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Auslegung Tiefpassfilter / Wo integrieren? - Philipp841 - 18.10.2018 15:50
Hallo wertes Forum,
ich wende mich dieses Mal mit einer Frage an Euch die zwar nicht LV-spezifisch, jedoch für LV-Spezis vermutlich dennoch recht alltäglich ist.
Per NI-USB-6216 lese ich über einen differentiell geschalteten AI das Signal eines Wegaufnehmers ein (burster 8712_25).
Für die richtige und möglichst konstante Spannungsversorgung wurde ein Linearregler inkl. Puffer vorgeschaltet. Um die Ströme über den Schleiferkreis des Wegaufnehmers gering zu halten wurde ein OP nachgeschaltet.
Alle Bauteile & Verdrahtungen sind in dem beigefügten PDF eingezeichnet.
In der Aufzeichnung von der Spannung U_Sens kann ich beobachten, dass es vereinzelt (5-20x pro Tag, unregelmäßig) zu Events mit erhöhtem Rauschen kommt. Für einige Sekunden bis Minuten vervielfacht sich das Rauschen um den Faktor 10-50 (!) (Amplitude ca. 20-30mV). Natürlich spiegelt sich dieses Rauschen in dem Signal U_Sign wieder, welches ich über die NI-Karte einlese. Dies möchte ich eliminieren.
Da ich nicht erörtern kann, wodurch die "Rausch-Events" generiert werden, verfolge ich den Ansatz diese "einfach" wegzufiltern. Hierfür plane ich einen Tiefpass mit einer Grenzfrequenz von etwa 10Hz zu integrieren (für R & C habe ich bislang 150Ohm & 100µF geplant).
Leider habe ich keinen Schimmer an welcher Stelle ich die beiden Bauteile einfügen muss, damit ich mein Ziel erreiche. Es wäre super wenn mir jmd. sagen kann ob mein Ansatz funktionieren kann und an welcher Stelle ich die Bautreile integrieren muss.
Danke im Voraus,
Philipp (bin ab Di. wieder am PC)
RE: Auslegung Tiefpassfilter / Wo integrieren? - Lucki - 19.10.2018 09:17
Die Antwort ist doch ganz einfach: Einen Widerstand zwischen Abgriff des Potentiometers und dem schon vorhandenem Kondensator einfügen. Damit die Grenzfrequenz nicht durch die Potistellung beeinflusst wird, sollte der Widerstand eine Größenordnug höher als der Poti-Widerstand sein. Also nicht 150 Ohm und 100 µF, sondern 15 kOhm und 1 µF.
Ob damit Dein Problem gelöst ist und Du damit glücklich wirst, ist eine ganz andere Frage...
Zitat:Da ich nicht erörtern kann, wodurch die "Rausch-Events" generiert werden,...Wie kann denn so ein triviales Projekt so geheim sein, Daß Du darüber nichts sagen darfst? Oder weißt Du es schlichtweg nicht? Daß das Rauschen durch den 7805 verursacht werden könnte, halte ich für absurd. Und wenn doch, dann ist der Schaltkreis fehlerhaft und sollte ausgetauscht werden.
Diese hohe kapazitive Belastung am Ausgang mit 1000 µF ist auch nicht gut, weder für die Regelung noch wegen der Rückströme beim Abschalten der Eingangsspannung. Ein üblicher Wert ist 47 µF.
RE: Auslegung Tiefpassfilter / Wo integrieren? - Philipp841 - 22.10.2018 09:51
Hallo Lucki,
vielen Dank für deine Antwort und schön, dass Du die Lösung als so einfach empfindest. Mir, als Nicht-elektroniker geht es da halt anders. Bzgl. der Rausch-Events ist da garnichts geheim. Ich habe einfach keinen blassen Schimmer wo sie herkommen.
Beigefügt einmal meine Interpretation deiner Beschreibung. Hast du es so gemeint oder habe ich etwas falsch verstanden?
Danke & Gruß,
Philipp
RE: Auslegung Tiefpassfilter / Wo integrieren? - Lucki - 22.10.2018 13:09
Nein, so nicht. Der Widerstand soll eingefügt werden in dem Draht zwischen dem Schleifer (Pfeilsymbol) und dem Operationsverstärker.
RE: Auslegung Tiefpassfilter / Wo integrieren? - Philipp841 - 22.10.2018 14:47
Aha,..
ok.
Habs nochmal "gemalt.." siehe Bild. Passt das so ?
(Und sind dann die 10nF (die ich fälschlicher weise gerade mit 22nF eingezeichnet habe) direkt vor dem OP überhaupt noch sinnig?)
Danke,
Phil
RE: Auslegung Tiefpassfilter / Wo integrieren? - Lucki - 22.10.2018 15:31
Nein, natürlich nicht.
RE: Auslegung Tiefpassfilter / Wo integrieren? - RMR - 23.10.2018 10:55
(18.10.2018 15:50 )Philipp841 schrieb: Für die richtige und möglichst konstante Spannungsversorgung wurde ein Linearregler inkl. Puffer vorgeschaltet. Um die Ströme über den Schleiferkreis des Wegaufnehmers gering zu halten wurde ein OP nachgeschaltet.Ich muss jetzt doch mal "dumm" fragen.
Das der Aufnehmer eine möglichst konstante Versorgungsspannung benötigt kann ich soweit nachvollziehen.
Beim OP am Ausgang wid es für mich schon schwieriger. Warum das? Die Impedanz des 6216 liegt bei 10GOhm.
Zitat:In der Aufzeichnung von der Spannung U_Sens kann ich beobachten, dass es vereinzelt (5-20x pro Tag, unregelmäßig) zu Events mit erhöhtem Rauschen kommt. Für einige Sekunden bis Minuten vervielfacht sich das Rauschen um den Faktor 10-50 (!) (Amplitude ca. 20-30mV). Natürlich spiegelt sich dieses Rauschen in dem Signal U_Sign wieder, welches ich über die NI-Karte einlese. Dies möchte ich eliminieren.Warum hier eine HW-Lösung? LV bietet doch so einiges an Filtermöglichkeiten.
Wenn dann könnte ich mir noch ein R, C oder L über dem Eingang vorstellen, aber vor einem OP?
Ich bin wirklich neugierig was hierfür der Grund ist.
Grüße & Keep on, Ralf aka RMR
RE: Auslegung Tiefpassfilter / Wo integrieren? - Lucki - 23.10.2018 16:15
@RMR
Ich habe nicht gewußt, daß das Poti der Sensor (der potentiometrische Wegaufnehmer) selbst ist. Ich nahm an, dieses Teil ist hinter dem OP angeschlossen. Ja, Du hast Recht, der OP ist da eigentlich nicht erforderlich. Das Rauschen kann ich mir, falls die der7805 nicht defekt ist oder unter der nicht empfohlenen viel zu hohen hohen kapazitiven Belastung von 1000µF leidet, nur mit einer ganz wüsten, wilden Verdrahtung auf einer Versuchsschaltung erklären.
Die Verwendung des 7805 ist hier auch unangebracht. Man wird normalerweise eine Referenzspannungsquelle (für ebenfalls wenig Geld) verwenden, z.B die REF02 von TI (oder eine von Dutzenden anderen). dann dürfte auch Ruhe im Karton sein.
Und Du hast Recht, um höherfrequente Störungen zu unterdrücken, ist eine möglichst hohe Samplingrate mit anschließender Mittelung immer zu empfehlen - kostet ja nix. Allerdings kann auch hier ein Hardware- Filter erforderlich sein. Beipiel: Sampling-Rate 200kHz. Damit lassen sich Frequenzen bis 100kHz korrekt verarbeiten. Höhere Frequenzen sollte der ADC nicht zu sehen bekommen. Es ist dann ein TP-Filter vorzuschalten. Dafür kann man ein einfaches RC-Glied verwenden. Da die Störunterdrückung oberhalb seiner Grenzfrequenz aber nicht sehr scharf ist, sollte dessen Grenzfequenz deutlich niedriger sein, also so bei 10kHz. Vielleicht ist das aber gar nicht erforderlich, wenn so hohe Frequenzen gar nicht vorkommen.
RE: Auslegung Tiefpassfilter / Wo integrieren? - Philipp841 - 26.10.2018 11:14
Hy,
ich würde eure Empfehlung gerne 1:1 umsetzen. Zunächst soll es um die zwei Wegaufnehmer gehen. Sprich´, ich besorg mir jetzt ne neue Steckplatine, und diese Referenzspannungsquelle. Liefert die genug mA um zwei von den burster Wegsensoren zu versorgen (8712_25 & 8712_50) ?
Bzgl. der hohen Sample-rate wird das wohl eher nix, da ich 8 Kanäle einlese. Momentan arbeite ich mit 2kHz und 100 Samples pro Kanal (habe bei höheren Frequenzen beobachtet das die Kanäle übersprechen). Da für mich jedoch nur Frequenzen bis 20Hz interessant sind, ist dies aber unkritisch denke ich. Alles , alles oberhalb dieser Frequenz soll weggefiltert werden.
Und noch einmal etwas grundlegendes zur Idee an diese Arbeit: Das Ziel ist mit den burster Sensoren Verschiebungen im +/- 1 µm zu erfassen, obwohl die max. Auflösung mit 0,01mm angegeben ist. Ich hole die Präzision halt über das Mitteln raus.
Phil
RE: Auslegung Tiefpassfilter / Wo integrieren? - Lucki - 26.10.2018 15:14
(26.10.2018 11:14 )Philipp841 schrieb: ....ich besorg mir jetzt ne neue Steckplatine, und diese Referenzspannungsquelle. Liefert die genug mA um zwei von den burster Wegsensoren zu versorgen (8712_25 & 8712_50)Lies das Datenblatt, dann siehst Du es. Andererseits: Man kann auch über einen Widerstand zusätzlichen Strom von der unstabilisierten Eingansspannung auf den Ausgang der Referenzquelle einspeisen. Das soll man nicht übertreiben, aber verdoppeln kann man damit den lieferbaren Strom allemal. Die Spannungsreferenz stabilisiert das dann mit. Die REF01 braucht aber etwas mehr als die von Dir angegebenen 7.8V. Besser wären 10V. Wenn Du das nicht änderen kannst, sollte es vielleicht mit anderen ICs gehen.
Wenn Du über mehrere Samples mitteln willst, empfehle ich eine Zeitauer der Mittelung von 20ms oder einem Vielfachen davon. Vorteil: dann werden die allgegenwärtigen Brummeinstreuungen aus dem 50Hz-Netz ausgemittelt.