измерить индуктивность, исключив влияние 20 метров провода Опции

[_pv]

есть индуктивный датчик, подключенный к LDC1612, который измеряет резонансную частоту LC и через это - изменяющуюся индуктивность и, соответственно, расстояние от катушки до металической пластины.
теперь надо бы этот датчик отнести на 20м витой пары от платы с LDC1612.
индуктивность проводов при этом становится сравнимой с индуктивностью катушки.
и есть опасения что датчик начнёт показывать то, каким образом провод бросили вместо измеряемого расстояния.
катушку можно наверное и побольше взять, но сильно маленькую частоту тоже не хотелось бы, вокруг хватает различных моторов, и прочей силовой электроники

плюс не совсем понятно что там именно внутри Resonant Circuit Driver у LDC1612.
соответственно вопрос: можно ли как-нибудь поделить паразитную индуктивность провода, так же как делится ёмкость у осциллографицеских щупов?
ну или может какой-нибудь другой способ измерения индуктивности чтобы при этом исключить влияние изменения паразитных 20м проводов.
от положения провода в пространстве индуктивность витой пары наверное не сильно уж меняется, но измерять хочется 10^-4.
удлиннить на эти 20м i2c у LDC1612 было бы гораздо проще, но нельзя.

[novikovfb]

Если измерять индуктивность по напряжению на катушке, запитанной изменяющимся током (L=U/(dI/dt)), то можно попробовать четырехпроводную линию: по двум проводам подавать "пилу" тока, по двум другим проводам - измерять напряжение. Исключить емкость можно за счет длинных участков с постоянно изменяющимся током, т.к. напряжение должно быть постоянным и перезаряд емкости проводов должен меньше влиять на результат измерения.
Но, может дешевле обойдется вынести LDC1612 и тянуть цифру?

[_pv]

Но, может дешевле обойдется вынести LDC1612 и тянуть цифру?

было бы дешевле, вынес бы, ионизирующее излучение не даёт.
наверное lvdt какой-нибудь сообразить можно, чтобы от провода не зависело ничего, но опять же частоту с 10^-4 гораздо приятнее измерять, чем напряжение, да ещё и переменное.

[blackfin]

ну или может какой-нибудь другой способ измерения индуктивности чтобы при этом исключить влияние изменения паразитных 20 м проводов. от положения провода в пространстве индуктивность витой пары наверное не сильно уж меняется, но измерять хочется 10^-4.

А замкнуть выводы катушки на дальнем конце 20 м проводов, измерить индуктивность 20 м проводов, а потом разомкнуть выводы катушки и еще раз измерить суммарную индуктивность, это возможно?

PS. В принципе, это типичная задача из "теории длинных линий". Если соединяющая катушку и прибор витая пара в достаточной степени однородна, то всю конструкцию можно с достаточной точностью аппроксимировать "трансформатором сопротивления" на основе "длинной линии" с подключенной к выходу распределенного трансформатора индуктивностью. Параметы самой линии (параметры S11,S12,S22) можно, КМК, измерить одновременно с измерением индуктивности, если проводить измерения входного комплексного сопротивления всей схемы для нескольких гармонических частот. При этом, параметры схемы замещения измеряемой индуктивности должны, ессно, включать в себя паразитные емкости и сопротивления потерь в измеряемой индуктивности.

[_pv]

А замкнуть выводы катушки на дальнем конце 20 м проводов, измерить индуктивность 20 м проводов, а потом разомкнуть выводы катушки и еще раз измерить суммарную индуктивность, это возможно?

да можно, наверное, даже взять обычную витую пару пятой категории и в качестве референса измерять отдельную неипользуемую закороченную витую пару, чтобы не переключать ничего. ведь не сама по себе паразитная индуктивность провода страшна, а её изменение а у двух пар в одном кабеле она как-то более менее одинаково меняться должна.

но всё-таки нельзя ли куда-нибудь вставить частотонезависимый делитель, как в щупе осциллографа, который ценой увеличения напряжения в 10 раз во столько же раз скомпенсирует паразитную индуктивность/ёмкость провода?

[blackfin]

да можно, наверное, даже взять обычную витую пару пятой категории и в качестве референса измерять отдельную неипользуемую закороченную витую пару, чтобы не переключать ничего.

ИМХО, лучше все же измерить в трех частотных точках комплексное входное сопротивление длинной линии к выходу которой подключена индуктивность. Три измеренных комплексных сопротивления позволят вычислить шесть вещественных параметров:

1. Волновое сопротивление длинной линии,
2. Погонное затухание в длинной линии,
3. Длину сегмента длинной линии,
4. Значение измеряемой индуктивности,
5. Значение паразитной емкости в измеряемой индуктивности,
6. Значение сопротивления потерь в измеряемой индуктивности.

Если геометрия и температура в дальнейшем меняться не будут, то при последующих измерениях параметры длинной линии можно считать уже заранее известными и проводить измерения на одной частоте.

PS. Ну это, если вам действительно нужна точность 1.0e-4.

PPS. И нужно помнить, что вихревые токи в металлической пластине будут, в зависимости от расстояния между катушкой и пластиной, изменять не только индуктивность измерительной катушки, но и величину ее паразитной емкости и сопротивления потерь:

есть индуктивный датчик, ..., который измеряет ... изменяющуюся индуктивность и, соответственно, расстояние от катушки до металлической пластины.

[_pv]

20м для пары МГц вроде не особо длинная линия-то получается, а если частоту ещё понизить так вообще.

PPS. И нужно помнить, что вихревые токи в металлической пластине будут, в зависимости от расстояния между катушкой и пластиной, изменять не только индуктивность измерительной катушки, но и параметры ее паразитных емкости и сопротивления потерь:

всё равно калибровать целиком по расстоянию придётся, там и без этого зависимость нелинейная.

[AlexandrY]

20м для пары МГц вроде не особо длинная линия-то получается, а если частоту ещё понизить так вообще.

Бесполезная трата времени.
Что угодно, но только не сенсоры TI.
Им для работы с заявленной точностью нужен исключительно хороший стабильный резонанс.
А тут и емкость проводов гулять будет, и индуктивность будет плавать от малейшего изменения температуры.
Длинные провода еще и потенциал дают не слабый при электризации за счет трения друг об друга.
Это еще не говорим о внешних наводках.
Сенсоры LDC1612 годятся только для вандалоустойчивых металлических мембранных кнопок.

[Plain]

приятнее измерять, чем напряжение, да ещё и переменное

У предлагаемого способа оно постоянное.

[_pv]

У предлагаемого способа оно постоянное.

да, про переменное это а я о lvdt подумал.

[_Vova]

но всё-таки нельзя ли куда-нибудь вставить частотонезависимый делитель, как в щупе осциллографа, который ценой увеличения напряжения в 10 раз во столько же раз скомпенсирует паразитную индуктивность/ёмкость провода?

у осциллографа делитель расположен возле источника сигнала (в щупе), что позволяет уменьшить влияние нагрузки (кабель и осциллограф) на источник сигнала, у Вас измерительная часть от LDC1612 (можно считать за источник сигнал) через кабель до датчика, думаю влияние кабеля делителями здесь не скомпенсировать.
и вообще проверить бы как влияют внешние условия на кабель
отказаться от LDC1612 в датчик поставить сердечник и сделать ОС по уровню сигнала с измерительной обмотки, индуктивность изменять подмагничиванием или просто напряжение возбуждения поднимать

[_pv]

у осциллографа делитель расположен возле источника сигнала (в щупе), что позволяет уменьшить влияние нагрузки (кабель и осциллограф) на источник сигнала, у Вас измерительная часть от LDC1612 (можно считать за источник сигнал) через кабель до датчика, думаю влияние кабеля делителями здесь не скомпенсировать.

ну собственно и надо чтобы кабель не нагружал LC контур, при этом понятно что с делителем у LDC придётся задрать ток которым он этот контур раскачивает, его там в каких-то пределах задавать можно.
плюс ещё нет понимания что именно там на входе/выходе внутри у LDC1612.
а так можно было бы и на отдельных ОУ собрать увеличив напряжение, а цифровая часть - в МК таймер есть, чтобы частоту измерять.

[_Vova]

ну собственно и надо чтобы кабель не нагружал LC контур

наверно я не совсем ясно выразился попробую несколько по другому, проверьте ход мысли, может я и не прав
у осциллографа сигнал идет на делитель потом в кабель, делитель позволяет увеличить (для схемы) входной импеданс осциллограф+кабель. Здесь источник сигнала (генератор) - схема, нагрузка схемы - делитель,кабель,осцил.
у LDC1612 нагрузка - кабель + датчик, делитель возле датчика "отделит" датчик от кабеля - LDC будет "видеть" только кабель; делитель возле LDC1612 ничего не "отделит" - датчик и кабель для LDC1612 "одно целое" уменьшенное на коэф. деления
механическая аналогия (сходу ближе не придумал)
для осциллографа: нужно определить амплитуду/частоту вибрации тела(схема) сильно на него не влияя, есть плохо подвижный механизм - измеритель(осцил с кабелем), но с помощью длинного рычага (делителя)можно заставить этот механизм двигаться, но с малой амплитудой
для LCD: есть тело(датчик), измерителю(LDC) нужно его раскачать (сделать маятник) и по периоду колебании определить его массу, но в наличии нет нити, а есть трос(кабель) массы примерно как у тела, куда бы ни поставили рычаг(делитель), раскачивающий не сможет определить период самого тела, при условии что масса троса "с погрешностью"
или два два пружинных маятника (кабель и датчик) соединены на одной оси - нужно определить массу второго груза(датчика), масса первого(кабеля) определена с погрешностью

[_pv]

делитель возле датчика уменьшит ёмкость кабеля для датчика,
то что LDC будет при этом смотреть на датчик через верхнюю половину делителя (нижняя его никак дополнительно не нагрузит), то для него это будет просто последовательные 100пФ делителя (20м кабеля = 1нФ, делитель 1:10) или 800Ом на 2МГц. поди переживёт.

[_Vova]

насколько понял LDC измеряет резонансную частоту подключенной цепи, нестабильность параметров кабеля останется
может я делитель себе не так представляю

PS пролистал DS на LDC что-то на длинную линию сомнительно..
PPS там два канала может на второй повесить компенсирующий датчик, или если возможно, расположить его с другой стороны подвижной пластины

[_pv]

насколько понял LDC измеряет резонансную частоту подключенной цепи, нестабильность параметров кабеля останется
может я делитель себе не так представляю

всё так, только у датчика те же 10мкГн и 300пФ
ну так ёмкость кабеля же поделили в 10 раз. и его влияние на частоту LCsens.
а паразитная индуктивность ему особо не мешает, но какой-то наклон на АЧХ около максимума LCsens создаёт, соответственно и максимум куда-то немного сдвинуть может.

PS пролистал DS на LDC что-то на длинную линию сомнительно..

да вроде как-то работает. частота уползла раза в два с длинным кабелем, сигнал/шум особо хуже не стал.
после отпуска попробую делитель добавить и кабель попинать чтобы посмотреть как влияет.

PPS там два канала может на второй повесить компенсирующий датчик, или если возможно, расположить его с другой стороны подвижной пластины

второй канал пока хотелось бы оставить под квадратурный сигнал на случай не абсолютного, а относительного энкодера на большие расстояния.
да есть ещё LDC1614 с четыремя каналами с которых можно два дифференциальных измерения снять поставив катушки с обоих сторон.

[Николай Семёнови...]

измерить индуктивность, исключив влияние 20 метров провода

Индуктивность 20-ти метров проводов по сравнению с индуктивностью катушки пренебрежима мала.
Так что не вижу проблемы

Подаете синус и меряете

Сообщение отредактировал Николай Семёнович - Jul 26 2017, 17:28

[_pv]

Индуктивность 20-ти метров проводов по сравнению с индуктивностью катушки пренебрежима мала.
Так что не вижу проблемы

паразитная индуктивность 20м провода примерно те же 10мкГн что и у катушки.

[Николай Семёнови...]

Катушка катушке рознь. У нас катушки в единицы Генри.

Надо было сразу сказать, что индуктивность катушки микроГенри и не пудрить нам мозги

А если у Вас только концы проводов и индуктивность катушки сравнима с индуктивностью проводов, то НИКАК. НИКАК Вы не определите индуктивность катушки. Чудеса в электронике не бывают.
Ну разве только если сначала можете померить индуктивности каждого провода перед тем как подключать их к катушке.
вопрос решен. Тему можно закрвать

Сообщение отредактировал Николай Семёнович - Jul 26 2017, 17:54

[_Vova]

ну так ёмкость кабеля же поделили в 10 раз. и его влияние на частоту LCsens.

частота определяется эквивалентной цепью слева от LDC (на рис. выше), а не LCsens, к LDC вначале подключен кабель, и если параметры кабеля нестабильны, то частота будет меняться
емкость же кабеля поделили со стороны датчика, как если бы датчик был источником сигнала, а LDC приемником.

[_pv]

вопрос решен. Тему можно закрвать

всего хорошего.

частота определяется эквивалентной цепью слева от LDC (на рис. выше), а не LCsens, к LDC вначале подключен кабель, и если параметры кабеля нестабильны, то частота будет меняться
емкость же кабеля поделили со стороны датчика, как если бы датчик был источником сигнала, а LDC приемником.

но ведь LCsens звенеть всё равно на своей частоте хочет, и ему только ёмкость кабеля мешает.
то как его на этой его частоте будет LDC накачивать ему всё равно, через паразитную индуктивность или нет, это проблемы LDC хватит ли ему чутья, но не частоты.

[_Vova]

но ведь LCsens звенеть всё равно на своей частоте хочет,

а LDC хочет и будет генерить(накачивать) на частоте резонанса эквивалентной цепи (всей, куда входит кабель, делитель, датчик), а не её куска в виде LCsens. LDC - автогенератор с внешним LC контуром, контур - все, что подключено к ее выводам, а не только датчик

[_pv]

а LDC хочет и будет генерить(накачивать) на частоте резонанса эквивалентной цепи (всей, куда входит кабель, делитель, датчик), а не её куска в виде LCsens. LDC - автогенератор с внешним LC контуром, контур - все, что подключено к ее выводам, а не только датчик

да, но если отделить ёмкость провода от индуктивности датчика делителем, то и зависимость резонансной частоты от этой ёмкости тоже уйдёт.

[Plain]

Ещё вариант решения задачи — перейти на другой тип датчика.

[_pv]

Ещё вариант решения задачи — перейти на другой тип датчика.

с радостью выслушаю предложения.
нужно много дешевых и сердитых энкодеров.
для начала пусть будет угловой, можно даже относительный, хотя абсолютный тоже неплохо, <0.1 градуса, который можно в диаметр 20мм упихать (хотя бы по одному из размеров), и чтобы не боялся ионизирующего излучения, совсем, так как заэкранировать в таких размерах не ничего получится. соответственно ничего полупроводникового на расстоянии <20м от самого датчика. надо чтобы хотя бы год/другой заведомо прожил набирая килоГрэй/неделю.

[Николай Семёнови...]

да, но если отделить ёмкость провода от индуктивности датчика делителем, то и зависимость резонансной частоты от этой ёмкости тоже уйдёт.

По условиям задачи НИЧЕГО в схеме менять (добавлять/убавлять) нельзя.
Так что мимо

с радостью выслушаю предложения.
нужно много дешевых и сердитых энкодеров.

Слова "энкодер" и "дешевый(копеечный)" не совместимы

[_pv]

По условиям задачи НИЧЕГО в схеме менять (добавлять/убавлять) нельзя.
Так что мимо

вы сами с собой можете где-нибудь в другом месте поговорить?
тем более что

вопрос решен. Тему можно закрвать

всего хорошего.

[Николай Семёнови...]

_pv
Вот только хамить не надо.
Не забывайте где Вы находитесь

Если у Вас что-то не получается - не надо зло срывать на участниках.
Опишите нормально свою проблему и, быть может, я Вам помогу.
Так как у меня опыта побольше чем у Вас

[_pv]

Опишите нормально свою проблему и, быть может, я Вам помогу.

спасибо большое, лучше не надо, не утруждайтесь.

[Plain]

выслушаю предложения

Например, емкостной, но неизвестно, сколько доступно проводов.

[_pv]

Например, емкостной, но неизвестно, сколько доступно проводов.

а чем он будет от индуктивного отличаться? ведь паразитные ёмкости/индуктивности проводов будут абсолютно точно так же пакостить.
а с четырёхпроводной схемой вроде без разницы что измерять.

кстати у ti есть емкостные собратья LDС1612 - FDC2212 которые точно также измеряют ёмкость по частоте LC.
чем они отличаются так и не понял. даже регистры deivce_id совпадают.
похоже маркетологи перемаркировали микросхему и объявили это емкостным сенсором?

[novikovfb]

нужно много дешевых и сердитых энкодеров.

СКВТ чем не угодил? Проводов нужно больше (минимум - шесть, экранированных попарно), есть готовые микросхемы, микросборки и т.п. решения по оцифровке выхода с хорошей точностью. В отличие от измерения индуктивности, СКВТ измеряет соотношение коэффициентов трансформации, т.е. гораздо меньше завязан на свойства длинной линии. А если ее согласовать с сопротивлением нагрузки - вообще не будет реагировать на длину линии.

[_Vova]

в варианте с делителем мне не нравится:
если длина кабеля (параметры датчика) будет другими, то резонансные частоты кабеля и датчика могут сблизится, например, возьмите длину кабеля в 2 раза меньше
сопротивление постоянному току для LDC будет порядка 100к, что у нее внутри не ясно (нужен ли там путь для постоянного тока), вряд ли в TI предполагалось, что к ней подключат "катушку" с таким сопротивлением
а так, емкость кабеля хоть конденсатором 100 пик впослед с датчиком "отделить" можно было

[rudy_b]

А почему не сделать стандартную мостовую схему используя дополнительную закороченную витую пару в качестве второго плеча? Или даже не закороченную, а с вставленной в нее такой же катушкой с фиксированными емкостью и индуктивностью.

[_pv]

изначально было некое измеряющее устройство с LDC1612,
хотелось его/что-нибудь похожее использовать, ну и заодно обойтись при этом без дополнительных проводов.
если не получится, пожалуй, действительно в сторону дифференциальных трансформаторов смотреть надо.

но оно, к сожалению , как-то более менее вменяемо работает и с длинными проводами, и теперь надо разобраться с пределами применимости.

[_pv]

в варианте с делителем мне не нравится:
если длина кабеля (параметры датчика) будет другими, то резонансные частоты кабеля и датчика могут сблизится.
а так, емкость кабеля хоть конденсатором 100 пик впослед с датчиком "отделить" можно было

так как "всё в нашх руках" и кабель и датчик, то резонансные частоты можно отодвинуть друг от друга.
ну и честный делитель действительно не нужен, диапазон частот не сильно большой.

[Plain]

а чем он будет от индуктивного отличаться?

Конструкция проще, меньше габаритами, повторяемость лучше, и метод измерения относительный.

[_pv]

Конструкция проще, меньше габаритами, повторяемость лучше, и метод измерения относительный.

ну не знаю, с учётом 20м проводов, катушку можно практически какую угодно намотать чтобы её индуктивность была больше паразитной, а вот ёмкость датчика при характерных размерах в пару см ограничена несколькими пикофарадами, что на фоне пары нанофарад кабеля выглядит как-то не очень

[Hale]

ИМХО, лучше все же измерить в трех частотных точках комплексное входное сопротивление длинной линии к выходу которой подключена индуктивность. Три измеренных комплексных сопротивления позволят вычислить шесть вещественных параметров:

1. Волновое сопротивление длинной линии,
2. Погонное затухание в длинной линии,
3. Длину сегмента длинной линии,
4. Значение измеряемой индуктивности,
5. Значение паразитной емкости в измеряемой индуктивности,
6. Значение сопротивления потерь в измеряемой индуктивности.

Если геометрия и температура в дальнейшем меняться не будут, то при последующих измерениях параметры длинной линии можно считать уже заранее известными и проводить измерения на одной частоте.

PS. Ну это, если вам действительно нужна точность 1.0e-4.

PPS. И нужно помнить, что вихревые токи в металлической пластине будут, в зависимости от расстояния между катушкой и пластиной, изменять не только индуктивность измерительной катушки, но и величину ее паразитной емкости и сопротивления потерь:

Параллельно с этой темой пытался решить похожую задачу вычисления изменения индуктивности "малой кровью".
Пришел к выводу, что в отсутствие какого-либо опыта все делал абсолютно неправильно. Пробовал делать широкополосными импульсами, но уткнулся в кучу практических проблем.

Чем менять компоненты, усложнять и выжимать из сх. максимум, решил изменить себе ТЗ.
Сразу решил с пилообразными сигналами не связываться, это-ж по сути измерение затухания на ФНЧ зашумленного сигнала неоднозначной формы...

Как мне кажется, идея с вычислением всех компонент предложенным методом, самое подходящее решение для слабых сигналов, неопределенных подводящих кабелей(как сборки, так и изгиба) и слабых токов Фуко. В общем-то в список можно будет добавить матрицу сопротивления шума между парой измерений (можно сообразить даже что-то типа фильтра Калмана поле для творчества есть).

Собственная частота катушки приблизительно 3-10МГц.
Рабочие частоты от нескольких сотен КГц, до пары МГц. Источники синуса на PLL уже имеются в макете, пока что с селектором, переделаю на программируемые, добавлю буферы.

Прошу совета с высокоскоростной прецизионной схемой измерения комплексного сопротивления на монохроматической ВЧ.
Как говорил, опыта нет, не знаю с какой стороны подступиться.

[rudy_b]

Ну, если в проце есть DAC с частотой в несколько раз превышающей частоту сигнала, то проще всего сгенерировать на нем синус и подать на генератор тока (или напряжения, как удобнее) в нагрузку.
Измеряемый сигнал напряжения (тока) оцифровать ADC проца синхронно с DAC.

После чего сделать в проце Герцеля на синус и косинус. Если соотношение частот оцифровки и сигнала равно 2, то Герцель получается простым суммированием (без умножений).

Ну а иначе берется стандартная DDS с двумя выходами, например AD9958, формирующая синус и косинус.
Синус управляет генератором тока (или напряжения, как удобнее). Измеренное напряжение (ток) помножается на синус и косинус, интегрируется и подается на два (можно и один с мультиплексором) входа ADC.

Все это можно сделать и на прямоугольнике с Уолшем, но точность может несколько снизиться.

Могут быть и иные варианты, но, по смыслу, они будут такими же.

[Hale]

rudy_b
Отлично выглядит! Спасибо! О DDS вообще не думал, т.к. был обучен считать их "грязными" источниками, но вопрос 90 градусов конечно решают отлично.