Как избавиться от шума?, Какой фильтр применить Опции

[MSprut]

Есть датчик тока на эффекте Холла ACS754-050 от Allegro. У него на выходе сильный шум, причем заложенный в конструкцию. Измеряю переменный ток и при малых токах шум в пиках иногда сильнее полезного сигнала. Простой RC-фильтр не помогает. Что посоветуете, какой фильтр применить лучше и как его посчитать. Скажу сразу - активные фильтры никогда не делал. Хочется получить по возможности чистую синусоиду, потому что еще есть усилитель масштабирующий, а после него все еще страшнее.
Выглядит шум примерно так. Записано CoolEdit-ом ибо под рукой больше ничего не было.

[sergeeff Jr.]

Сначала вопрос: нужен ли чистый синус вообще?

Что вы дальше хотите с этим сигналом делать?

[MSprut]

Ну хотя бы не чистую синусоиду, а как можно ближе к ней. Дальше на АЦП контроллера для измерения и параллельно на компаратор для полчения перехода через "0".

[sergeeff Jr.]

Вот мы и подходим к главному. Может Вам именно переход через ноль важен? Я для этого использовал компаратор, а за ним ставил триггер Шмидта. Все работает на ура.

[НЕХ]

использовать ACS750-050

[MSprut]

Нет, переход через ноль для тока не так важен, для этого у меня еще канал напряжения есть, а вот значение тока измерять - это первостепенная задача.

2HEX
А чем 750-е лучше 754-х?

[НЕХ]

Шум и быстродействие ниже

[MSprut]

К сожалению нада съесть то что уже куплено.

[MSprut]

Так какой из активных ФНЧ будет правильнее применить, чтобы сгладить шум и общий смысл сигнала не повредить? Синусоида 50Гц +-5Гц. Очень нужен толковый совет, потому что за пару дней начитался всего, теперь мучаюсь с выбором.

[Stanislav]

Так какой из активных ФНЧ будет правильнее применить, чтобы сгладить шум и общий смысл сигнала не повредить? Синусоида 50Гц +-5Гц. Очень нужен толковый совет, потому что за пару дней начитался всего, теперь мучаюсь с выбором.

2-го порядка ФНЧ Баттерворта, на опере или даже на одном транзисторе, например.
Точность измерения какая нужна?

ЗЫ. И почему RC-фильтр не помогает? Вообще-то, должен помогать...

[MSprut]

Почему не помогает не знаю. В аппликэйшене используют фильтр 390Ом, 0.01мкФ и картинки у них просто песня, идет сглаживание и сигнал у них не зашумленный, а ломаный получается, сглаженный, а у меня... на картинке все видно. Точность измерения нужна порядка 1%. Правда с таким сигналом думаю не реально. Операционники есть MCP6022 rail-to-rail. Подойдут? И какую часоту среза примерно выбрать? Если выбрать в притык, порядка 100Гц, то фаза плывет сильно (около 30-40°), а далеко отодвигать тоже не хочется. Можно использовать подстроечники вместо постоянных резисторов или не желательно? Короче вопросов куча, а ответов мало. Ещебы посмотреть как будет это все выглядеть после фильтра, точнее не так, а как этот фильтр влияет на конечную форму сигнала с таким шумом. Пример работы в картинках или еще как. С программами для моделирования что-то связываться не охота пока ради одного фильтра, может потом когда понравится... К сожалению до понедельника появится здесь не смогу, дома и-нета нет, так что да простят меня присутствующие.

[Stanislav]

Почему не помогает не знаю. В аппликэйшене используют фильтр 390Ом, 0.01мкФ...

Скажите, а какая будет частота среза у такого фильтра?

...и картинки у них просто песня, идет сглаживание и сигнал у них не зашумленный, а ломаный получается, сглаженный, а у меня... на картинке все видно.

Прежде, чем лабать, всё же рекомендую не торопясь всё рассчитать.

...Точность измерения нужна порядка 1%. Правда с таким сигналом думаю не реально...

Почему не реально? Оченно даже реально.
Задайтесь видом входного фильтра. Пусть это будет Баттерворт 2-го порядка. Частоту среза можно выбрать равной нескольким сотням герц (пусть будет 200, к примеру).
На частоте 50 Гц такой фильтр будет вносить ослабление, но на вполне известную величину. ФормУлу навскидку не помню, а выводить лень - найдите самостоятельно и посчитайте. В дальнейшем этот коэффициент нужно будет учесть при вычислении выходного значения.
Фильтр нужно делать из качественных компонентов. Особое внимание следует уделить конденсаторам - керамику X7R, не говоря уже об Y5V применять нельзя - только NPO, а лучше всего - плёнку. Сейчас она производится как в выводном, так и в SMD исполнении (последнее у Panasonic, Wima, AVX посмотреть можно). Иначе параметры фильтра будут сильно плыть с температурой, и коэффициент пропускания на частоте 50 Гц будет меняться, что крайне нежелательно.
Далее, нужно выбрать адекватную частоту дискретизации. Думается, для фильтра с заданными характеристиками достаточно будет 4 К выборок в секунду (вероятно, даже 2 К хватит, но запас лучше сделать).
После оцифровки, окончательно выделить сигнал с частотой 50 Гц можно методами цифровой фильтрации. Такой фильтр совсем не сложен, и может быть реализован даже на 8-битном МК при скорости выдачи результатов измерения порядка нескольких десятков раз в секунду.

...Операционники есть MCP6022 rail-to-rail. Подойдут?

Вроде, должны подойти.
Если будет оставаться "лишний" опер, попробуйте сделать фильтр более высокого порядка - это позволит снизить требуемую частоту дискретизации. Ну, или реализовать фильтр 2-го порядка в виде биквадратного звена.

...И какую часоту среза примерно выбрать? Если выбрать в притык, порядка 100Гц, то фаза плывет сильно (около 30-40°), а далеко отодвигать тоже не хочется.

Простите, а при чём здесь фаза? Вам же переменный ток измерять нужно, или я не понял что-то?

...Можно использовать подстроечники вместо постоянных резисторов или не желательно?

При достаточном уровне проектирования, подстройка не потребуется.
Готовое изделие нужно будет только откалибровать, причём на температуре, если хотите получить "честные" 1%. Погрешность, вносимую изменением температуры, также учитывать желательно, хотя, для 1% можно попробовать обойтись и без её учёта (во всяком случае, лучше отложите "на потом").

...Короче вопросов куча, а ответов мало. Ещебы посмотреть как будет это все выглядеть после фильтра, точнее не так, а как этот фильтр влияет на конечную форму сигнала с таким шумом. Пример работы в картинках или еще как. С программами для моделирования что-то связываться не охота пока ради одного фильтра, может потом когда понравится...

Чтобы "увидеть", придётся связаться, наверное. Иначе потребуется рассчитывать всё вручную (что, по моему мнению, правильно - сам моделяторами в таких задачах практически никогда не пользуюсь).

[sera_os]

Простите, а при чём здесь фаза? Вам же переменный ток измерять нужно, или я не понял что-то?

Так как автор отсутствует, позволю себе ответить за него.
Было сказано что в схеме присутствует компаратор, и на него подается тот же сигнал. Возможно автору необходимо знать мгновенный ток? Поэтому активный фильтр "не пойдет", ввиду "большого" фазового сдвига (фильтр Баттерворта 2-го порядка на 200Гц внесет сдвиг около 20град! на 50Гц). Возможно, смирится с фазовым сдвигом, и "бороться" програмно. Тут ответ за автором.

[MSprut]

Скажите, а какая будет частота среза у такого фильтра?

Частота среза получается порядка 40.8кГц, если я правильно посчитал (Fc = 1/[2*pi*R*C]). Теперь понимаю почему весь мусор пролазит. Вот так и верь врагам на слово.

Прежде, чем лабать, всё же рекомендую не торопясь всё рассчитать.

Попробую пересчитать этот RC фильтр под частоту среза 200Гц, может без активного все будет работать.
А по поводу комплектующих и сам подозревал то нада будет мега качественные, но мне бы лучше, если бы получилось обойтись обычным фильтром, потому что таких качественных и мелких деталей на 1 фильтр я не найду у нас в лесу.
Про сдвиг фазы я увидел в программе расчета фильтров от Microchip, там графики строились по результатам расчета. По большому счету сдвиг фазы мне не очень повредит, потому что нужно знать действующее (или можно среднеквадратическое) значение тока, а вот на измерение cosФи придется забить.

[jam]

Частота среза получается порядка 40.8кГц, если я правильно посчитал (Fc = 1/[2*pi*R*C]). Теперь понимаю почему весь мусор пролазит. Вот так и верь врагам на слово.

Попробую пересчитать этот RC фильтр под частоту среза 200Гц, может без активного все будет работать.
А по поводу комплектующих и сам подозревал то нада будет мега качественные, но мне бы лучше, если бы получилось обойтись обычным фильтром, потому что таких качественных и мелких деталей на 1 фильтр я не найду у нас в лесу.
Про сдвиг фазы я увидел в программе расчета фильтров от Microchip, там графики строились по результатам расчета. По большому счету сдвиг фазы мне не очень повредит, потому что нужно знать действующее (или можно среднеквадратическое) значение тока, а вот на измерение cosФи придется забить.

Насколько я понял, надо сравнить по фазе ток с напряжением и взять их амплитуду. Обойтись можно и обычным фильтром, только надо их два - и в канал тока и в канал напряжения. Как показала практика, суммарный сдвиг фазы будет меньше 1% даже без суперточных деталей (брались 5% WIMA конденсаторы и 1% резисторы), надо брать их только из одной коробки.

[Stanislav]

...Было сказано что в схеме присутствует компаратор, и на него подается тот же сигнал. Возможно автору необходимо знать мгновенный ток? Поэтому активный фильтр "не пойдет", ввиду "большого" фазового сдвига (фильтр Баттерворта 2-го порядка на 200Гц внесет сдвиг около 20град! на 50Гц). Возможно, смирится с фазовым сдвигом, и "бороться" програмно. Тут ответ за автором.

Всё от требуемой точности зависит. Задержку можно учесть программно, поскольку она известна, а можно компенисировать и аппаратно, как предложено ниже:

Насколько я понял, надо сравнить по фазе ток с напряжением и взять их амплитуду. Обойтись можно и обычным фильтром, только надо их два - и в канал тока и в канал напряжения. Как показала практика, суммарный сдвиг фазы будет меньше 1% даже без суперточных деталей (брались 5% WIMA конденсаторы и 1% резисторы), надо брать их только из одной коробки.

Калибровать прибор, однакож, при таких условиях придётся обязательно.

ЗЫ. В любом случае, задержку между каналами АЦП для получения cos ф программно компенсировать нужно.

[jam]

Всё от требуемой точности зависит. Задержку можно учесть программно, поскольку она известна, а можно компенисировать и аппаратно, как предложено ниже:
Калибровать прибор, однакож, при таких условиях придётся обязательно.

ЗЫ. В любом случае, задержку между каналами АЦП для получения cos ф программно компенсировать нужно.

Опять, как показала практика , точность схемы с фильтром 5-ого порядка без больших добротностей была достаточной, чтобы гарантировать общую точность устройства лучше 1 градуса (+-0.36%) без настройки.
Оцифровывать предложил бы dspic30 , он даёт возможность семплировать одновременно до 4-ёх каналов. Конечно , на нём и переход через ноль можно сделать и фильтр.

[sera_os]

... надо брать их только из одной коробки.

А что это дает? Номиналы совпадут?
2 Stanislav Согласен с Вами, все зависит от точности.
А как на счет фильтра на коммутируемых конденсаторах? Они до 8-го порядка есть, но как там с задержкой, мне неизвестно.

[jam]

А что это дает? Номиналы совпадут?

Номиналы из одной коробки совпадают, проверял сам, и плывут с температурой тоже более менее одинаково. Конечно это бюджетное решение, кроме того, 10 лет назад таких контроллеров как dspic не было. Сейчас бы я сделал на нём.

[Stanislav]

А как на счет фильтра на коммутируемых конденсаторах? Они до 8-го порядка есть, но как там с задержкой, мне неизвестно.

Не испытывал насчёт стабильности задержки такие фильтры, не могу сказать определённо ничего по этому поводу.
АЧХ у них, правда, хорошая... Но отношение С/Ш на выходе не очень понравилось.
Впрочем, за 10-12 прошедших лет, вероятно, что-то поменялось...

[MSprut]

Не хочется лезть в дебри для единичного устройства и что-то кардинально менять, тем более что оно уже собрано, а проблема вылезла на этапе настройки. Пока закажешь что нада, пока привезут... Пересчитал имеющийся пассивный фильтр, получилось 750Ом, 1мкФ. Шум по амплитуде уменьшился, но все равно не очень как-то. После усилителя правда картинка почему-то изменилась. По амплитуде сигнал, понятное дело, увеличился, а вот шум тоже стал странной формы, ушли более высокие частоты из шума. Это усилитель отфильтровал сам из-за конечной рабочей частоты? Можно ли добавить еще один RC-фильтр на выходе усилителя? Есть разница какой конденсатор использовать в фильтре керамику или металло-пленочный, от этого что-то меняется? Если все же придется собрать активный фильтр, то хочу применить вариант Салин-Ки с единичным усилением 2-го - 4-го порядка.

[Stanislav_S]

Не хочется лезть в дебри для единичного устройства и что-то кардинально менять, тем более что оно уже собрано, а проблема вылезла на этапе настройки. Пока закажешь что нада, пока привезут... Пересчитал имеющийся пассивный фильтр, получилось 750Ом, 1мкФ. Шум по амплитуде уменьшился, но все равно не очень как-то. После усилителя правда картинка почему-то изменилась. По амплитуде сигнал, понятное дело, увеличился, а вот шум тоже стал странной формы, ушли более высокие частоты из шума. Это усилитель отфильтровал сам из-за конечной рабочей частоты? Можно ли добавить еще один RC-фильтр на выходе усилителя? Есть разница какой конденсатор использовать в фильтре керамику или металло-пленочный, от этого что-то меняется? Если все же придется собрать активный фильтр, то хочу применить вариант Салин-Ки с единичным усилением 2-го - 4-го порядка.

Сделайте лучше активный фильтр, RC фильтр на выходе с такой емкостью не очень хорош для ОУ, не всякий ОУ любит такую емкостную нагрузку.

[MSprut]

Да все к тому и идет наверное. А правильно что резисторы фильтра Баттерворта 2-го порядка получаются одинаковыми при разных конденсаторах? В одной книге нашел формулы, пересчитал, получил два одинаковых резистора.

[sera_os]

Сделайте лучше активный фильтр, RC фильтр на выходе с такой емкостью не очень хорош для ОУ, не всякий ОУ любит такую емкостную нагрузку.

Согласен, лучше активный фильтр. При таком соотношении действительно ОУ будет возбуждатся. Тогда нужно будет "принудительно" загрубить частоту ОУ включением между выходом и инверитующим входом конденсатор порядка 100-200p

[alexander55]

Сделайте лучше активный фильтр, RC фильтр на выходе с такой емкостью не очень хорош для ОУ, не всякий ОУ любит такую емкостную нагрузку.

Поддерживаю. При этом резистор можно увеличить, а емкость уменьшить. Можно каскадировать для повышения порядка фильтра.

[MSprut]

Посчитал, собрал, поставил... и подофигел слегка от полученного эффекта. Не сигнал - конфета! Вот уж не думал что активные фильтры такая классная штука. Всем спасибо.