabel entstehen. Schon länger sind entsprechende Sensoren und Ladungsverstärker im Einsatz. Letztere waren jedoch durch fixe Filtereinstellungen beschränkt in ihrer Flexibilität. Gerade bei Tests von Neuentwicklungen mit unbekanntem Frequenzverhalten bedeutete dies zusätzliche Aufwände beim Versuchsaufbau.

Differentieller Ladungsverstärker mit flexibler Signalverarbeitung für unterschiedlichste Messbereiche

Der Landungsverstärker LabAmp 5166A von Kistler verschafft dank anpassbarer, digitaler Filter Abhilfe. Der differentielle Ladungsverstärker deckt mit 10 bis 54.000 pC und mit 0,5 bis 50.000 Hz besonders große Ladungsbereiche und Frequenzbandbreiten ab, so dass Anwender mit einem einzigen Ladungsverstärker auskommen. Eine sehr hohe Abtastrate (bis zu 200 kSps bei 24 Bit Datenerfassung pro Kanal) sorgt für detaillierte Ergebnisse, selbst bei sehr dynamischen Messungen. Die Hochpass-, Tiefpass- und Kerbfilter sind individuell anpassbar. Sämtliche Einstellungen für die Signalverarbeitung werden dabei bequem über eine übersichtliche Benutzeroberfläche (Web-UI) getätigt. 

Der LabAmp 5166A verfügt über vier Kanäle, an die differentielle piezoelektrische Sensoren angeschlossen werden können. Die aufbereiteten Messdaten stehen Anwendern über frei skalierbare analoge Outputs oder als digitales Signal zur Verfügung, das eine direkte Auswertung über eine entsprechende Messdatenanalyse-Software wie jBEAM von Kistler ermöglicht. Bei größeren Messaufbauten lassen sich mehrere LabAmps zusammenschalten und mittels Precision Time Protocol (PTP) synchronisieren. In diesem Fall können Anwender die Einstellungen für alle Ladungsverstärker über die Kistler Software für Datenerfassung KiStudio Lab vornehmen. Auch eine REST API ist vorhanden und erlaubt es, den differentiellen Ladungsverstärker bei Bedarf in anwenderspezifische Software zu integrieren.

Verlässliche Ergebnisse mit differentieller Messtechnik 

Bei der differentiellen Messtechnik erfolgt die Signalübertragung nicht über ein einzelnes Signal, bestehend aus einem Absolutwert, sondern über zwei Signale. Der Messwert entspricht dabei der Differenz dieser beiden Potentiale. Dieses Vorgehen ist gegenüber Störgrößen deutlich weniger anfällig, allerdings müssen sämtliche Komponenten auf die differentielle Technologie ausgelegt sein. Differentielle Messtechnik kommt insbesondere bei anspruchsvollen Anwendungen zum Einsatz, wo Zuverlässigkeit und eine hohe Auflösung gefragt sind sowie in Umgebungen mit hohem elektromagnetischem Störpotential.