Измерение амплитуды синусоидального сигнала, какими методами лучше? Опции

[kolyan_olvs]

Здравствуйте, Господа.
есть задача..
На вход изделия приходит куча синусоидальных сигналов (причем дифференциальных), а именно порядка 20 штук... Частота 400 Гц. Информация содержится в амплитуде этих самых синусов.
АЦП, естественно, всего один. Проблема состоит в том, что надо: либо каким-то образом "ловить" момент перегиба одного из синусов и в этот момент "пихать" его в АЦПатор; либо при помощи какой-то промежуточной схемы "вытаскивать" из всех синусов их амплитуду и потом по очереди оцифроввывать...
Есть одна задумка - попробовать дифференциаторы, но, насколько известно, они резко увеличивают все шумы и нелинейности обрабатываемого сигнала, так что этот метод нежелателен..
Заранее благодарен за любую помощь в данном вопросе..

[rezident]

"Момент перегиба" это амплитудное значение или переход через нуль?

[Rash]

а амплитудный выпрямитель, на операционике, с диодом в цепи обратной связи не подойдёт

[kolyan_olvs]

"Момент перегиба" это амплитудное значение или переход через нуль?

Это как раз амплитудное значение - это я стормозил )).
амплитудный выпрямитель не подойдет, а вот амплитудный детектор - надо подумать... только я плохо в них шарю...

[Lonesome Wolf]

Здравствуйте, Господа.
есть задача..
На вход изделия приходит куча синусоидальных сигналов (причем дифференциальных), а именно порядка 20 штук... Частота 400 Гц. Информация содержится в амплитуде этих самых синусов.
АЦП, естественно, всего один. Проблема состоит в том, что надо: либо каким-то образом "ловить" момент перегиба одного из синусов и в этот момент "пихать" его в АЦПатор; либо при помощи какой-то промежуточной схемы "вытаскивать" из всех синусов их амплитуду и потом по очереди оцифроввывать...
Есть одна задумка - попробовать дифференциаторы, но, насколько известно, они резко увеличивают все шумы и нелинейности обрабатываемого сигнала, так что этот метод нежелателен..
Заранее благодарен за любую помощь в данном вопросе..

А после АЦП вычислять? Какая частота дискретизации?

[Миша]

Амплитудное значение можно измерять так:

1. Найти точку перехода синуса через ноль: Компаратор с потенциалом второго входа, равным постоянной составляющей сигнала (синуса). В случае с синусом относительно нуля (+-) второй вход просто заземлить.
2. Повернуть фазу сигнала с компаратора на 90° и по фронту запускать ацп - он будет делать выборки точно в момент максимума.

[kolyan_olvs]

А после АЦП вычислять? Какая частота дискретизации?

Синусов 20 штук а АЦП один, поэтому я не могу постоянно оцифроввывать один синус, так что частоты дискретизации, как таковой вообще не существует..

1. Найти точку перехода синуса через ноль: Компаратор с потенциалом второго входа, равным постоянной составляющей сигнала (синуса). В случае с синусом относительно нуля (+-) второй вход просто заземлить.
2. Повернуть фазу сигнала с компаратора на 90° и по фронту запускать ацп - он будет делать выборки точно в момент максимума.

Метод неплохой, думал над ним, но уж больно громоздкая схемот. реализация - ведь синусов 20 штук, а ведь надо еще и постоянную составляющую ловить (она может быть разная), ставить компараторы и сдвигать фазу... в итоге плата получится размером с книжную полку... хотелось бы как-то попроще..

[arttab]

1. быстродествующий мультиплексированный ацп + обработка результатов оцифровки.
2. входные цепи на выделение постоянной состовляющей и амнлитудного значения и замер ацп рультатов
Что то больше вариантов не вижу

[Scha]

А известно ли, как приходят эти 20 синусов относительно друг друга?

[Миша]

... в итоге плата получится размером с книжную полку... хотелось бы как-то попроще..

Посмотрите и подумайте над применеием ПАИС - программируемых аналоговых интегральных схем - тут все блоки (ацп, компараторы, фазовращатели и проч.) можно реализовать в одной микросхеме. Сайт фирмы-производителя http://www.anadigm.com/
Пример руководства пользователя http://www.anadigm.com/_doc/UM000231-U001.pdf
стоит эта беда около 300$ в прософте, сама микросхема - наверное, меньше (нигде не нахожу)

[DS]

Можно еще попробовать ad736 DC RMS конвертеры. Это точный выпрямитель с фильтром первого порядка, как раз годится, чтобы перед дельта-сигма АЦП поставить.

[Electrovoicer]

я бы кстати посоветовал LTC1967. все-таки 736 не супервещь

[Lonesome Wolf]

Lonesome Wolf А после АЦП вычислять? Какая частота дискретизации?

1. быстродествующий мультиплексированный ацп + обработка результатов оцифровки.
2. входные цепи на выделение постоянной состовляющей и амнлитудного значения и замер ацп рультатов
Что то больше вариантов не вижу

kolyan_olvs Синусов 20 штук а АЦП один, поэтому я не могу постоянно оцифроввывать один синус, так что частоты дискретизации, как таковой вообще не существует..

По моему, уважаемый kolyan_olvs привык иметь иметь дело с аналоговыми способами решения той или иной задачи. IMHO, Ваша задача легче всего решается в цифровом виде. Судите сами - 20 каналов, 400 Гц, 10 точек на период, итого, меньше 100 кГц оцифровки. В цифре точнее, удобнее будет. Можно еще и фазу считать.

[kolyan_olvs]

А известно ли, как приходят эти 20 синусов относительно друг друга?

синфазно, но половина на половину, так как половина цепляются за 1-3 фазы, а половина за 2-3..

Судите сами - 20 каналов, 400 Гц, 10 точек на период, итого, меньше 100 кГц оцифровки.

простите, не понял, что значит 10 точек на период?

Посмотрите и подумайте над применеием ПАИС

спасибо за идею - посмотрю (точнее уже)..

[Lonesome Wolf]

Судите сами - 20 каналов, 400 Гц, 10 точек на период, итого, меньше 100 кГц оцифровки.

простите, не понял, что значит 10 точек на период?

Это означает, что исходная синусоида будет представлена в виде ряда дискретных значений, причем во временной области за период входного сигнала их будет браться 10 штук. Последняя цифра, кстати, так, прикидочная - все зависит...

[BVU]

Все двадцать синусов имеют одинаковую частоту 400Гц. Передаются они непрерывно или имеют какую то длительность? Многое непонятно, какой-то каламбур или Вы недоговариваете изначальные условия входного сигнала. В любом случае при наложении сигналов друг на друга что бы промерить амплитуду желательна привязка по фазе. Если бы частоты были разные можно смело вычислять спектр, но и здесь 'прокол'...

[Fakir]

А известно ли, как приходят эти 20 синусов относительно друг друга?
синфазно, но половина на половину, так как половина цепляются за 1-3 фазы, а половина за 2-3..

Если одновременно синфазно приходят 10 из 20 синусоид, получается что максимумы 10 синусоид придут в одно время, и как имея одно АЦП все 10 оцифровать?

[Fakir]

Может поставить мультиплекстор на 20 каналов и оцифровывать постоянно все 20 синусоид?
При этом непрерывно можно вычислять амплитуду.
Если брать как предлагают 10 точек на период, то получится 4кГц на один канал и того * 20каналов = 80кГц частота оцифровки и "щелканья" мультиплекстором

[kolyan_olvs]

Передаются они непрерывно или имеют какую то длительность?

непрерывно..

как имея одно АЦП все 10 оцифровать?

в том то и дело что я хочу оцифровывать не синус, а вычисленную промежуточной схемой амплитуду, а вопрос заключается в поиске этой самой схемы.. в таком случае не придется постоянно цифровать, а достаточно будет по одному разу за период на каждую синусосиду.

Если брать как предлагают 10 точек на период

10 точек на период не пойдет по точности определения амплитуды (надо 1-2%, а это значит хотя бы точек сто)...

[bms]

в том то и дело что я хочу оцифровывать не синус, а вычисленную промежуточной схемой амплитуду, а вопрос заключается в поиске этой самой схемы.. в таком случае не придется постоянно цифровать, а достаточно будет по одному разу за период на каждую синусосиду.
точности определения амплитуды (надо 1-2%, а это значит хотя бы точек сто)...

- эта схема называется амплитудный детектор - есть в любом радиовещательном приёмнике, строится на диоде, конденсаторе и резисторе.
- если бы Вы напрягли память, то непременно вспомнили бы, что по теореме Котельникова достаточно иметь всего ДВА отсчёта на период синуса, чтобы ПОЛНОСТЬЮ иметь о нём ВСЮ информацию

и ещё, если сложить два синуса одной частоты - то получится опять же синус, его амплитуда будет зависеть от разности фаз исходных сигналов
если информация у Вас содержится именно в амплитудах этих 20-ти синусов, то после сложения их всех на входе АЦП Вы эту инфу неизбежно потеряете

[BVU]

Опять несколько повторюсь - задача то такая вырисовывается: при смешении 20-и непрерывных синусоидальных сигналов, причем одинаковой частоты 400Гц, к тому же оказывается что некоторые из них еще и сфазированы... Вот и представте хотябы на амплитудно-временной диограмме какой сигнал у вас получается и каким образом его надо выделить что бы провести амплитудное измерение???!!! При наложении этих синусов друг на друга в фазе информация об амплитуде будет искажена и не восстановима, т.к. это не гармонические частотные составляющие сигнала.

[kolyan_olvs]

о том как стоит задача:
мне не надо складывать/смешивать 20 синусов, а надо знать цифровое значение амплитуды КАЖДОГО из них в отдельности.

эта схема называется амплитудный детектор

- вот о ней то, если можно, чуть поподробней (где почитать). Просто слышать слышал, а что за штука и как ее делать/рассчитать - без понятия...

по теореме Котельникова достаточно иметь всего ДВА отсчёта на период синуса, чтобы ПОЛНОСТЬЮ иметь о нём ВСЮ информацию

Это если частота никуда не плавает и известна с большой точностью... в моем случае это не верно и придется (чтобы применить теорему) постоянно следить за 400 Гц (а это бортсеть и гулять может ой ой ой)..

[BVU]

о том как стоит задача:
мне не надо складывать/смешивать 20 синусов, а надо знать цифровое значение амплитуды КАЖДОГО из них в отдельности.
....

Они уже сложены, если присутствуют в одном проводнике.
А о частотном преобразовании (Котельников) не мечтайте т.к. весь спектр этого сигнала - единственная частота в 400Гц, с неравномерной фазовой характеристикой.

[Lonesome Wolf]

в том то и дело что я хочу оцифровывать не синус, а вычисленную промежуточной схемой амплитуду, а вопрос заключается в поиске этой самой схемы.. в таком случае не придется постоянно цифровать, а достаточно будет по одному разу за период на каждую синусосиду.
точности определения амплитуды (надо 1-2%, а это значит хотя бы точек сто)...

- эта схема называется амплитудный детектор - есть в любом радиовещательном приёмнике, строится на диоде, конденсаторе и резисторе.
- если бы Вы напрягли память, то непременно вспомнили бы, что по теореме Котельникова достаточно иметь всего ДВА отсчёта на период синуса, чтобы ПОЛНОСТЬЮ иметь о нём ВСЮ информацию

и ещё, если сложить два синуса одной частоты - то получится опять же синус, его амплитуда будет зависеть от разности фаз исходных сигналов
если информация у Вас содержится именно в амплитудах этих 20-ти синусов, то после сложения их всех на входе АЦП Вы эту инфу неизбежно потеряете

Больше точек - быстрее процесс...

[okela]

Не вижу никаких трудностей вообще.. Ставятся как было сказано выше 20 амплитудных детекторов.
И всё.. Не надо никакого гемороя с определением фаз, моментов максимума синусоиды и пр.
На выходном конденсаторе каждого канала будет висеть постоянное напряжение соответствующее амплитудному значению синусоиды.

[SpyBot]

о том как стоит задача:
мне не надо складывать/смешивать 20 синусов, а надо знать цифровое значение амплитуды КАЖДОГО из них в отдельности.
....

Они уже сложены, если присутствуют в одном проводнике.
А о частотном преобразовании (Котельников) не мечтайте т.к. весь спектр этого сигнала - единственная частота в 400Гц, с неравномерной фазовой характеристикой.

Видимо имеется ввиду, что вход изделия - это 20 проводников.

Больше точек - быстрее процесс...

А не хватит быстродействия МК - поставить ПЛИС

[Миша]

Не вижу никаких трудностей вообще.. Ставятся как было сказано выше 20 амплитудных детекторов.
И всё.. Не надо никакого гемороя с определением фаз, моментов максимума синусоиды и пр.
На выходном конденсаторе каждого канала будет висеть постоянное напряжение соответствующее амплитудному значению синусоиды.

1. На самом деле на выходе будут пульсации, сглаженные конденсатором, и в области мылых сигналов характеристика такого детектора будет нелинейной, а для больших сигналов - условно линейной.
2. В любом случае выходное "постоянное" напряжение будет меньше истинного амплитудного значения. Насколько - неизвестно, т.к. будет зависить от многого, например, от параметров выходного НЧ фильтра.

[bms]

о том как стоит задача:
мне не надо складывать/смешивать 20 синусов, а надо знать цифровое значение амплитуды КАЖДОГО из них в отдельности.

эта схема называется амплитудный детектор

- вот о ней то, если можно, чуть поподробней (где почитать). Просто слышать слышал, а что за штука и как ее делать/рассчитать - без понятия...

по теореме Котельникова достаточно иметь всего ДВА отсчёта на период синуса, чтобы ПОЛНОСТЬЮ иметь о нём ВСЮ информацию

Это если частота никуда не плавает и известна с большой точностью... в моем случае это не верно и придется (чтобы применить теорему) постоянно следить за 400 Гц (а это бортсеть и гулять может ой ой ой)..

Схем амплитудных детекторов существует множество, Вы без труда найдёте их в инете целую кучу, вот для начала пара ссылок

http://ire.krgtu.ru/subdivision/radiotehni...ext/am_sign.htm

http://dl2kq.de/trx/2-7.htm

А насчёт двух отсчётов на период... так возьмите два с половиной... три... четыре отсчёта - кто мешает? Зная максимальное отклонение частоты от номинала - Вы легко вычислите с какой минимальной частотой нужно брать выборки.
Чтобы понять какой амплитуды синус - совсем необязательно его оцифровывать строго в пиковые моменты - это азы цифровой обработки.
У Вас 20-ть каналов, соответственно Вам нужно иметь коммутатор на 20-ть входов, один АМ-детектор+АЦП. Тогда выбирая нужный канал Вы сможете измерять амплитуду сигнала в нём. Одновременно измерить одним АЦП все каналы здесь не выйдет. Но можно довольно быстро переключаться между ними.

[AST]

Схем амплитудных детекторов существует множество, Вы без труда найдёте их в инете целую кучу, вот для начала пара ссылок

http://ire.krgtu.ru/subdivision/radiotehni...ext/am_sign.htm

http://dl2kq.de/trx/2-7.htm

Вот здесь есть активные на операционниках http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/op/funop_13_2.htm

Во вложении схема которую я реально использовал на 50 Гц.

А насколько быстро изменяются измеряемые сигналы? Обязательно ли знать информацию об амплитуде за каждый период?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Krys]

У Вас 20-ть каналов, соответственно Вам нужно иметь коммутатор на 20-ть входов, один АМ-детектор+АЦП.

Есть понятие о длительности переходной характеристики АМ-детектора, так что при требовании достижения максимального быстродействия нужно детекторы ставить на каждый канал. А максимальное быстродействие даже не от детекторов, а как Вы писали, при вводе нескольких точек синусоиды и восстановлении по ним амплитуды цифровой обработкой.

в области мылых сигналов характеристика такого детектора будет нелинейной, а для больших сигналов - условно линейной.
2. В любом случае выходное "постоянное" напряжение будет меньше истинного амплитудного значения. Насколько - неизвестно, т.к. будет зависить от многого, например, от параметров выходного НЧ фильтра.

Ну тут спасут детекторы на операционниках, схема в этой теме уже приведена. Но операционников нада много. Так что самый красивый вариант - всё-таки цифровать все каналы по, скажем, 5..10 точек без детектирования вообще. А амплитуду находить цифровой обработкой

[AST]

К вопросу о применении одного амплитудного детектора.

Есть понятие о длительности переходной характеристики АМ-детектора, так что при требовании достижения максимального быстродействия нужно детекторы ставить на каждый канал.

Максимальное время - это разряд конденсатора при отключении амп. детектора от источника сигнала. Его можно принудительно разряжать, например, MOSFET-ом через резистор, включенные параллельно конденсатору.
Тогда период переключения мультиплексора будет равен периоду входного сигнала (за это время гарантированно пройдёт один максимум входного сигнала и конденсатор зарядится) плюс время разряда конденсатора ключом (очень маленькое).
Время опроса 20-ти каналов грубо = 20 периодов от 400 Гц, т.е. 50 мс.

Только здесь требование к амп детектору, что он должен быстро заряжать и не разряжать конденсатор.

Сообщение отредактировал AST - Apr 26 2006, 04:08

[kolyan_olvs]

Видимо имеется ввиду, что вход изделия - это 20 проводников

именно это и имеется в виду

Спасибо всем за активную помощь ... <Углубился в изучение АМ детекторов>
Думаю, попробую с детектором, если не выйдет - придется ЦОСом эти синусы, ЦОСом. ))))

[dinam]

Так что самый красивый вариант - всё-таки цифровать все каналы по, скажем, 5..10 точек без детектирования вообще. А амплитуду находить цифровой обработкой

Полностью согласен с Krys! Я был взял два дешёвых PICа с десятью каналами каждый (или любой другой МК) и не заморачивался с амплитудными детекторами.

[BVU]

Видимо имеется ввиду, что вход изделия - это 20 проводников

именно это и имеется в виду
...

Так об этом необходимо было четко изложить в начальных условиях, что Вы к сожалению не сделали. Ответ на вопрос был бы даден в 5 минут, а в место этого собрался целый консилиум. Однозначно амплитудный детектор!

[Krys]

Только здесь требование к амп детектору, что он должен быстро заряжать и не разряжать конденсатор.

Вот именно... Смотря какой детектор используется. Вполне возможно, что детектор на операционнике с мощным выходом вполне подойдёт под Вашу схему и будет позволять измерение каждый период... а вот если без мощного выхода операционник или вообще без операционника детектор (пиковый), тогда лучше поставить 20 диодов и конденсаторов во все 20 каналов.

[CDT]

Видимо имеется ввиду, что вход изделия - это 20 проводников

именно это и имеется в виду
...

Так об этом необходимо было четко изложить в начальных условиях, что Вы к сожалению не сделали. Ответ на вопрос был бы даден в 5 минут, а в место этого собрался целый консилиум. Однозначно амплитудный детектор!

Ну наконец-то мы узнали главное.

Среднеквадратичное значение переменного напряжения пропорционально его амплитуде.
За интервал измерения делаем выборки с дискретностью <= 1/4 периода сигнала, возводим в ^2,
суммируем, делим на число выборок и извлекаем корень. Это для целей измерения. Для целей сравнения и регулирования корень можно не извлекать.

Если сначала набрать сумму квадратов за интервал измерения, а за тем с каждой выборкой из суммы вычитать среднее значение и прибавлять новое - через некоторое время результат будет равен амплитудному значению.

Делал такую одноканальную штуку для измерения тока. Работала в диапазоне 0-2500Гц, интервал измерения брал 5 и 10 мс.