Съём данных с емкостного датчика Опции

[Art55555]

Добрый день!

Имеется датчик емкостного типа, с которого нужно принимать и оцифровывать сигнала. С ним соединяемся по 3 контактам –питание, земля и сигнал.

Требуется:

1) Выделить сигнал. Правильно ли я понял, что нужно поставить высокоомную нагрузку? Не понял только как её ставить. Последовательно или параллельно? И какая цепь должна идти после этой нагрузки?

2) Усилить. Как лучше в таких случаях использовать ОУ?

[kovigor]

Требуется: ...

Вот, с пылу, с жару. Только-только обсудили:

http://electronix.ru/forum/index.php?showt...p;#entry1250686

[Art55555]

Я правильно понял схему подключения? Т.е. резистор "проходной".
Или же нужно сопротивление ставить как в рис 2? (в параллель)
По поводу ёмкости вообще ничего не понятнто. Нужно ли её ставить и как?
На всякий случай поставил цифры около основных элементов.

К сожалению, технические параметры датчика мне не известны. По природе откликов - емкостной.





Сообщение отредактировал Art55555 - Apr 25 2014, 11:37

[Tanya]

Я правильно понял схему подключения? Т.е. резистор "проходной".
Или же нужно сопротивление ставить как в рис 2? (в параллель)
По поводу ёмкости вообще ничего не понятнто. Нужно ли её ставить и как?
На всякий случай поставил цифры около основных элементов.

Нужно обеспечить путь входному току ОУ.
Картинки нужно сжимать. Уберите рамочки и сожмите до нормального размера.

[Меджикивис]

соединяемся по 3 контактам –питание, земля и сигнал.

Непонятно, что именно представляет собой датчик. Раз на него необходимо питание, значит что-то внутри питается. Может быть там есть встроенный усилитель.
Тогда нагрузка вовсе не обязана быть высокоомной. А может быть вообще выходной сигнал в формате RS232? Тогда совсем другая опера получается...

Короче, без этой информации никакая схема разумно предложена быть не может, только вилами на воде.

[Vovk_Z]

Да, что есть "сигнал"?

[Art55555]

Нужно обеспечить путь входному току ОУ.
Картинки нужно сжимать. Уберите рамочки и сожмите до нормального размера.

Картинки поправил, извиняюсь.
Путь входному току - т.е. последовательно ставить резистор нельзя?

[Tanya]

Путь входному току - т.е. последовательно ставить резистор нельзя?

Можно, и нужно. И еще на общий резистор для тока. Нужна линейная комбинация Ваших картинок. Предполагаем, что Ваш датчик с бесконечным сопротивлением на постоянном токе. Его нужно считать. По току ОУ, шумам, смещению и пр...
Последовательно - для страховки ОУ.

[Art55555]

Можно, и нужно. И еще на общий резистор для тока. Нужна линейная комбинация Ваших картинок. Предполагаем, что Ваш датчик с бесконечным сопротивлением на постоянном токе. Его нужно считать. По току ОУ, шумам, смещению и пр...
Последовательно - для страховки ОУ.

Получается, что схема включения имеет такой вид:


А значения этих сопротивлений уже нужно отдельно высчитывать.
По датчику, к сожалению, информации мало. Датчик тремора. Представляет собой 2 металлические пластины с упругим диэлектриком между ними. К нему подходят 3 провода - питание 3.3 В, земля и, собственно, выходной сигнал. Датчик явно не резистивный. При подключении осциллографа мы видим только шумы по питанию 50 Гц., а полезного сигнала не видно вообще (при воздействии на датчик). Получается, сначала нужно как-то выделить сигнал а уже после заниматься его усилением с последующей оцифровкой.

[Tanya]

При подключении осциллографа мы видим только шумы по питанию 50 Гц., а полезного сигнала не видно вообще (при воздействии на датчик)..

Сопротивление у щупа маловато. Там, наверное, вся игра на изменении емкости при неизменном заряде конденсатора. А описание у датчика есть?

[Vovk_Z]

Сопротивление у щупа маловато. Там, наверное, вся игра на изменении емкости при неизменном заряде конденсатора. А описание у датчика есть?

А зачем тогда питание?

[Art55555]

Сопротивление у щупа маловато. Там, наверное, вся игра на изменении емкости при неизменном заряде конденсатора. А описание у датчика есть?

Скорее всего, да. Во всяком случае, при лёгком прикосновении к пластине датчика пальцем (без нажатия) мы видим отклик. Но вот вопрос - как этот отклик сделать более-менее сильным? А сейчас там единицы милливольт.

[Tanya]

А зачем тогда питание?

Не знаю точно, но думается, что оно подается на конденсатор через высокоомный резистор.

[polyakovav]

Для контроля тремора очень удобно трехосевые акселерометры вроде LIS344 или прямо с цифровым выходом LIS331.
А если нужно измерять, то лучше посмотреть прецизионные у Analog Devices.

[Guest_TSerg_*]

Но вот вопрос - как этот отклик сделать более-менее сильным? А сейчас там единицы милливольт.

Понятие "усилитель" Вам известно?

[Меджикивис]

Скорее всего, да. Во всяком случае, при лёгком прикосновении к пластине датчика пальцем (без нажатия) мы видим отклик. Но вот вопрос - как этот отклик сделать более-менее сильным? А сейчас там единицы милливольт.

Если это простое устройство типа конденсаторного микрофона, то сигнал можно повысить, увеличив напряжение заряда с трех вольт например до 10 - 15.
Во-вторых, нужна очень хорошая экранировка для защиты от сетевых наводок.

В третих, операционный усилитель для такой задачи подходит мало, потому что для своей правильной работы требует резистора на землю.

---------
если кто из форумчан знает ОУ с полевым входом, который может работать с "оторванным" входом, висящим в воздухе, отпишитесь пожалуйста!
Я не знаю такого, а полезная вещь была бы.
---------

Поскольку я такого ОУ не знаю, то предлагаю сделать дополнительный усилитель на полевом транзисторе, например КП103 или типа того (в импорте называется JFET, если ничего не путаю)
Этот маленький каскад лучше пристроить непосредственно к датчику, чтобы не пускать слабый сигнал по длинному соединительному проводу, на который будут сильные наводки, и кроме того этот провод будет реагировать на изгибы и натяжения, поскольку тоже имеет собственную емкость.

А уже после такого каскада, когда сигнал немного усилен, и самое важное - уже не такой высокоомный, его можно пустить по проводу и затем усиливать обычным ОУ.

[Guest_TSerg_*]

1. Для работы с емкостными датчиками обычно используются следующие типы схем включений: мостовой, резонансный, биений.
Усилить переменное напряжение особых проблем нет.

2. Поскольку у любого ОУ есть входной ток, то схема отвода его при емкостном входе обязательна.
Усилитель переменного тока на одиночном полевике здесь не исключение.

При ограниченном времени работы усилителя можно обойтись без резистора утечки.
При этом будет нарастать напряжение смещения со скоростью, определяемой значениями входного тока
и емкостью датчика ( разделительного ) конденсатора.

3. С другой стороны, при использовании современных ОУ с токами 0.1 пА, таким резистором может быть поверхность печатной платы
При сопротивлении утечки 1 ГОм имеем напряжение смещения 0.1 мВ.

[Меджикивис]

Сорь, не мог сразу ответить - форум долго был недоступен.

Поскольку у любого ОУ есть входной ток, то схема отвода его при емкостном входе обязательна.

В далекой молодости меня интересовал этот вопрос, и я проверил многие ОУ. Из в то время доступных, заработал с оторванным входом К544УД2, уже писал здесь где-то. Но у него пренеприятное свойство в этом режиме застревать, если выход достиг шины питания (вероятно открываются какие-то паразитные структуры) и нету другого варианта возвратить его в рабочее состояние, как разрядить вход на землю.
Надо бы проверить, не отыщется ли что-нибудь из современных, - без подобного эффекта.

Усилитель переменного тока на одиночном полевике здесь не исключение.

У меня прекрасно работал такой индикатор поля на выше сказанном полевике.

Для работы с емкостными датчиками обычно используются следующие типы схем включений: мостовой, резонансный, биений.
Усилить переменное напряжение особых проблем нет.

А вот это - настолько уместное напоминание, что продолжать обсуждать полевые схемы применительно к данной задаче теряет всякий смысл...
Особенно, если учесть, что характерная полоса получаемого полезного сигнала где-то от 0.5 до 10 Гц.

Я думаю, автор к Вашему совету должен прислушаться и подумать о запитке датчика переменным напряжением.


Сообщение отредактировал Меджикивис - May 18 2014, 10:34

[Plain]

автор к Вашему совету должен прислушаться и подумать о запитке датчика переменным напряжением

Т.е. запитать им его встроенный усилитель. Ну так на первой же отрицательной полуволне он в общем случае выгорит.

[Меджикивис]

Как я понял, никакого встроенного усилителя в датчике нет (был выше мой вопрос об этом), а только обкладки. Простая механика. При этих условиях ничего гореть не должно.

[Plain]

Автор сразу сказал, что датчик требует конкретно +3,3 В, а паре пластин и 100 В было бы нормально.

Если там и в самом деле пара пластин, то для преобразования ёмкости в напряжение хватит одного логического элемента с небольшим обвесом, а далее обычный усилитель, если требуется напряжение, либо триггер, если порог.

В любом случае, автор скорее всего уже или решил задачу, или спалил этот неизвестный датчик и она стала неактуальной.

[Меджикивис]

Имеется датчик емкостного типа, с которого нужно принимать и оцифровывать сигнала.

1. Для работы с емкостными датчиками обычно используются следующие типы схем включений: мостовой, резонансный, биений.

Кстати, используя метод биений, оцифровать сигнал можно даже без применения АЦП
Поступаем так:
делаем мультивибратор на простых логических элементах, задающим конденсатором которого является емкость датчика.
Делаем второй точно такой же мультивибратор, с постоянным конденсатором, образцовый.
Оба мультивибратора должны располагаться в одном корпусе микросхемы, для компенсации теплового дрейфа, который у мультивибраторов будет заметный.

От мультивибратора с датчиком запускаем счетчик, допустим на 2048, после него регистр-защелку из D-триггеров.
От образцового мультивибратора - делитель, допустим на 1024, который каждым 1024-ым импульсом защелкивает данные в регистр и сбрасывает счетчик.

Когда мультивибраторы работают одинаково, в момент записи показаний счетчика в регистр, на счетчике каждый раз будет разумеется 1024.
Если же емкость датчика изменится, частота мультивибратора соответственно изменится тоже, и показания счетчика в момент записи увеличатся или уменьшатся на некоторое число единиц.
Остается только периодически считывать с регистра выходные данные ))))))

В отличие от традиционного метода получения биений смешением, этот вариант хорош тем, что имеет во-первых широкий диапазон,- и становится не нужна система АПЧ; а во-вторых, мультивибраторы могут работать на немного отличающихся друг от друга частотах. (А на точно одной частоте они неизбежно влияли бы друг на друга, явление "затягивания" частот.)

Только такое решение уже за рамками тематики форума - не аналоговое, а чисто цифровое.

[Plain]

В целом направление верное, но как-то сложновато — под одним логическим элементом выше имелся ввиду либо триггер Шмитта, генератор на нём и защёлка его счётчиком МК, либо Исключающее ИЛИ, фазовый детектор на нём и каком-либо генераторе МК и вход АЦП МК, либо D-триггер и фазовый компаратор на нём и двух ШИМ МК.

Насчёт "рамок форума" всё в порядке — автор темы плисовод, сигнал ему нужен цифровой, а задача сводится к одному резистору между двумя ногами ПЛИС.

[Art55555]

Понятие "усилитель" Вам известно?

Про усилитель мне, естественно, известно. Он даже присутствует на моей схеме в начале темы. Но проблема в том, что если со входа подать сигнал сразу на усилитель, то мы видим шумы (достаточно сильного размаха) и полезного сигнала нет. Электрическая цепь никак не реагирует на воздействия датчика.
Нужно как-то "нагрузить" цепь с датчика. В различных вариациях игрались с килоомными резисторами и даже мегаомным. Безрезультатно.

Как я понял, никакого встроенного усилителя в датчике нет (был выше мой вопрос об этом), а только обкладки. Простая механика. При этих условиях ничего гореть не должно.

Про усилитель не знаю, но если прикоснуться к датчику пальцем (без нажатия), то реакция есть.

[Меджикивис]

Замерить тестером на максимальных мегомах. Если только обкладки - то звониться не должен ни как, вообще.
Если же хоть сколько-то покажет, и тем более - если в какую-нибудь сторону прозвонится как диод - тады ой. Но это маловероятно на мой взгляд; с внутренним усилителем сигнал во-первых не был бы так мал, во-вторых он не был бы столь высокоомным.


добавлено:
И в третьих - если встроенный усилитель присутствует, и при этом сигнал теряется в его собственных шумах - то вряд ли что можно поделать с этим(((

Сообщение отредактировал Меджикивис - May 23 2014, 16:06

[Tanya]

Про усилитель не знаю, но если прикоснуться к датчику пальцем (без нажатия), то реакция есть.

Подайте номинальное напряжение и измерьте ток потребления.