[Tanya 4]

ADS1210 похоже подходит, хотя я с ней конкретно не работал. Перед ним ставьте ФНЧ второго порядка на ОУ с хорошими JFETами на входе с низми уровнем шума на чатстоте <10 Гц, резисторы больше 10 Ком в этом фильтре не ставьте. Других особых мер не надо. Этот же ФНЧ и будет интегратором. Подстройку фазы ключа можно сделать на таймере т.к. частота у вас стабильна. Это можно и на МК реализовать, и на CPLD.

Сделать фильтр с частотой среза 1 Гц и низкими шумами очень сложно, поэтому рекомендую 10 Гц и 100 Гц скорость работы АЦП. 100 Гц до 1 Гц усредните в МК фильтром первого порядка.

Смущает одно: где же будет происходить собственно усиление полезного сигнала? :ohmy: Можно, конечно, ПУ сделать усилителем переменного напряжения, отказавшись от ТИ-включения. Но даже в этом случае селективность будет недостаточной. ФНЧ-интегратор, выделяющий разностный сигнал, вряд ли стоит делать с коэфффициентом передачи выше 1, PGA АЦП, ИМХО, маловато. Напрашивается усилитель между интегратором и АЦП, Вы не находите? Низкочастотный, но прецизионный.

К вопросу о предусилителе. Тут необходимо тщательно обдумать проблему зашкаливания от постороннего света (или почти зашкаливания), что будет очень неприятно. Поэтому я так настойчиво и предлагаю компенсацию на входе ДО усилителей. Вы, к сожалению, (или это моя невнимательность?) не описали подробно, где излучатель, где приемник, какая расходимость луча, какая оптика, где все это стоит, и, наконец, что это вообще такое и зачем....

А это бы, возможно, помогло.

Ведь проблемы тут не только схемотехнические.

[MarkOne 0]

Необходимо измерить степень рассеяния света некоторой поверхностью. С этой целью освещаю её лазером видимого диапазона, с импульсной модуляцией частотой 6,4 кГц (для удобства усреднения).

Проблема в фоновой засветке ...

:blink:

 

я все ждал, будет ли задан вопрос об " импульсной модуляции светового потока от лазера" ....

что это за модуляция и какие ее параметры отражены в характеристиках излучаемого светового потока ?

ИМХО - плясать надо от этой печки (весьма интересны также и другие характеристики и условия вашего эксперимента, вопрос о которых задан автором предыдущего поста)

[_artem_ 0]

К вопросу о предусилителе. Тут необходимо тщательно обдумать проблему зашкаливания от постороннего света (или почти зашкаливания), что будет очень неприятно. Поэтому я так настойчиво и предлагаю компенсацию на входе ДО усилителей. Вы, к сожалению, (или это моя невнимательность?) не описали подробно, где излучатель, где приемник, какая расходимость луча, какая оптика, где все это стоит, и, наконец, что это вообще такое и зачем....

А это бы, возможно, помогло.

Ведь проблемы тут не только схемотехнические.

Ключуйте резисторы в обратной связи трансимпеданса в зависимости от замеров на его выходе

[Herz 5]

К вопросу о предусилителе. Тут необходимо тщательно обдумать проблему зашкаливания от постороннего света (или почти зашкаливания), что будет очень неприятно. Поэтому я так настойчиво и предлагаю компенсацию на входе ДО усилителей. Вы, к сожалению, (или это моя невнимательность?) не описали подробно, где излучатель, где приемник, какая расходимость луча, какая оптика, где все это стоит, и, наконец, что это вообще такое и зачем....

А это бы, возможно, помогло.

Ведь проблемы тут не только схемотехнические.

Поверьте, я не напускаю туману специально :) сверх необходимого.

Просто это не моя прихоть...

Конечно, я отдаю себе отчёт в том, что проблемы тут не только схемотехнические и с влиянием внешней засветки стараюсь бороться, по мере возможности, и конструктивно. Более того, с этого начиналась разработка. Обсуждать здесь оптику не вижу большого смысла, тем более, что это - не совсем мой профиль и изменить что-то кардинально в оптической системе мне не по силам. По крайней мере, пока.

Само собой, мысль о компенсации - первое, что пришло в голову. Мне кажется, я посвятил ей достаточно много сил и времени. Вот кое-какие выводы. Компенсация ДО усилителей - вообще, ИМХО, нереальна. Нельзя же подавить свет "противосветом". Если бы речь шла только о постоянной засветке (солнечной), можно было бы скомпенсировать фототок, ею вызванный, ДО усилителя. Даже автоподстройку в этом случае сделать элементарно. Но наводка от ламп - серьёзная проблема. Это даже не синус, чтобы выделить его и подать в противофазе компенсирующий. Кроме того, если даже предварительная компенсация пройдёт успешно, нет гарантии, что в процессе измерений не будет включено постороннее освещение (скажем, люминисцентная лампа, включенная ещё и на другую фазу сети).

Ещё деталь: оптика включает в себя объектив, в фокусной плоскости которого находится ФД. (Поэтому применение второго, "компенсационного" фотосенсора затруднительно. Даже будучи поставлен рядом, вряд ли он даст какую-то пользу. Вынести же его за пределы объектива и направить в сторону - мало толку, слишком "неравные" условия).

Поэтому разумными действиями кажутся лишь применение полосового оптического фильтра на требуюмую длину волны (лазеры, к счастью, узкополосны) и применение вместо обычного ФД в качестве сенсора RGB-сборки, где два других канала использовались бы для дифференциации.

Необходимо измерить степень рассеяния света некоторой поверхностью. С этой целью освещаю её лазером видимого диапазона, с импульсной модуляцией частотой 6,4 кГц (для удобства усреднения).

Проблема в фоновой засветке ...

:blink:

 

я все ждал, будет ли задан вопрос об " импульсной модуляции светового потока от лазера" ....

что это за модуляция и какие ее параметры отражены в характеристиках излучаемого светового потока ?

ИМХО - плясать надо от этой печки (весьма интересны также и другие характеристики и условия вашего эксперимента, вопрос о которых задан автором предыдущего поста)

Модуляция просто примитивная - включено/выключено. Модулировать излучаемую лазером мощность возможно лишь скважностью, т.е ШИМом, например. Но контролировать её всё равно приходится, КПД лазера - величина весьма непостоянная.

[MarkOne 0]

... проблемы тут не только схемотехнические и с влиянием внешней засветки стараюсь бороться, по мере возможности, и конструктивно. ..

Обсуждать здесь оптику не вижу большого смысла ...

разумными действиями кажутся лишь применение полосового оптического фильтра на требуюмую длину волны

 

....Модуляция просто примитивная - включено/выключено. Модулировать излучаемую лазером мощность возможно лишь скважностью, т.е ШИМом, например. Но контролировать её всё равно приходится, КПД лазера - величина весьма непостоянная.

 

может я где-то не врубаюсь, но почему бы вам не попробовать применить (а там, где облучателем лазер - так это первое, что само просится) поляризационные фильтры ?

согласованное их применение в облучателе и приемнике на порядки уменьшит влияние фоновой засветки...

второй путь - поскольку сигнал просто 100% амплитудно модулированный (а я уж было засомневался, может вы действительно что-то новое, доселе неизвестное широкому кругу применили :) ) - поставьте полосовой фильтр на эту частоту и обрабатывайте пропорциональный интенсивности отраженного спектра сигнал только в этой полосе (для обработки сигнала можно и синхронное детектирование применить) ...

и третье - вы уже сами отметили - полосовой оптический фильтр на нужную длину волны ...

 

но, все-таки, первое и третье даст самый большой эффект в улучшении шумовых характеристик вашей системы

[DS 0]

Усиление полезного сигнала должно происходить в ТИ усилителе. Можно после него еще каскад с небольшим усилением добавить. Дальше все только должно быть направлено на подвление внеполосных сигналов. Усилитель-ФНЧ перед АЦп вполне может иметь коэжффициент 10 -20.

 

Может будет полезно - голографические фильтры у Кaizerа уменьшаются в стиоимости по площади. Мы покупали по 400 с диаметром 25 мм, который на на фиг был не нужем. Тут выяснилось, что 10 мм можно заказать по 100. 3 мм, наверное по 10 Вам в количестве 1 штука не сделают, но если Вы разарабатываете серийный прибор, наверное 100 штук 3 -5 мм по сходной цене пройдет.

[Herz 5]

Усиление полезного сигнала должно происходить в ТИ усилителе. Можно после него еще каскад с небольшим усилением добавить. Дальше все только должно быть направлено на подвление внеполосных сигналов. Усилитель-ФНЧ перед АЦп вполне может иметь коэжффициент 10 -20.

Позволю себе усомниться в достаточности. Ведь всё усиление ДО подавления внеполосных сигналов во-первых, не повысит соотношение сигнал/шум, во-вторых, не может быть достаточным из-за сужения динамического диапазона величиной помехи. Это то, с чего начиналось обсуждение. Грубо: если соотношение фона к сигналу 15мка/15на, то, усилить эту смесь в ТИ, скажем, до 6В нужен К=400 ком. Полезный же сигнал перед подачей на АЦП требуется усилить примерно до 3В, а это К=200 Мом. Следовательно, нужно ещё усиление выделенного, полезного сигнала в 500 раз. (сравните с 10-20 для ФНЧ. Кроме того, может я заблуждаюсь, но чем выше усиление фильтра, тем точнее требуется подбор его компонентов, нет?).

Так что, основное усиление, ИМХО, должно быть именно после синхронного детектирования и интегрирования. Конечно, прикидка без учёта оптических фильтров, но насколько они улучшат сигнал/шум? Неужели на 40 дБ - реально?

По поводу поляризационных фильтров. Экспериментиы проводились. Может, фильтры были - не супер, но пользы от них заметить не удалось. Скорее всего, дело в том, что поверхность - некая мелкодисперсная структура, вращающая вектор поляризации практически во всех направлениях.

Кстати, ознакомился (пока поверхностно) с DS на ADS1210. Производит впечатление довольно сложного прибора. Могли бы Вы как-то прокоментировать это:

При стандартных включениях микросхемы ADS1210

(дифференциальном либо при подключении одного входа к опорному

напряжению), входной сигнал может попасть в зону нулевого

дифференциального напряжения (ширина этой зоны составляет несколько

мВ). При этом в цифровом фильтре микросхемы образуется комбинация,

которая не может быть подавлена цифровым фильтром. Этот эффект

известен и описан в [3] и при измерениях выглядит как сигнал низкой

частоты.

Для подавления этого эффекта был применен очень простой

прием. Один из входов микросхемы АЦП был соединен с «землей».

«Системная калибровка» измерителя трактует такое соединение как очень

большое «смещение нуля», которое, тем не менее, удается компенсировать.

Таким образом, эта зона (шириной несколько милливольт) смещается за

границы рабочего диапазона.

Взято отсюда. Это такая особенность этой микросхемы или типичная проблема для сигма-дельта? На сайте TI я не нашёл пояснений.

[DS 0]

Я имел в виду нечто другое. Усиливать сигнал до полного размаха перед АЦП вряд ли целесообразно - кроме шумов там все равно ничего не будет. Перед "знакоменятелем" разогнать до 6 вольт - идея правильная. После него надо усилить раз в 20 - 25 прямо в ФНЧ и на АЦП подать. Вам же значащих разрядов надо вытянуть 12, а В АЦП их аж 24. При 15 на и 300 Ком у Вас будет полезный сигнал перед входом АЦП порядка 0.1 Вольта. Этого вполне достаточно. Я бы переключил АЦП в режим, когда у него входной размах около 0.5 вольт, чтобы можно было о смещении нуля не очень беспокоиться.

 

Про такие шутки в АЦП я не слышал никогда. Если это "особенность" данного АЦП, то им просто нельзя пользоваться. Хотя скорее всего, это какие-то глюки входной цепи АЦП у данного товарища.

 

Я использую AD7738/39 примерно для таких же целей и вполне доволен. Присмотритесь и к ним.

[Herz 5]

Я использую AD7738/39 примерно для таких же целей и вполне доволен. Присмотритесь и к ним.

Мне ведь многоканальный ни к чему. А что Вы скажете насчёт АD7791?

[Rst7 5]

Компенсация ДО усилителей - вообще, ИМХО, нереальна. Нельзя же подавить свет "противосветом". Если бы речь шла только о постоянной засветке (солнечной), можно было бы скомпенсировать фототок, ею вызванный, ДО усилителя. Даже автоподстройку в этом случае сделать элементарно. Но наводка от ламп - серьёзная проблема. Это даже не синус, чтобы выделить его и подать в противофазе компенсирующий. Кроме того, если даже предварительная компенсация пройдёт успешно, нет гарантии, что в процессе измерений не будет включено постороннее освещение (скажем, люминисцентная лампа, включенная ещё и на другую фазу сети).

 

Про "противосвет" в "Микрофотоэлектронике" на рис 4.22 полезная схемка. Если воспользоваться ею и сделать частоту среза фильтра НАФ, скажем 200Гц, а работать на частоте 20кГц, то такая схемка в 100 раз снизит паразит от ламп на выходе трансимпеданса, т.е. можно не опасаться насыщения входного каскада. Остатки отлично додавятся синхронным детектором.

[Herz 5]

Про "противосвет" в "Микрофотоэлектронике" на рис 4.22 полезная схемка.

Это где, простите? Дайте ссылочку, пожалуйста.

[DS 0]

Я использую AD7738/39 примерно для таких же целей и вполне доволен. Присмотритесь и к ним.

Мне ведь многоканальный ни к чему. А что Вы скажете насчёт АD7791?

 

Лишние каналы просто присоединяются к ref. 773X имеют лучшие характеристики при частоте сэмплирования >100 Гц, которая Вам и нужна.

[Tanya 4]

]

Поверьте, я не напускаю туману специально :) сверх необходимого.

Просто это не моя прихоть...

Конечно, я отдаю себе отчёт в том, что проблемы тут не только схемотехнические и с влиянием внешней засветки стараюсь бороться, по мере возможности, и конструктивно. Более того, с этого начиналась разработка. Обсуждать здесь оптику не вижу большого смысла, тем более, что это - не совсем мой профиль и изменить что-то кардинально в оптической системе мне не по силам. По крайней мере, пока.

Само собой, мысль о компенсации - первое, что пришло в голову. Мне кажется, я посвятил ей достаточно много сил и времени. Вот кое-какие выводы. Компенсация ДО усилителей - вообще, ИМХО, нереальна. Нельзя же подавить свет "противосветом". Если бы речь шла только о постоянной засветке (солнечной), можно было бы скомпенсировать фототок, ею вызванный, ДО усилителя. Даже автоподстройку в этом случае сделать элементарно. Но наводка от ламп - серьёзная проблема. Это даже не синус, чтобы выделить его и подать в противофазе компенсирующий. Кроме того, если даже предварительная компенсация пройдёт успешно, нет гарантии, что в процессе измерений не будет включено постороннее освещение (скажем, люминисцентная лампа, включенная ещё и на другую фазу сети).

Ещё деталь: оптика включает в себя объектив, в фокусной плоскости которого находится ФД. (Поэтому применение второго, "компенсационного" фотосенсора затруднительно. Даже будучи поставлен рядом, вряд ли он даст какую-то пользу. Вынести же его за пределы объектива и направить в сторону - мало толку, слишком "неравные" условия).

Поэтому разумными действиями кажутся лишь применение полосового оптического фильтра на требуюмую длину волны (лазеры, к счастью, узкополосны) и применение вместо обычного ФД в качестве сенсора RGB-сборки, где два других канала использовались бы для дифференциации.

Необходимо измерить степень рассеяния света некоторой поверхностью. С этой целью освещаю её лазером видимого диапазона, с импульсной модуляцией частотой 6,4 кГц (для удобства усреднения).

Проблема в фоновой засветке ...

:blink:

А может Вам лучше поставить импульсную лампу - типа фотовспышки, которая с оптикой забьет Ваш фон?

Ведь если фон - N фотонов в приемнике, а n - число полезных фотонов, то корень из N будет раз в 30 больше n (по Вашим данным). И это идеальный случай постоянной засветки. Отсюда ясно, что требования к линейности всего усилительного тракта весьма суровые. А также требования к стабильности временных интервалов в синхронном детекторе получаются порядка десятков ppm.

[Rst7 5]

Про "противосвет" в "Микрофотоэлектронике" на рис 4.22 полезная схемка.

Это где, простите? Дайте ссылочку, пожалуйста.

 

Это книжка, которую вам предлагали стащить с ftp. Для этого станьте "Своим" (ветка "Доступ в свои").

 

 

ЗЫ К сожалению, на мыло переслать не могу.

[Stanislav 0]

2 Herz

Простите за перерыв - времени маловато. И за то, что ещё раз придется забежать назад и поговорить о принципах.

Начать предлагаю вот с какого вопроса. Дело в том, что обеспечить максимально возможное соотношение сигнал/шум можно, как ни банально это звучит, только при максимально возможном отношении мощности зондирующего сигнала к мощности помехи в момент измерения. Для обеспечения такого соотношения предлагаю использовать излучающие приборы с максимально возможным отношением допустимой пиковой мощности к средней. Модуляцию следует производить короткими импульсами максимально возможной интенсивности и большой скважности, чтобы не превысить макс. рассеиваемую мощность прибора в таком режиме.

Иными словами, если лазер средней непрерывной мощностью, допустим, в 10 мВт, позволяет получить в импульсе 100мВт, пусть даже и при скважности не 10, а 20, его нужно использовать именно в таком режиме. Подавая на лазер меандр (скважность 2) с мощностью в импульсе 20мВт, в общем случае, получим гораздо худшее соотношение мощности сигнала и шума в момент действия импульса.

Если есть вопросы по существу этого предложения - буду рад ответить.

 

Второй момент: как воспользоваться достигнутым, хоть и максимально возможным для имеющегося излучателя, но очень кратковременным отношением С/Ш?

Ответ - с помощью синхронного детектора, обеспечиваюшего пропускание входного сигнала только в момент действия импульса (сейчас я опускаю существенные вещи, касающиеся вопросов построения предусилителя). Насколько я понял, возможность синхронизации приёмника и передатчика всё же имеется, что избавляет от необходимости применения несинхронного квадратурного детектора или ФАП.

Синхронный детектор может быть реализован на недорогом современном быстродействующем электронном аналоговом ключе (простите за обилие эпитетов :) ). Стробом ключа может являться модулирующий сигнал лазера, с компенсацией задержки в тракте передачи-приёма, которую несложно реализовать на достаточно шустром МК (подойдёт даже AVR).

Надо сказать, что эквивалент синхронного детектора может быть реализован и непосредственно на аналого-цифровом преобразователе с синхронным захватом сигнала.

Предлагаю обсудить высказанные положения и пойти дальше в способах построения оптимальной (то есть, теоретически наилучшей) в смысле отношения сигнал/помеха системы для решения Вашей задачи.

 

2 Tanya

Вы снова совершенно правы. :) В части компенсации я также советовал познакомиться с приёмниками сигнала ДУ, где она имеется. Однако, компенсация фона и медленных изменений сигнала способствует только смягчению требований к динамическому диапазону тракта приёма, не решая задачу в принципе.

Насчёт лампы-вспышки - суть правильна, только не знаю, приемлемо ли такое решение для автора темы. Кроме того, с узкополосной системой передачи-приёма, возможно получение решения без использования таких экстремальных методов и энергий. :)