Jump to content

    

Синхронный детектор на 250-350 кГц

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!  

 

Edited by Zuse

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

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

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 minute ago, Plain said:

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

А в чем проблема?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ёмкость входа не замыкается.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Обычно в таких случаях - мост.

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

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

Share this post


Link to post
Share on other sites
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?

Share this post


Link to post
Share on other sites

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

просто как идея.. годится?

c_diff.JPG

Share this post


Link to post
Share on other sites
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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

1.thumb.png.642e0650687c70b29a807414b68de892.png

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites

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:Charge_Amp2.JPG.6ee62de441e5e27926a2f01f342aa961.JPG   

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

Edited by Zuse

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 hour ago, Rst7 said:

1.thumb.png.642e0650687c70b29a807414b68de892.png

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

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now