Определение фазы сигнала, Определение фазы сигнала Опции

[HSA]

Доброго времени суток.

Помогите советом.
Есть sin сигнал. Амплитуда его "гуляет" от десятых долей до 10 вольт. Необходимо определить положение вершины (проще сказать - фазы) импульса и именно вершины. Т.е. нужно измерить сдвиг фазы, но, повторюсь - именно вершины импульса, по нулю считать нельзя. Компаратор не пойдет, т.к. амплитуда не постоянна. Можно ли это решить с помощью АЦП? Если да, то какой нужно выбрать - скольки битный и какой "скорострельности". Уточню, что частота сигнала - 10кГц.

[HSA]

Добавлю еще, что все естественно меряется относительно опорного сигнала. И если бы не большой динамический диапазон - можно было бы и АЦП, наверное, поставить. А тут, кроме синхронного детектора на ОУ ничего не нашел.

[Vitёk]

В каком виде должна быть выдана искомая информация о "положении вершины"?
Теоретических вариантов масса... Привожу несколько в порядке убывани здравомыслия.
1. Сделать генератор с петлёй ФАПЧ и поставить компаратор. Момент перехода через ноль и есть положение искомой вершины. Сдвигать выход генератора на 90 градусов не надо - он там уже сдвинут по определению.
2. Поставить АЦП, организовать программный генератор с петлёй ФАПЧ, и на выходе - ЦАП... Далее - как в варианте 1.
3. поставить два синхронных детектора (со сдвигом 0 и 90 градусов), и находить arcsin...
4. Отслеживать переход через "0" исходного сигнала, а на ПЛИС сделать сдвиг на 90 градусов. ПЛИС тактировать частотой несколько десятков МГц.
5. Сделать всё программно, используя персоналку со звуковой картой... Работы на 5 - 15 часов.

Я бы использовал вариант 1.

[veter]

а какая точность определения сдвига максимума нужна?

[HSA]

По порядку. Значит устройство - металлодетектор. Их в инете в виде схем полно. Делаю сам. Принцип работы - значение и знак сдвига фазы при наличии МЕ. Основная применяемая схема - это синхронный детектор (СД) (один сигнал принятый, другой - эталонный переданный). На выходе СД получаем или + или -. Ну а о наличии МЕ судим по амплитуде и знаку сдвига. Вот в принципе и весь принцип. Только можно ли обойтись без СД на операционниках для получения величины и знака сдвига приходящего сигнала. Я вначале замахнулся было на АЦП, но боюсь, с таким "гулянием" амплитуды врят ли получится. Но может, я и не прав. И насчет точности... В принципе - чем точнее, тем лучше. Только тут нужно будет искать компромис между качеством, ценой, разумностью.

[Vitёk]

Дело в том, что напряжение на выходе СД зависит как от сдвига фаз, так и от амплитуды измеряемого сигнала. Причем зависимость амплитуды - линейная. Для устранения её влияния используют АРУ.
В Вашем случае можно сделать проще - находить переходы через "0" с помощью компаратора, и сравнивать его с опорным, который сдвинут на 90 градусов. Так будет просче...

[Vitёk]

Ещё...
Идеальным вариантом мне видится всё же с использованием АЦП/ЦАП и вычислителя - хоть на ПЛИС, хоть на каком-нить однокристальном контроллере. В качестве ЦАП/АЦП можно применить стандартный мультимедийный двухканальный кодек, которые ставятся в звуковухах ценой где-то $10...30. Для решения данной задачи вполне хватит 48 кГц / 16 бит.
Выходы АЦП использовать следующим образом: один канал - выход 10 кГц, второй канал - на индикатор. Входы - на один канал завернуть 10 кГц с выхода, на другой - принятый с рамки.
Только прежде чем решиться на такое, я бы как следует подумал. Геморно это.

[HSA]

Дело в том, что напряжение на выходе СД зависит как от сдвига фаз, так и от амплитуды измеряемого сигнала. Причем зависимость амплитуды - линейная. Для устранения её влияния используют АРУ.
В Вашем случае можно сделать проще - находить переходы через "0" с помощью компаратора, и сравнивать его с опорным, который сдвинут на 90 градусов. Так будет просче...

И чего за вершину зацепился... Попробую с 0. Спасибо.

[HSA]

Ещё...
Идеальным вариантом мне видится всё же с использованием АЦП/ЦАП и вычислителя - хоть на ПЛИС, хоть на каком-нить однокристальном контроллере. В качестве ЦАП/АЦП можно применить стандартный мультимедийный двухканальный кодек, которые ставятся в звуковухах ценой где-то $10...30. Для решения данной задачи вполне хватит 48 кГц / 16 бит.
Выходы АЦП использовать следующим образом: один канал - выход 10 кГц, второй канал - на индикатор. Входы - на один канал завернуть 10 кГц с выхода, на другой - принятый с рамки.
Только прежде чем решиться на такое, я бы как следует подумал. Геморно это.

В теории пока не взялся за такое - звучит заманчиво, но... Лучше сначала попробую по-простому, поймаю 0. А насчет контроллера, так его и так придется ставить. Как раз сейчас на работе с AVR переходим на ARM. Вот на LPC и потренируюсь.

[veter]

есть куча МК со встроенным АЦП ,частотой выборок около 200кГц а разрядность от 10 до 24 бит
стоимость их зависит от разрядности АЦП сильно.
для примера MSP430, ATMega, ADuC итп выбор глобальный.

по поводу диапазонов:
1 можно перекрыть разрядностью АЦП
2 можно разбить на диапазоны с помощью ОУ, я такую схему применял даже для фотоприемника - очень интересно и достаточно дешиво, если учесть, что АЦП несколько каналов.

[Vitёk]

И чего за вершину зацепился... Попробую с 0

Успехов

[HSA]

есть куча МК со встроенным АЦП ,частотой выборок около 200кГц а разрядность от 10 до 24 бит
стоимость их зависит от разрядности АЦП сильно.
для примера MSP430, ATMega, ADuC итп выбор глобальный.

по поводу диапазонов:
1 можно перекрыть разрядностью АЦП
2 можно разбить на диапазоны с помощью ОУ, я такую схему применял даже для фотоприемника - очень интересно и достаточно дешиво, если учесть, что АЦП несколько каналов.

С контроллерами, согласен, выбор есть. Только не хочу метаться от одного к другому. Разберусь сначала с LPC2106. ЦАП есть, только оно почти уже в деле. Сам сигнал изначально ведь тоже формировать нужно. Правда с ЦАП еще посмотрю, что получится. Он всего 8-битный и время "устаканивания" у него 1,2мкс. Боюсь, что придется фильтр ставить.
Про разбиение на диапазоны я уже тоже задумывался. Очень не хочется вешать лишнюю аналоговую часть. Не потому что лень. Просто очень много всяких цепей термо и прочей компенсации. И сам девайс получается дороже. Есть еще вариант - поставить нелинейный усилитель, который сожмет динамический диапазон.
Но, в любом случае, без АЦП, вижу, не обойтись. Как и ЦАП возьму, наверное, Analog Device, они вроде подешевле.
Спасибо за ответы.

[HSA]

И чего за вершину зацепился... Попробую с 0

Успехов

Спасибо. Я взялся делать еще в начале лета. Так там оказалось столько всего, что за неделю или месяц не разобраться. Теперь следующее лето на подходе... Нужно успеть.

[veter]

Есть еще вариант - поставить нелинейный усилитель, который сожмет динамический диапазон.

логарифмический усилитель пробовал - очень рекомендую, если ты сэтого бока зайти решил.
там схема проста , у Хоровеца описана.

[HSA]

логарифмический усилитель пробовал - очень рекомендую, если ты сэтого бока зайти решил.
там схема проста , у Хоровеца описана.

Согласен, АЦП уже после можно будет попробывать поставить. Там два канала, на одном измеряется сдвиг фазы, на другом - амплитуда. На измерение амплитуды поставлю лог. усилитель, ну а с фазой... Попробую сначала поймать точно 0.

[Vitёk]

Я вот ещё подумал насчёт амплитуды и фазы...
Если выводить их обеих на индикаторы - то после приобретения определённых навыков можно будет пользоваться этим девайсом просто виртуозно. ИМХО, конечно.
Насчёт логарифмического усилителя - идея хорошая. Только потребуется очень быстрый опер - при переходе сигнала через "0" коэфф. усиления получается максимальный (практически без ООС), и скорость тоже максимальная. После обратного преобразования (нахождения экспоненты) на этом участке получается хааа-рошая ступенька. Перед компаратором его (логарифм) не поставишь - будет большая ошибка фазы. А вот перед синхронным детектором - можно, по моему будет самое оно. Да и перед АЦП тоже...

[HSA]

Я вот ещё подумал насчёт амплитуды и фазы...
Если выводить их обеих на индикаторы - то после приобретения определённых навыков можно будет пользоваться этим девайсом просто виртуозно. ИМХО, конечно.
Насчёт логарифмического усилителя - идея хорошая. Только потребуется очень быстрый опер - при переходе сигнала через "0" коэфф. усиления получается максимальный (практически без ООС), и скорость тоже максимальная. После обратного преобразования (нахождения экспоненты) на этом участке получается хааа-рошая ступенька. Перед компаратором его (логарифм) не поставишь - будет большая ошибка фазы. А вот перед синхронным детектором - можно, по моему будет самое оно. Да и перед АЦП тоже...

В том то и дело, что все импортные такие девайсы так и смотрят. Разная индикация, разные возможности отсекать разные металлы. Это кстати, очень и очень полезно, если есть желание найти золото партии а не пару "веселых" сувениров со времен ВОВ. Меня это тоже не радует. Все это можно получить если в руках амплитуда и точное значение сдвига. Перед компаратором, чтобы засеч 0, придется поставить простой усилитель с большим коэф. усиления, чтобы компаратор сработал наверняка даже при малом сигнале. Есть еще загвоздка. Питание двуполярное, сигнал - соответственно, имеет + и -. Компаратор срабатывает только на что-то одно. Видел схемы, где стоит два компаратора, чтобы стаботка была и на 0 и на 180гр. сигнала.
А перед АЦП - наверное поставлю, чтобы замерить амплитуду.

[veter]

а что если усилить сигнал, развязать его кондером, а потом привязать к виртуальной земле в половине рабочего диапазона АЦП.
а определять мин и макс оч просто программно, можно определить и переход через ноль и сдвиг фазы по отсчетам.
на 10кГц при большом количестве накоплений измерений это очень точно можно сделать.

[HSA]

а что если усилить сигнал, развязать его кондером, а потом привязать к виртуальной земле в половине рабочего диапазона АЦП.
а определять мин и макс оч просто программно, можно определить и переход через ноль и сдвиг фазы по отсчетам.
на 10кГц при большом количестве накоплений измерений это очень точно можно сделать.

В том то все и дело, что вариантов много. Как и самих выпускаемых устройств. Можно много как. Но нужно выбрать оптимальный вариант. Чтобы и красиво и работало на Ура.

[Vitёk]

Питание двуполярное, сигнал - соответственно, имеет + и -. Компаратор срабатывает только на что-то одно. Видел схемы, где стоит два компаратора, чтобы стаботка была и на 0 и на 180гр. сигнала.

Не совсем понял, зачем нужно 2 штуки. Точнее, совсем не понял... Обычно компаратор запитывается от того же источника, что и ОУ. Одним компаратором находятся оба перехода через "0" - фронт и тыл. А выход компаратора питается отдельно, от цифровой части. Обычно это даже не выход, а открытые колектор и эмитер выходного транзистора. Стандартная схема включения - эмитер на землю, а коллектор (выход) - через подтягивающий резистор к "+" питания цифровой части.

[HSA]

  Не совсем понял, зачем нужно 2 штуки. Точнее, совсем не понял... Обычно компаратор запитывается от того же источника, что и ОУ. Одним компаратором находятся оба перехода через "0" - фронт и тыл. А выход компаратора питается отдельно, от цифровой части. Обычно это даже не выход, а открытые колектор и эмитер выходного транзистора. Стандартная схема включения - эмитер на землю, а коллектор (выход) - через подтягивающий резистор к "+" питания цифровой части.

В этом случае работа будет идти только с положительной частью импульса. И можно поймать и передний и задний фронт. Согласен. Но, так не пойдет. Нужно будет пересчитывать контроллером, какой это фронт и т.д. Конечно, для камня это не проблема, но все же здесь приятнее симметричность при обработке положительной и отрицательной части сигнала. Дело в том еще, что сигнал приходит с большой "бородой". Это в теории он чистым синусом является. Много фильтров хставить - не очень хорошо. Из-за термоухода аналоговой части и дополнительно появится еще сдвиг. Поэтому придется всю эту "бороду" фильтровать камнем. Ввобщем - гемммммора полно.

[Vitёk]

Всё равно не понятно... Какой фронт мы поймали компаратором - это однозначно видно по уровню (0 или 1) после его изменения.
Два компаратора можно использовать, когда требуется работать с каким-то порогом, типа триггера Шмитта например, или по длительности между двумя срабатываниями построить некое отдалённое представление об амплитуде, что само по себе сложно и весьма неточно.
Чем мусолить теорию, киньте лучше ссылку на этот 2-компараторный МД. Мож пойму, где там собака.
Если сигнал замусореный, то лучше всего его сначала оцифровать, а потом уже колоть в цифре, производить над ним чисто линейные преобразования. Собственно говоря, компаратор - это есть 1-битный АЦП. К чему это я...Да, разрядов маловато...

[HSA]

Всё равно не понятно... Какой фронт мы поймали компаратором - это однозначно видно по уровню (0 или 1) после его изменения.
Два компаратора можно использовать, когда требуется работать с каким-то порогом, типа триггера Шмитта например, или по длительности между двумя срабатываниями построить некое отдалённое представление об амплитуде, что само по себе сложно и весьма неточно.
Чем мусолить теорию, киньте лучше ссылку на этот 2-компараторный МД. Мож пойму, где там собака.
Если сигнал замусореный, то лучше всего его сначала оцифровать, а потом уже колоть в цифре, производить над ним чисто линейные преобразования. Собственно говоря, компаратор - это есть 1-битный АЦП. К чему это я...Да, разрядов маловато... 

Если найду, то кину. На машине нет.