| |
 Усилитель тока фотодиода, Хочется услышать критику. |
|
|
|
|
 Jul 31 2006, 19:22
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 421
Регистрация: 27-05-05
Из: Энергодар
Пользователь №: 5 480
|
Здравствуйте уважаемые. Вот набросал усовершенствованную схему усилителя сигнала, который снимается с фотодиода. Фотодиод BPW21R спектральный максимум 565 нМ (зеленая область). Немного про принцип измерения. Микроконтроллер подает импульсы 50Гц на генератор тока, который в свою очередь управляет зеленым светодиодом. Промодулированный световой поток проходит через оптическую камеру (камеру определения уровня задымления) и попадает на фотодиод. Потом сигнал усиливается и подается на 10 разрядный АЦП (ATmega32). АЦП делает выборки сигнала с частотой 10кГц, после чего сигнал проходить через простейший цифровой фильтр ВЧ, для того чтобы убрать постоянную составляющую. В конечном итоге вычисляем значение среднеквадратического напряжения, которое пропорционально уровню задымления. Хочется услышать критику по схемотехнике и выбранному принципу измерений.
Эскизы прикрепленных изображений
|
|
|
|
|
|
|
|
Jul 31 2006, 19:36
|
Гуру
Группа: СуперМодераторы
Сообщений: 3 096
Регистрация: 16-01-06
Из: Москва
Пользователь №: 13 250
|
Фотодиод надо включать с обратным смещением в преобразователь ток-напряжение. Частота 50, 100 гц и т.п. - крайне неудачный выбор. Измерить так, как Вы предлагаете, можно только очень сильное поглощение. Какая точность Вам нужна ? Посмотрите на форуме, тут были две довольно интересные ветки, автор Herz, названия типа "трансимедансный усилитель" и "продолжение про трансимедансный усилитель". Задача не такая в точности, как Ваша, но идея похожа. А, вот они : http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=16486 , http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=15655
Сообщение отредактировал DS_ - Jul 31 2006, 19:38
--------------------
Не бойтесь тюрьмы, не бойтесь сумы, не бойтесь мора и глада, а бойтесь единственно только того, кто скажет - "Я знаю как надо". А. Галич.
|
|
|
|
|
|
|
|
Jul 31 2006, 20:03
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 421
Регистрация: 27-05-05
Из: Энергодар
Пользователь №: 5 480
|
Цитата(DS_ @ Jul 31 2006, 21:36)  Фотодиод надо включать с обратным смещением в преобразователь ток-напряжение. Частота 50, 100 гц и т.п. - крайне неудачный выбор. Измерить так, как Вы предлагаете, можно только очень сильное поглощение. Да вот с частотой немного сложно получаеться 1) 50 Гц выбрано что бы избавится от фоновой засветки лампами накаливания и сетевых помех. 2) Чем меньше частота тем больше отсчетов можно обработать на AVR, соответсвенно больше стабильность и точность измерения. Цитата(DS_ @ Jul 31 2006, 21:36) Какая точность Вам нужна ? Точность порядка +- 1% ослабления проницаемости воздуха.
|
|
|
|
|
|
|
|
Jul 31 2006, 20:09
|
Гуру
Группа: СуперМодераторы
Сообщений: 3 096
Регистрация: 16-01-06
Из: Москва
Пользователь №: 13 250
|
Так поэтому и не желательно брать 50 Гц - у Вас будут низкочастотные биения с паразитной засветкой, которые невозможно будет отличить от сигнала. Лучше бы добавить еще операционник и ключик, и сделать вычитание и фильтрацию в аналоге. А частоту модуляции поднять до килогерца. Тогда и АЦП встроенного хватит, и засветку подавите. АЦП при этом можно будет как раз с частотой в несколько десятков герц запускать, и проблема с обработкой исчезнет.
Сообщение отредактировал DS_ - Jul 31 2006, 20:10
--------------------
Не бойтесь тюрьмы, не бойтесь сумы, не бойтесь мора и глада, а бойтесь единственно только того, кто скажет - "Я знаю как надо". А. Галич.
|
|
|
|
|
|
|
|
Aug 1 2006, 06:53
|
Местный
Группа: Новичок
Сообщений: 493
Регистрация: 18-06-06
Пользователь №: 18 143
|
Цитата(Pat @ Jul 31 2006, 23:22) Хочется услышать критику по схемотехнике и выбранному принципу измерений. AD820 относительно устаревшие. Да и резисторов и конденсаторов много лишних в схеме - для измерительной техники использование резисторов в принципе - "не есть карашо" .
|
|
|
|
|
|
|
|
Aug 1 2006, 14:37
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 421
Регистрация: 27-05-05
Из: Энергодар
Пользователь №: 5 480
|
Цитата(DS_ @ Jul 31 2006, 22:09) Так поэтому и не желательно брать 50 Гц - у Вас будут низкочастотные биения с паразитной засветкой, которые невозможно будет отличить от сигнала. Лучше бы добавить еще операционник и ключик, и сделать вычитание и фильтрацию в аналоге. А частоту модуляции поднять до килогерца. Тогда и АЦП встроенного хватит, и засветку подавите. АЦП при этом можно будет как раз с частотой в несколько десятков герц запускать, и проблема с обработкой исчезнет. Да вроде теория говорит, что для того чтобы уйти от сетевой помехи, измерения необходимо производить за время периода сети или время кратное ему. В принципе это все програмно отлажено, и есть повторяемость результатов измерений. Я просто решил изменить схему усилителя и уйти от разделительных конденсаторов, оставить только один по входу. В старой схеме стоял еще один между операционниками, также в старой схеме сигнал подавался на инвертирующий вход. Зтесь дабы увеличить входное сопротивление сигнал подаеться на неинвертирующий вход операционника. Отсюда собственно вылезло 2 дополнительных сопротивления R2 R6. Меня тут другое волнует. Подача смещения (равное половине опорного АЦП) на резисторы R2,R3,R6,R7. Такую схему включения содрал где то в инете, и интересует работоспособна ли она.
|
|
|
|
|
|
|
|
Aug 2 2006, 04:46
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 303
Регистрация: 3-03-05
Пользователь №: 3 044
|
Цитата(GetSmart @ Aug 1 2006, 18:45) Ну дак извекайте требуемые 50Гц прямо из сети и на ней синхронизируйтесь. Вроде бы для этого простейшая схема требутса. А можно рядом фотодиодик поставить, который только за сетевым светом и будет следить.
--------------------
Опыт - чудесная вещь: легко использовать, можно продать, трудно пропить.
|
|
|
|
|
|
|
|
Aug 31 2006, 06:01
|
Частый гость
Группа: Свой
Сообщений: 199
Регистрация: 28-02-06
Из: Днепропетровск
Пользователь №: 14 792
|
Цитата(CDT @ Aug 2 2006, 07:46) Цитата(GetSmart @ Aug 1 2006, 18:45)
Ну дак извекайте требуемые 50Гц прямо из сети и на ней синхронизируйтесь. Вроде бы для этого простейшая схема требутса.
А можно рядом фотодиодик поставить, который только за сетевым светом и будет следить. На счет синхронизации с сетью: а как быть в случае 3х-фазной сети, когда неизвестно от какой фазы запитано освещение, а от какой фотоусилитель? А вот идея с датчиком фонового освещения - просто класс, мне кажется!
--------------------
|
|
|
|
|
|
|
|
Aug 31 2006, 06:45
|
Частый гость
Группа: Свой
Сообщений: 199
Регистрация: 28-02-06
Из: Днепропетровск
Пользователь №: 14 792
|
Цитата(net @ Aug 31 2006, 09:13) открою маленький секрет - ЕСЛИ НАПРЯЖЕНИЕ В СЕТИ 50 ГЦ - то ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ МЕРЦАЮТ С ЧАСТОТОЙ 100 ГЦ - вот такой вот ньюанс однако надеюсь объяснять не надо почему так?  А что скажете по поводу ламп дневного света? Импортные они там еще какието мозги имеют - может у них вобще частота не 50 и не 100?
--------------------
|
|
|
|
|
|
|
|
Aug 31 2006, 11:38
|
Знающий
Группа: Свой
Сообщений: 597
Регистрация: 24-05-06
Из: г. Чебоксары
Пользователь №: 17 402
|
Цитата Импортные они там еще какието мозги имеют - может у них вобще частота не 50 и не 100? 10кГц - влёгкую! Желательно сначала оценить влияние фона на полезный сигнал. Может он менее 1% :-) Если более, то поставить на пути фонового света обычную капроновую сеточку - в идеале красного цвета, чтобы для зеленого спектра это был фильтр. Заодно и от пыли защита. По поводу наводок. А что мешает сформировать несколько последовательностей: 17Гц, 170Гц, 1700Гц, а с принятым сигналом проделать Фурье, взяв формируемую частоту за основную гармонику? В идеале действующее значение принятого сигнала на разных частотых должно быть одинаковым, с погрешностью, на АЧХ самой системы, конечно. С полученными результатами поступить стандартно: 2 из 3 - правильные. --- А вот если бы задатчик имел поляризованный свет, а приёмник был защищён тоже поляризованным стёклышком... :-)
--------------------
Почему разработчики систем повышенной надёжности плохо справляются с простыми проектами? :)
|
|
|
|
|
|
|
|
Aug 31 2006, 14:56
|
Знающий
Группа: Свой
Сообщений: 858
Регистрация: 9-08-04
Пользователь №: 473
|
Цитата(slimjack @ Aug 31 2006, 10:45) Цитата(net @ Aug 31 2006, 09:13) открою маленький секрет - ЕСЛИ НАПРЯЖЕНИЕ В СЕТИ 50 ГЦ - то ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ МЕРЦАЮТ С ЧАСТОТОЙ 100 ГЦ - вот такой вот ньюанс однако надеюсь объяснять не надо почему так? А что скажете по поводу ламп дневного света? Импортные они там еще какието мозги имеют - может у них вобще частота не 50 и не 100? вы еще сюда галогенки низковольтные приплетите  я же написал о чем я сообщаю 
|
|
|
|
|
|
|
|
Sep 15 2006, 21:05
|
Группа: Новичок
Сообщений: 5
Регистрация: 16-07-06
Из: Саратов.Reg64.Раша
Пользователь №: 18 848
|
Цитата По поводу наводок. А что мешает сформировать несколько последовательностей: 17Гц, 170Гц, 1700Гц, а с принятым сигналом проделать Фурье, взяв формируемую частоту за основную гармонику?
В идеале действующее значение принятого сигнала на разных частотых должно быть одинаковым, с погрешностью, на АЧХ самой системы, конечно. На самом деле нужно делать не так... Нужно взять схему типа как нарисовано здесь Полубалансный синхронный детектор. Помогите чайнику разобраться, что напутал.и подать в качестве несущей ШПС (Шумо Подобный Сигнал), далее синхронный детектор сделает с ней светрку (по сути преобразоваение Фурье), но ШПС сигнал имеет очень широкую (легко достижимо) полосу и при достаточной частоте тактового сигнала (несколько килогерц) и достаточной длинне порождающего полинома (например X^32), легко получить сколь угодно большое подавление АБСОЛЮТНО ЛЮБОЙ помехи... На выходе Синхронного детектора будет постоянка пропорциональная принятому ПОЛЕЗНОМУ сигналу, а помеха будет подавлена... Отношние сигнал/шум будет СТРОГО!!! равно количеству периодов тактового сигнала на промежудке усреднения... Если накапливаем сигнал в течении 1 сек, а несущая 10 кГц то SNR = 10000 !!! Корреляция у ШПС и ЛЮБЫМ другим сигналом имеет длинну не более одного периода тактовой частоты, т.е. 1/10000 сек для 10 кГц тактовой... Извиняюсь, если для автора топика это уже не актуально... 
Сообщение отредактировал Kotische - Sep 15 2006, 21:09
|
|
|
|
|
|
|
|
Sep 19 2006, 05:04
|
Гуру
Группа: Модераторы
Сообщений: 10 983
Регистрация: 23-11-05
Пользователь №: 11 287
|
Цитата(Kotische @ Sep 15 2006, 23:05) Цитата По поводу наводок. А что мешает сформировать несколько последовательностей: 17Гц, 170Гц, 1700Гц, а с принятым сигналом проделать Фурье, взяв формируемую частоту за основную гармонику?
В идеале действующее значение принятого сигнала на разных частотых должно быть одинаковым, с погрешностью, на АЧХ самой системы, конечно. На самом деле нужно делать не так... Нужно взять схему типа как нарисовано здесь Полубалансный синхронный детектор. Помогите чайнику разобраться, что напутал.и подать в качестве несущей ШПС (Шумо Подобный Сигнал), далее синхронный детектор сделает с ней светрку (по сути преобразоваение Фурье), но ШПС сигнал имеет очень широкую (легко достижимо) полосу и при достаточной частоте тактового сигнала (несколько килогерц) и достаточной длинне порождающего полинома (например X^32), легко получить сколь угодно большое подавление АБСОЛЮТНО ЛЮБОЙ помехи... На выходе Синхронного детектора будет постоянка пропорциональная принятому ПОЛЕЗНОМУ сигналу, а помеха будет подавлена... Отношние сигнал/шум будет СТРОГО!!! равно количеству периодов тактового сигнала на промежудке усреднения... Если накапливаем сигнал в течении 1 сек, а несущая 10 кГц то SNR = 10000 !!! Корреляция у ШПС и ЛЮБЫМ другим сигналом имеет длинну не более одного периода тактовой частоты, т.е. 1/10000 сек для 10 кГц тактовой... Извиняюсь, если для автора топика это уже не актуально... Любопытная идея, где-то слышал подобное. Хотелось бы поробовать. ШПС Вы формируете контроллером? Какова полоса? А схема, на мой взгляд, того... не очень... Постоянную засветку давить, пожалуй будет, а вот от сетевых лампочек... Впрочем, если С/Ш устраивает...
|
|
|
|
|
|
|
|
Sep 19 2006, 05:53
|
Знающий
Группа: Свой
Сообщений: 858
Регистрация: 9-08-04
Пользователь №: 473
|
Цитата(Kotische @ Sep 16 2006, 01:05) Цитата По поводу наводок. А что мешает сформировать несколько последовательностей: 17Гц, 170Гц, 1700Гц, а с принятым сигналом проделать Фурье, взяв формируемую частоту за основную гармонику?
В идеале действующее значение принятого сигнала на разных частотых должно быть одинаковым, с погрешностью, на АЧХ самой системы, конечно. На самом деле нужно делать не так... Нужно взять схему типа как нарисовано здесь Полубалансный синхронный детектор. Помогите чайнику разобраться, что напутал.и подать в качестве несущей ШПС (Шумо Подобный Сигнал), далее синхронный детектор сделает с ней светрку (по сути преобразоваение Фурье), но ШПС сигнал имеет очень широкую (легко достижимо) полосу и при достаточной частоте тактового сигнала (несколько килогерц) и достаточной длинне порождающего полинома (например X^32), легко получить сколь угодно большое подавление АБСОЛЮТНО ЛЮБОЙ помехи... На выходе Синхронного детектора будет постоянка пропорциональная принятому ПОЛЕЗНОМУ сигналу, а помеха будет подавлена... Отношние сигнал/шум будет СТРОГО!!! равно количеству периодов тактового сигнала на промежудке усреднения... Если накапливаем сигнал в течении 1 сек, а несущая 10 кГц то SNR = 10000 !!! Корреляция у ШПС и ЛЮБЫМ другим сигналом имеет длинну не более одного периода тактовой частоты, т.е. 1/10000 сек для 10 кГц тактовой... Извиняюсь, если для автора топика это уже не актуально... хорошая теория - но лучше поступить с точностью наоборот сделать узкую полосу и работать на одной частоте если же есть желание повозиться с коррелятором - то лучше взять код баркера (тот же самый ШПС  ) и работать с ним
|
|
|
|
|
|
|
|
Sep 19 2006, 22:37
|
Группа: Новичок
Сообщений: 5
Регистрация: 16-07-06
Из: Саратов.Reg64.Раша
Пользователь №: 18 848
|
Цитата ШПС Вы формируете контроллером? Сейчас ни чем не формирую.... в данном случае просто теоретизирую... Когда делал, то были реализации и на процессоре 80с51 и на сдвиговых регистрах... Можно делать и так и так - это не суть важно... Цитата Какова полоса? В верх от тактовой частоты идут гармоники как от обычного импульсного сигнала, их обычно режут фильтром, т.к. считают что пользы от них нет. А вниз частоты дают практически линейный спектр (псевдо белый шум), от тактовой частоты до нуля герц, состояший из спектральных палок расстояние между которыми равно 1/период повторения m-последовательности. Если взять сдвиговый регистр длинной N бит то период m-последовательности будет 2^N периодов тактового сигнала. Если тактовый сигнал 10 кГц а регистр 32 бит то период повторения m-последовательности, будет примерно 429496 секунд и расстояние между спектральными компонентами будет ~ 0.00000233 Гц, т.е любой реальный спектроанализатор, имеючий частотное разрешение в лучшем случае 0.01 Гц покажет что спектр непрерывный... Цитата А схема, на мой взгляд, того... не очень... Постоянную засветку давить, пожалуй будет, а вот от сетевых лампочек... Если Вы читали ту тему, то видели какие там были требования и с чего там всё началось... По большму счету там синхронный детектор не нужен, просто занимались перфекционизмом... ну и в учебных целях. ШПС гарантированно задавит ЛЮБУЮ помеху которая не корелирует с ШПС-несушей, а у ШПС основное свойство - он корелирует только сам с собой и длинна АВТОкореляции - 1 такт клока. Цитата если же есть желание повозиться с коррелятором - то лучше взять код баркера (тот же самый ШПС biggrin.gif ) и работать с ним К сожалению я с ним не знаком, а я могу другим советовать только то в чем хоть немного разбираюсь...
Сообщение отредактировал Kotische - Sep 19 2006, 22:46
|
|
|
|
|
|
|
|
Sep 25 2006, 06:06
|
Гуру
Группа: Модераторы
Сообщений: 10 983
Регистрация: 23-11-05
Пользователь №: 11 287
|
Цитата(_artem_ @ Sep 24 2006, 23:55) имхо, полоса пропускания синхронного детектора определяется постоянной времени детектора, то есть в соответствии с рисунком в сообшении от 31.08.2006 06:55 (http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:5931-3#70) он будет определяется R8 , C2 и C3. Следовательно его можно сделать сколь угодно узкой, но время детектирования будет конечно же расти по мере уменьшения полосы. Единственная проблема , если не ошибаюсь - он также хорошо принимает на гармониках тактовой. Интеграторы (ФНЧ), образованные R8C2 и R8C3, к самому детектору имеют косвенное отношение, ИМХО. Каким образом он может "хорошо принимать на гармониках тактовой" ? Ключ физически не переключается в несколько раз чаще тактовой, а чтобы уменьшить прохождение высших гармоник и стоит ФНЧ.
|
|
|
|
|
|
|
|
Sep 28 2006, 18:58
|
Группа: Новичок
Сообщений: 5
Регистрация: 16-07-06
Из: Саратов.Reg64.Раша
Пользователь №: 18 848
|
_artem_ "Единственная проблема , если не ошибаюсь - он также хорошо принимает на гармониках тактовой."
Да, принимает, теоретически...
но даже гармоника 2f уже отстоит от несущей на целую актаву...
При такой заначительной расстройке, не представляет проблемы зарезать все неугодные частоты простейшим фильтром до синхроноого детектора.
|
|
|
|
|
|
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|
