Фильтрация в многоканальной мультиплексной системе. Опции

[spooki]

Здравствуйте.

Постараюсь убрать лишнее и упростить вопрос.

Краткое описание задачи
Если многоканальная измерительная система параметрических датчиков с кол-вом каналов N=128.
Параметрические датчики представляют собой терморезисторы. Подключаемся к датчику пропускаем через него ток, измеряем напряжение.

Все каналы последовательно опрашиваются через один АЦП (мультиплексирование) по средствам ПЛИС.См. поясняющий рисунок. Частота работы АЦП 3-10 МГц(это не так важно).

Необходимо за 128 мс опрашивать все датчики и получать с них постоянную составляющую сигнала. Таким образом, максимальный период опроса всех датчиков Топр= 128 мс. При этом допустиму фильтровать сигнал больше чем 128мс (см. рисунок 2 фильтр) но в допустимых пределах(не 20 с).


Необходимо давить гармонические помехи всей полосе частот(есть таблица)! И импульсные помехи определенной длительности (до 10 мкс).

Описание проблемы:
Грубо разобьем фильтрацию на 2 каскада.
Возьмем время опроса одного датчика tопр=128мс/128 датчиков = 1 мс.
1-ый НЧ фильтр вполне нормально давит помехи в своем окне т.е. от 1/1мс=1000 Гц.
2-ой НЧ фильтр частично помогает первому и хорошо давит помехи до 1/128 мс=7.8 Гц

Соответственно помехи от 7.8 до 1000 Гц находятся за пределами работы и 1-го и 2-го фильтра.

Как то попытаться их задавить может только 2-й фильтр. Таким образом фильтр с fd=7.8 Гц должен давить помехи до 1кГц(бред но поехали дальше).
Сделали превдорандомный опрос каналов (см. рисунок) чтобы частично подавить зеркальные частоты для 2-го фильтра - сильно помоглло но не достаточно.
Чтобы подавить переодическую помеху 250Гц(например) до допустимого уровня приходится фильтровать 4 с и то раз на раз по понятным причинам ибо аналитическому расчету подавление помех за рамками fд да еще и с рандомным опросом каналов не поддается - проверяю в маткаде пропуская сигнал через фильтр.

Обычно в таких системах ставят отдельный аналоговый НЧ фильтр на каждый канал который давит помехи до частоты дискретизации 2-го фильтра, но тут это не прокатит:

1) Как описано выше опрос каналов ведется пропусканием тока через датчик при подключении к нему. Соответственно аналоговый фильтр не может иметь постоянную времени больше чем время опроса одного датчика т.е. больше 1 мс (на практике аналоговый фильтр имеет постоянную времени раз в 10 меньше).

2)По ТЗ время опроса датчика не должно превышать 2 мс(т.е. время измерения и пропускания тока через него). Опять упираемся в ограничение на постоянную времени аналогового фильтра.

3)Как описано выше необходимо давить импульсную помеху. Аналоговым фильтром она размажется на его постоянную времени. Амплитуда у нее может превышающую полезный сигнал в 10 раз! Ее не отфильтруешь ее надо вырезать(вырезаем медианным фильтром на рис он входит в окно 1-го фильтра).
Тут вообще ограничение на постоянную времени аналогового фильтра не больше 10-20 мкс!



Итак, м.б. я как ни старался все равно много написал. Я ни в коем случае на прошу за меня построить систему! Вопрос, как бы глупо он не звучал и не противоречил теории, собственно только один:

Есть способы подавления помех за пределами частоты дискретизации НЧ фильтра(любого) при невозможности их подавления до этого фильра???????

Сообщение отредактировал spooki - Apr 3 2012, 07:03

Эскизы прикрепленных изображений

 

[spooki]

spooki в тех же учебниках так же написано что все частоты кратные частоте дискретизации попадают в туже полосу так что если нет НЧ фильтра то у вас получится бесконечное наложение.

Вам может помочь только АЦП с большей частотой дискретизации при этом входной НЧ фильтр можно свести к простой RC цепочке. А дальше у же цифровой фильтр и децимация.

...так на каждый канал - свой...

А вообще даже не так. Какая разница опрос это датчиков через мультиплексор или поток с одного ADC? Фильтруйте себе. Если статистически они как-то там разделимы (помеха и сигнал) то вперед.

Про это все я в курсе.



В первом посте все проблемы описаны. Датчики параметрические!

Процес измерения.

1) Подключаемся к 1 датчику
2) Пропускаем через него ток (допустим 2 мА) в течении 1 мс.
3) За эту 1 мс измеряем значение.
4) Отключаем источник тока от датчика.

1`) Подключаемся ко 2 датчику
2`) Пропускаем через него ток (допустим 2 мА) в течении 1 мс.
3`) За эту 1 мс измеряем значение.
4`) Отключаем источник тока от датчика.

.....

Поробуем поставить на каждый канал отдельный фильтр на 280 Гц(например). На 1 кГц мне не надо у меня с этим и цифровой фильтр справляется - опрос 1 мс.

Моделируем и рисуем:

Рис.1 Схема измерения
Рис.2 Измерение с фильтром 280 Гц
Рис.3 Измерение с фильтром 2800 Гц


Как видно из рисунка 2 при пропусканнии тока через параметрический датчик (резистор) на выходе фильтра мы не получаем нужного значения напряжения 2мА*1кОм=2В за 1 мс ибо постоянная времени фильтра равна 1/280 Гц = 3,5мс, а для точного измерения она должна быть раз в 10 меньше чем время опроса!
С фильтром на 2800 Гц(рис.3) жить уже можно, но мне он уже не поможет.


Ставить 128 генераторов тока - на каждый канал отдельно чтобы опрос током был не импульсным а постоянным просто недопустимо при заданных габаритах потребленнии и цене и требовании ТЗ на время опроса 1 датчика.

Кроме того, не забываем про требование к подавлению импульсных помех длительностью до 10 мкс. Честно это моделированить уже лень. Если хотите посмотрите что будет на выходе этого фильтра(или подобного) при возникновении на входе импульсной помехи в 10 раз превышающую уровень полезного сигнала. помеха размажется мс на 10.

У нас задана точность измерения 0.1 % от измеряемой величины.

Сообщение отредактировал spooki - Apr 5 2012, 07:52

Эскизы прикрепленных изображений