[Zuse 0]

Коллеги, здравствуйте.

Рисую схему устройства, предназначенного кроме всего прочего для обработки сигналов емкостных датчиков вибрации. Датчики дифференциальные (т.е. содержат 2 переменных конденсатора с общим выводом, емкость которых изменяется в противофазе), емкость очень не велика ~5пФ. Предполагается наличие помех, поэтому я решил возбуждать датчики высокочастотным синусоидальным напряжением 250-350 кГц (для одного датчика 250, для другого 350 кГц), а детектировать полезный сигнал синхронным детектором. 

Т.е. у меня в голове для каждого датчика вырисовывается такая контструкция: схема модуляции переменного напряжения на двух ОУ (по одному для каждого плеча диф. датчика) дальше два быстрых инструментальных усилителя с коэффициентами усиления +1 и -1, далее быстродействующий двухпозиционный аналоговый ключ, и наконец ФНЧ 4 порядка за которым уже АЦП

Напрягает во всем этом инжекция заряда ключа. С одной стороны, вносимое инжекцией  искажение, имхо, приведет лишь к изменению смещения на выходе ФНЧ, что для меня совершенно безразлично, так как мне важна переменная составляющая ~5кГц, но с другой, возможно, я что-то упускаю

Коллеги, поделитесь, пожалуйста, опытом в части разработки быстродействующих синхронных детекторов. Кто на чем делал, какие встретились подводные камни итд итп

Всем спасибо!  

 

Изменено 10 мая, 2019 пользователем Zuse

[Rst7 5]

По нынешним временам я бы даже особо не раздумывая делал так - сигнал возбуждения на датчик - меандр, после чего просто усиливал зарядовым усилителем до удобного для АЦП уровня, потом бы цифровал с частотой 2Fвозбуждения, и брал разности между двумя соседними выборками. Между зарядовым усилителем и АЦП можно включить RC ФНЧ как псевдо-интегратор, соответственно, выборка АЦП должна происходить в момент переключения полярности сигнала возбуждения. Фильтрация полезного сигнала 5кГц - это уже выполнять в цифре.

 

Прелестей много:

а) Зарядовый усилитель позволяет подключить датчик достаточно длинным кабелем без потери чувствительности.

б) Упрощается схема возбуждения (логический инвертор вполне подойдет).

в) Резко уменьшается количество аналоговой обвязки.

[Plain 166]

У меня меандром задача не решается — только трапецией, с компенсатором смещения в придачу.

[Rst7 5]

1 minute ago, Plain said:

У меня меандром задача не решается — только трапецией, с компенсатором смещения в придачу.

А в чем проблема?

[Plain 166]

Ёмкость входа не замыкается.

[Tanya 4]

Обычно в таких случаях - мост.

[my504 2]

На мой взгляд тоже - мост с датчиком, питаемый синусом (с кварцевой стабильностью), дифусилитель  и диф-АЦП с учетверенной по отношению к синусу частотой выборок. Массив АЦП преобразуем в два квадратурных - домножаем на синус-косинус (это для учетверенной частоты будет инверсия-повторение-ноль), фильтруем КИХ с оптимальным для данной задачи окном и находим амплитуду  сигнала как корень из суммы квадратов квадратурных каналов.

Все.

[Rst7 5]

Все равно не понимаю, зачем именно синусом? Да и квадратурные сигналы там излишество, достаточно только одного канала.

 

В общем, считаю, что ТС'у надо бы немного подробнее рассказать про сами датчики, что они из себя представляют.

[Plain 166]

Это ТВГ, т.е. резонатор из кварца и т.п. в форме полусферы, конденсаторы напылены на стенках.

[Rst7 5]

23 minutes ago, Plain said:

Это ТВГ, т.е. резонатор из кварца и т.п. в форме полусферы, конденсаторы напылены на стенках.

Вот тут я не в курсе дела, поделитесь для общего развития подробнее, почему ему плохо от меандра?

[vervs 23]

общая точка конденсаторов на усилитель заряда, к остальным двум выводам - противофазный меандр, выход усреднить

просто как идея.. годится?

[Rst7 5]

1 minute ago, vervs said:

общая точка конденсаторов на усилитель заряда, к остальным двум выводам - противофазный меандр

Ну вот я такое и предлагаю. Только еще резистор в пару мегаом надо включить между выходом ОУ и его инвертирующим входом.

 

И у Вас на схеме слишком уж высокая частота возбуждения, 10МГц - это много. Потому на самом деле на выходе тут не нужный сигнал, а "издержки производства". Щас нарисую, как должно быть.

[Rst7 5]

Вот как-то так. Осциллограммы в уже устоявшемся режиме. Смысл фильтра после зарядового усилителя - это ведь почти согласованный фильтр для сигнала (он ведь меандр, а для него согласованный фильтр - это интегратор, а такой ФНЧ - ну в таком приближении более-менее интегратор). Потому при точках семплирования АЦП прямо на фронтах сигнала возбуждения как раз будет измеряться среднее значение за пол-периода.

[Zuse 0]

Ох, сколько написали! Спасибо!

Как правильно подметил Plain, речь о ТВГ (правда не о том, которым я занимался раньше) Предложенные схемы хороши, когда общий вывод конденсаторного датчика не связан с общим. У меня, к сожалению, он с общим связан. Т.к. общий вывод - это металлизированный полусферический резонатор ТВГ и с ним так же взаимодействуют электроды электростатического возбуждения.

Для моего случая в литературе предложена следующая схема:   

Моя схема (дифференциальная) справа. Меандр, имхо,  в этом случае не канает, т.к. ОУ будут звенеть или возбуждаться

Касаемо предложения выбросить синхронный детектор и делать все в цифре - я об этом думал. В моем случае нужно метить АЦП в верхушки синусов, но есть сомнения что выйдет получить таким образом высокую точность измерения, ибо я не случайно собираюсь возбуждать два датчика разными частотами (250К и 350К). Я заложу этот вариант в схему, но синхронный детектор, как альтернативу, тоже хочу сделать

Изменено 10 мая, 2019 пользователем Zuse

[Zuse 0]

1 hour ago, Rst7 said:

Вот как-то так. Осциллограммы в уже устоявшемся режиме. Смысл фильтра после зарядового усилителя - это ведь почти согласованный фильтр для сигнала (он ведь меандр, а для него согласованный фильтр - это интегратор, а такой ФНЧ - ну в таком приближении более-менее интегратор). Потому при точках семплирования АЦП прямо на фронтах сигнала возбуждения как раз будет измеряться среднее значение за пол-периода.

Кстати, у этой схемы, имхо, есть недостаток.

Она не давит синфазную наводку на С1, С2, которая может оказаться существенно больше полезного сигнала

Даже при незаземленных датчиках, имхо, все-таки лучше делать на двух ОУ и инструментальнике