Цифровой сейсмодатчик Опции

[Bakradze]

Хватит ли чувствительности современных MEMS-акселерометров с 16-разрядным АЦП чтоб на их основе сконструировать охранный сейсмический датчик, чувствующий идущего человека, в лесу ну хотя бы метров за 20-30? Либо придется брать индуктивный/пьезоэлектрический геофон, усилитель, АЦП и т.д. У кого там опыт есть в этой области, подскажите пожалуйста

[kovigor]

... чувствующий идущего человека, в лесу ну хотя бы метров за 20-30? ...

Очень сомнительно, чтобы это было реализуемо. В мягкой обуви можно красться почти бесшумно ...

[_pv]

Очень сомнительно, чтобы это было реализуемо. В мягкой обуви можно красться почти бесшумно ...

это если точно знаешь где именно датчик расположен, тогда обмануть, наверное, можно, крадучись или просто сильно нерегулярно шагая, но идти так километры непрсто .

[Xenia]

Хватит ли чувствительности современных MEMS-акселерометров с 16-разрядным АЦП чтоб на их основе сконструировать охранный сейсмический датчик, чувствующий идущего человека, в лесу ну хотя бы метров за 20-30? Либо придется брать индуктивный/пьезоэлектрический геофон, усилитель, АЦП и т.д. У кого там опыт есть в этой области, подскажите пожалуйста

MEMS не годится в качестве микрофона - у него период преобразования слишком велик, чтобы на звуковые колебания реагировать. И это вопреки тому, что в интернете распространяют страшилки о том, что гаджеты с MEMS-гироскопами способны подслушивать разговоры своих владельцев.

Вы уж лучше микрофон в землю заройте , по крайней мере, в народных сказках герой ухо к земле прикладывал, чтобы услышать, есть ли за ним погоня или нет.

16-разрядного АЦП вам хватит, если только присутствие надо регистрировать. Но для серьезных целей (Seismic Monitoring) существуют специальные АЦП с высокой разрядностью, только они чудовищно дороги (например, ASD1281 и ADS1282).

[Bakradze]

Разумеется, по умолчанию объекты не подозревают присутствие таких датчиков.

MEMS не годится в качестве микрофона - у него перид преобразования слишком велик, чтобы на звуковые колебания реагировать. И это вопреки тому, что в интернете распространяют страшилки о том, что гаджеты с MEMS-гироскопами способны подслушивать разговоры своих владельцев.

Вы уж лучше микрофон в землю заройте , по крайней мере, в народных сказках герой ухо к земле прикладывал, чтобы услышать, есть ли за ним погоня или нет.

16-разрядного АЦП вам хватит, если только присутствие надо регистрировать. Но для серьезных целей (Seismic Monitoring) существуют специальные АЦП с высокой разрядностью, только они чудовищно дороги (например, ASD1281 и ADS1282).

Микрофон не нужен, нужен анализатор сейсмических колебаний вызываемый шагами, это десятки герц, MEMS-акселерометра запросто должно хватить всмысле скорости, мне кажется. Вот только не знаю позволит ли чувствительность. Задача именно зарегистрировать.

Сообщение отредактировал Bakradze - Mar 16 2015, 09:59

[MaxPIC]

Микрофон не нужен, нужен анализатор сейсмических колебаний вызываемый шагами, это десятки герц, MEMS-акселерометра запросто должно хватить всмысле скорости, мне кажется. Вот только не знаю позволит ли чувствительность. Задача именно зарегистрировать.

Нет, скорее всего не получится.
Работал с LIS3DH (16 разрядные данные). Во-первых, у датчика есть шум и далеко не маленький (50-70 mgP-P, т.е. от пика до пика). Во-вторых, если бы поверхность была жёсткой (бетонная плита, плитка и пр.), тогда колебания так сильно бы не затухали, и можно было бы попробовать, но на земле - не вариант.
Придерживаюсь совета: геофон + ADS1282.

[Bakradze]

А геофон, индуктивный либо пьез?

[Xenia]

А геофон, индуктивный либо пьез?

Присоединяюсь к вопросу.
Обычно геофоны бывают пьезо, и очень дорогие. Тогда как MEMS-датчики предельно дешевые. Вот и хотелось бы выяснить, насколько вторые годятся на замену первым.
Тем паче, что в области MEMS в последнее время просто революция какая-то - как из рога изобилия, всё сыплются и сыплются новые девайсы.

[stells]

А геофон, индуктивный либо пьез?

у меня дежавю или эта тема уже была?

[_pv]

16-разрядного АЦП вам хватит, если только присутствие надо регистрировать. Но для серьезных целей (Seismic Monitoring) существуют специальные АЦП с высокой разрядностью, только они чудовищно дороги (например, ASD1281 и ADS1282).

сильно большой динамический диапазон там вроде не нужен, нужны низкие НЧ шумы.
куда более дешевый ad7190 справится ничуть не хуже.
тем более что толку от разрядности, когда SNR в те же 130дБ - это всего 22 эффективных разряда.

[MaxPIC]

А геофон, индуктивный либо пьез?

Посоветовать с выбором индуктивного или пьезо не смогу.

[Xenia]

Если на MEMS рассчитывать, то надо сразу с цифровым выходом брать.

Например, это (AXO1500) по описанию понравилось:

Acceleration measurement
24-bit output with digital SPI interface
Single 5V power supply
Embedded temperature sensor
Excellent bias stability
Ultra-low noise
Reliable ceramic package
Small and lightweight: 2 grams
Temperature range [-40 to +85°C]

Product reference: AXO1500
Input Range: +/-15g Along x-axis
Vibration range: 8grms 20-2000Hz
Bias instability: 10 µg
Angular random Walk: 20 µG/√Hz
Data Rate: 1600 Hz

Но ни даташита, ни цены на него, я не нашла. В состоянии разработки?

[_pv]

Например, это (AXO1500) по описанию понравилось:

при 20мкg/Hz^0.5 шумы пусть будут 200мкg в полосе 100Гц.
то есть при амплитуде колебаний A, ускорение A*w^2 даёт шумы определении амплитуды А = 200мкg / (2*pi*100Гц)^2 = 5e-10м на частоте 100Гц.
те же геофоны при чувствительностях до 100В/м/с при сопротивлении катушки в пару килоОм шумов будут иметь пусть 100нВ в полосе 100Гц. собственные шумы АЦП меньше.
соответственно 100нВ / 100В/м/с = A*w -> A = 1e-9/(2*pi*100) = 1e-12м.
цифры конечно очень грубые но пару порядков очень хорошие MEMS акселерометры проигрывают (не говоря уж о ширпотребе вроде LISxx или ADXLxx), хотя бы пототму, что по сравнению с геофонами измеряют величину лишний раз продиффиринцированную (ускорение это производная от скорости), что не очень хорошо.

[Bakradze]

Что-то еще кроме AX01500 24-битное существует?

[_pv]

купите готовый
http://www.radiobarrier.com/ru/ehlementy-sistemy/

[Bakradze]

купите готовый
http://www.radiobarrier.com/ru/ehlementy-sistemy/

Бинго! Хотелось бы сделать такой же, но с перламутровыми пуговицами А вы этих ребят знаете?

Сообщение отредактировал Bakradze - Mar 16 2015, 18:45

[Bakradze]

А если берем множество дешевых MEMS-акселерометров и идем по пути сложения сигналов и 24-битной обработки, возможно ли добиться увеличения чувствительности приема сейсмосигнала?

[Xenia]

А если берем множество дешевых MEMS-акселерометров и идем по пути сложения сигналов и 24-битной обработки, возможно ли добиться увеличения чувствительности приема сейсмосигнала?

Из множества 16-разрядных MEMS вы 24 бита не получите, а точнее говоря, получить из них сможете только сумму, превышающую 16 бит, но младшие ее разряды окажутся незначащими. Правило тут такое - шум падает пропорционально корню квадратному из числа слагаемых. Например, если суммировать измерения от 16 штук MEMS, то получите еще 4 разряда, из которых 2 будут мусором, т.е. реальное расширение точности составит только два битовых разряда. Соответственно этому, для получения 4-х дополнительных РЕАЛЬНЫХ разрядов, пришлось бы суммировать измерения от 64-х штук MEMS. А сколько потребовалось бы MEMS, чтобы добавить 8 реальных разрядов (чтобы из 16 сделать 24), даже подумать страшно!

Вторая неприятность в том, что добиться синхронности момента измерения всех этих MEMS едва ли возможно, а в противном случае в общей сумме их измерений сигналы шагов будут очень сильно смазаны Например, если это сигнал гармонической природы (типа синусоиды), то при сложении множества несихронизированных между собой сенсоров мы можем вообще его не увидеть, т.к. положительные периоды от одних MEMS сложаться с отрицательными периодами от других MEMS и погасят друг друга.

[_pv]

Бинго! Хотелось бы сделать такой же, но с перламутровыми пуговицами sm.gif А вы этих ребят знаете?

знаем, ребята хорошие
к ним бы и обратились для начала, может у них есть что вам предложить.

А если берем множество дешевых MEMS-акселерометров и идем по пути сложения сигналов и 24-битной обработки, возможно ли добиться увеличения чувствительности приема сейсмосигнала?

по шумам у дешевых акселерометров до нормальных геофонов не хватает каких-то несчастных трёх порядков, а то и больше, соответственно если взять миллион акселерометров и усреднить, то теоретически шумы в тысячу раз уменьшить наверное можно.
из говна и палок слепить такое не получится, ну и сам датчик это лишь малая часть, там подозреваю с обработкой сигнала всё оооочень не просто.

[Xenia]

Идея! Чтобы не мучаться с задачей увеличения чувствительности сейсмодатчика при приемлемой цене, гораздо проще установить в охраняемой комнате ... скрипучий пол! (или хотя бы порог или дверь)
Тогда самый дешевый из MEMS-датчиков тот скрип легко зафиксирует.

[Bakradze]

знаем, ребята хорошие
к ним бы и обратились для начала, может у них есть что вам предложить.

А вот интересно...Судя по размеру радиобарьерского сейсмодатчика, не похоже чтоб там стоял индуктивный геофон...Что ж там такое может быть? Пьез, молекулярно-электронный?

Идея! Чтобы не мучаться с задачей увеличения чувствительности сейсмодатчика при приемлемой цене, гораздо проще установить в охраняемой комнате ... скрипучий пол! (или хотя бы порог или дверь)
Тогда самый дешевый из MEMS-датчиков тот скрип легко зафиксирует.

Или развесить повсюду китайские дверные колокольчики, хоть за один обязательно заденут

[_pv]

А вот интересно...Судя по размеру радиобарьерского сейсмодатчика, не похоже чтоб там стоял индуктивный геофон...Что ж там такое может быть? Пьез, молекулярно-электронный?

не знаю,
первый попавшийся под руку китайский геофон имеет размеры 30х30мм:
http://www.aliexpress.com/item/GD-20DX-10g.../610352595.html

[Ruslan1]

MEMS не годится в качестве микрофона - у него период преобразования слишком велик, чтобы на звуковые колебания реагировать. И это вопреки тому, что в интернете распространяют страшилки о том, что гаджеты с MEMS-гироскопами способны подслушивать разговоры своих владельцев.

Вы уж лучше микрофон в землю заройте , по крайней мере, в народных сказках герой ухо к земле прикладывал, чтобы услышать, есть ли за ним погоня или нет.

16-разрядного АЦП вам хватит, если только присутствие надо регистрировать. Но для серьезных целей (Seismic Monitoring) существуют специальные АЦП с высокой разрядностью, только они чудовищно дороги (например, ASD1281 и ADS1282).

Про МЕМС с цифровым выходом: игрушки. Нужно брать с аналоговым выходом и добиваться нужного соотношения сигнал/шум.
Про микрофонный эффект: МЕМС отлично чувствует вибрацию воздуха при разговоре. Я уже давно единичные не применял, а матрица 2x2 LIS344 уже очень четкий сигнал дает, спокойно видно осциллографом.

Про вибрацию в лесу: думаю, не выйдет. Думаю, геофоны нужны. Геофон вещь дешевая(если не заказывать калибровку), и не такая уж большая (если доли герц не нужны). Мемс может шаги в соседней комнате регистрировать, если это не ковер, но не более того. Можно конечно матрицу побольше, фильтрацию и прочее, но геофон будет дешевле-проще при прочих равных.

АЦП: 24 бита сейчас не проблема, нужно только понимать что там с соотношением сигнал/шум от датчика.
Да и упомянутый ADS1282 (120 dB SNR) совсем не дорогой, 55 баксов поштучно на дижикее.

Хотя для задачи обнаружения шагов АЦП вообще не нужен. Сделать нормальный полосовой фильтр (может даже применить микросхемы цифровой фильтрации, фильтр какого-нибудь 9-го порядка, только у них SNR аховый) и усиливать только переменную составляющую. Тут же не измерения, а детектирование наличия, задача сильно проще чем реальное измерение- может и компаратора хватить.
Геофон-буфер-усилитель1-фильтр-усилитель2-компаратор.


Но все упирается в малошумящий сенсор, а лучше геофона пока ничего не придумали.
Нужно сначала сделать на геофоне: если получится, то попробовать заменить геофон на микромеханику.

[Bakradze]

Ну да, я уже остановился на варианте геофон+ацп, только я пока выбрал 24-разрядный AD7767...Нужны ли реально эти 32-разряда?

[Ruslan1]

Ну да, я уже остановился на варианте геофон+ацп, только я пока выбрал 24-разрядный AD7767...Нужны ли реально эти 32-разряда?

Вы скажите зачем Вам вообще АЦП для детектирования. Ну, разве что вообще без усилителя работать, это хорошо для измериловки, но не нужно для определения наличия сигнала
А так.. Ну, простой геофон имеет SNR наверное 110-120 dB, от этого и отталкивайтесь при выборе АЦП, если хотите максимум чувствительности выжать. AD7767 с его 107 dB неплох.

[Xenia]

Ну да, я уже остановился на варианте геофон+ацп, только я пока выбрал 24-разрядный AD7767...Нужны ли реально эти 32-разряда?

Дык, и 24-разрядный здесь не нужен. Поди ж, не подземные ядерные взрывы на противоположной стороне планеты собрались отличать от проездающего на улице автомобиля. Фактически автору темы нужен только выбор из двух вариантов: есть человек в помещении или нет человека в помещении. Т.е. с этой задачей мог бы справиться простейший компаратор, срабатывающий при достижении сигналом заданного уровня амплитуды.

Но, положим, мы все-таки разорились и купили этот дорогущий 32-разрядный АЦП. А что нам потом с этими битами делать (пусть даже честных там будет 25-27 бит)? Опять же ведь по уровню придется судить, а не по форме сигнала.

В том случае, если же мы собрались из младших битов мусор выгребать и его анализировать, то почему бы тогда вместо этого просто не усилить сигнал обычным ОУ в 100 раз и не заморачиваться с шумящими битами АЦП?

[gerber]

Существуют системы обнаружения идущего человека (едущего автомобиля), да и вообще любых подозрительных (сейсмо-) действий на основе обычного оптического волокна. Суть в том, что если в волокне идёт высокочастотный сигнал, то любые механические воздействия на него вызывают частотную девиацию сигнала (эффект Доплера), которая обнаруживается прибором. Более того, прибор обнаруживает конкретное место на петле из оптоволокна, где произошли сейсмические воздействия, с точностью до нескольких метров.

[_pv]

Ну да, я уже остановился на варианте геофон+ацп, только я пока выбрал 24-разрядный AD7767...Нужны ли реально эти 32-разряда?

во-первых нет там никаких 32х разрядов, а для геофона лучше какая-нибудь небыстрая сигма-дельта, вроде ad7190 подойдёт, там и предусилитель сразу внутри, да и дешевле.
ну а вообще правильно подсказывают что ненужен там такой большой динамический диапазон, правильного усилителя и любого встроенного в МК АЦП хватит.
а с AD7190 тупо проще, напрямую воткнул и всё.

[Bakradze]

Существуют системы обнаружения идущего человека (едущего автомобиля), да и вообще любых подозрительных (сейсмо-) действий на основе обычного оптического волокна. Суть в том, что если в волокне идёт высокочастотный сигнал, то любые механические воздействия на него вызывают частотную девиацию сигнала (эффект Доплера), которая обнаруживается прибором. Более того, прибор обнаруживает конкретное место на петле из оптоволокна, где произошли сейсмические воздействия, с точностью до нескольких метров.

Ну да, знаю такие. Системы "Ворон", "Шорох" и даже "Шухер"

Дык, и 24-разрядный здесь не нужен. Поди ж, не подземные ядерные взрывы на противоположной стороне планеты собрались отличать от проездающего на улице автомобиля. Фактически автору темы нужен только выбор из двух вариантов: есть человек в помещении или нет человека в помещении. Т.е. с этой задачей мог бы справиться простейший компаратор, срабатывающий при достижении сигналом заданного уровня амплитуды.

Но, положим, мы все-таки разорились и купили этот дорогущий 32-разрядный АЦП. А что нам потом с этими битами делать (пусть даже честных там будет 25-27 бит)? Опять же ведь по уровню придется судить, а не по форме сигнала.

В том случае, если же мы собрались из младших битов мусор выгребать и его анализировать, то почему бы тогда вместо этого просто не усилить сигнал обычным ОУ в 100 раз и не заморачиваться с шумящими битами АЦП?

Да не в помещении! Почему в помещении... На природе

во-первых нет там никаких 32х разрядов, а для геофона лучше какая-нибудь небыстрая сигма-дельта, вроде ad7190 подойдёт, там и предусилитель сразу внутри, да и дешевле.
ну а вообще правильно подсказывают что ненужен там такой большой динамический диапазон, правильного усилителя и любого встроенного в МК АЦП хватит.
а с AD7190 тупо проще, напрямую воткнул и всё.

Попробую несколько вариантов, среди которых и высокоразрядный АЦП. А если выбирать между ad7190 и ad7767 - чем они будут отличаться по свойствам? AD7767 - АЦП последовательного приближения, в отличие от 7190 который СД

[Ruslan1]

Попробую несколько вариантов, среди которых и высокоразрядный АЦП. А если выбирать между ad7190 и ad7767 - чем они будут отличаться по свойствам? AD7767 - АЦП последовательного приближения, в отличие от 7190 который СД

SNR=6.02*ENOB +1.76
Для 120 дБ нужно 19.6 бита noise-free.
7190 (Σ-Δ) это позволяет для 150 SPS и ниже.
7767(SAR) в принципе другой, у него частота семплов предопределена, лучше чем 114 dB (AD7767-2) не обещают, а это только 18.6 бита.

Я использовал оба (точнее их почти-близнецов, 7766 и 7192), они для разного предназначены.
В данной задаче однозначно лучше AD7190, особенно учитывая вкусности в виде усилителя и гибкого управления семплированием.

Специальное напоминание про геофоны: отнеситесь внимательно, обязательно ставьте защиту от перенапряжения на входе и не оставляйте концы бесконтрольно висящими в воздухе во время монтажа. Геофон-это катушка, там и при перевозки сотня вольт сгенериться может. Вон, даже экономные китайцы на этот случай резистор впаивают.

[Bakradze]

Всем спасибо за советы. Будем творить