Усилитель заряда для акселерометра Опции

[BaN]

Пытаюсь сделать предусилитель для акселерометра с зарядовым несимметричным выходом KD29 от MMF со стандартным кабелем длиной 1,5м (см. KD29.pdf).
 KD29.pdf ( 135.44 килобайт ) Кол-во скачиваний: 426

Сначала сделал стандартную схему усилителя заряда с заземленным входом:

Всё работало нормально, но только на столе. Как только воткнул акселерометр в землю и включился рядом компрессор, то сразу полезла наводка 50Гц на выходе усилителя, при выключении компрессора наводка исчезает.
Насколько я понял, проблема в образовавщейся земляной петле. Для решения проблемы предлагается сделать незаземленный вход:
Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители.pdf стр. 81, рис. 3.20
bo0464.pdf стр. 3, Fig.3
 bo0464.pdf ( 613.91 килобайт ) Кол-во скачиваний: 386

Сделал вот такую схему:

Здесь на входе стоит высокоомный повторитель с незаземленным входом с коэффициентом усиления 2 на U1A для сигнала акселерометра и повторитель с коэффициентом усиления 2 для синфазного напряжения на U3 (разностный усилитель), затем оба сигнала подаются на инструментальный усилитель U4, где синфазное напряжение должно вычитаться.
Просимулировал схему в PSpice, вроде бы должна была работать с подавлнием синфазной помехи 70дБ:


Но на деле, когда я собрал и проверил, то оказалось, что в точке с желтым маркером на рисунке Floating input chg amp.png присутствует постоянное напряжение 600мВ, хотя должно быть опорное напряжение 2,5В.
Сам предусилитель на U1A в режиме с заземленным входом работает нормально.
Даташиты на микросхемы:
http://datasheets.maximintegrated.com/en/d...475-MAX4489.pdf
http://www.analog.com/static/imported-file...AD8276_8277.pdf
http://www.analog.com/static/imported-file...eets/AD8226.pdf
В чем может быть проблема?

Сообщение отредактировал BaN - Sep 4 2013, 21:49

[BaN]

Посмотрел более подробно, из-за разных ФЧХ входных операционников для частоты 650кГЦ получается временная задержка между сигналами на их выходе в 300нс.
Из-за этого, когда на выходах входных операционников помеха 50Гц уровня 100mVp-p, то на выходе инструментального усилителя получается помеха 50Гц 5mVp-p, т.е. ослабление помехи на 26дБ.
Думаю попробовать использовать вместо MAX4477 и AD8277 на входе два MAX4477 и точные резисторы 10кОм 0,1%.

UPD:
Хотя, посмотрел еще раз в микрокапе схему:


Получается всё-равно не очень с подавлением помехи - 36дБ.

UPD:
Может кто-нибудь объяснить, как именно подразумевается реализация этой схемы:

отсюда: Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители.pdf стр. 81, рис. 3.20
Т.к. если делать схему напрямую как указано выше, то на втором операционнике полный шум из-за контуров заземления будет вычитаться из половины шума из-за контуров заземления, который получается на делителе 5МОм-5МОм.
Или подразумевалось сделать вот так?


UPD:
Проверил схему:


Получилось подавление помехи на 44,5дБ.

Сообщение отредактировал BaN - Sep 8 2013, 11:33

[Timmy]

Что касается самоё последней схемы, источником проблемы является паразитная ёмкость между землёй и отрицательным входом X1, из-за неё X1 усиливает синфазное напряжение несколько больше, чем в 1 раз. Нужно пытаться минимизировать паразитную ёмкость, и, видимо, поставить перед "-" X3 буфер с компенсирующим подстраиваемым усилением чуть больше 1.

[BaN]

Что касается самоё последней схемы, источником проблемы является паразитная ёмкость между землёй и отрицательным входом X1, из-за неё X1 усиливает синфазное напряжение несколько больше, чем в 1 раз. Нужно пытаться минимизировать паразитную ёмкость, и, видимо, поставить перед "-" X3 буфер с компенсирующим подстраиваемым усилением чуть больше 1.

Спасибо за замечание. Попробую для начала уменьшить паразитную емкость, вырезав слой земли под инвертирующим входом.

R2 Зашунтировать конденсатором микрофарад в 10.

R2 у меня зашунтирован 0,1мк||10мк, просто для симуляции я это не указывал.

Почему 50 герц приложено только к одному проводу кабеля?

отсюда: Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители.pdf стр. 78.

[Tarbal]

отсюда: стр. 78.

Но ведь 50 герц это наводка на кабель.

Сообщение отредактировал Tarbal - Sep 10 2013, 18:17

[BaN]

Но ведь 50 герц это наводка на кабель.

Насколько я понял, в данном случае помеха 50 Гц возникает из-за контура заземления:

http://mmf.de/accelerometer_cabling.htm
Именно электромагнитная наводка на кабель незначительна.
Я пробовал на деле такие ситуации:
1. Клал акселерометр на паралон коробки, в которой хранился акселерометр:

помехи 50Гц не было.
2. Клал акселерометр на землю - помеха была.
3. Втыкал акселерометр с зондом probe:

в землю - помеха была еще больше, чем во втором случае.

Сообщение отредактировал BaN - Sep 10 2013, 22:34

[Tolyaha]

Насколько я понял, в данном случае помеха 50 Гц возникает из-за контура заземления:

Если датчик не изолирован от земли, то можно сделать гальваничевкую развязку вашего усилителя от оборудования к которому он подключается, и разные потенциалы двух точек земли уже не будут связаны через усилитель - помеха подавится этак более 100 dB, при грамотной развязке.

[BaN]

Если датчик не изолирован от земли, то можно сделать гальваничевкую развязку вашего усилителя от оборудования к которому он подключается, и разные потенциалы двух точек земли уже не будут связаны через усилитель - помеха подавится этак более 100 dB, при грамотной развязке.

Суть устройства - оцифровать аналоговый сигнал от акселерометра и отправить данные на компьютер.
Если делать гальваническую развязку, то можно гальванически развязать питание аналоговой части и АЦП от цифровой части, которая будет без развязки подключена к USB ПК и поставить опторазвязку для цифровых линий между АЦП и микроконтроллером.
Почитаю по поводу гальванической развязки, пока что не полностью понимаю, как поможет гальваническая развязка.

Или использовать симметричный выход. Но кабель возможо понадобится другой.

Из акселерометра с несимметричным выходом не получится сделать акселерометр с симметричным выходом.

Или другой вариант. На приемном конце входные цепи развязать по земле с остальной частью схемы и передавать сигнал от входвых цепей к остальной части схемы в симметричном виде.

Как здесь?

Но выходной сигнал акселерометра не нарпряжение, а заряд и на входе обязательно нужен усилитель заряда.

Сообщение отредактировал BaN - Sep 11 2013, 15:05

[Tarbal]

Но выходной сигнал акселерометра не нарпряжение, а заряд и на входе обязательно нужен усилитель заряда.

Я имел ввиду после операционного усилителя, когда сигнал превратился в напряжение.

Но это будет усложнением схемы и без особой необходимости не стоит этого делать.




Как сделать из однополярного сигнала симметричный:
на одном операционнике делается повторитель, а на другом инвертор. оба подключены к сигналу, а между выходами операционников будет симметричный сигнал правда усиленый в два раза, но это исправимо.

[BaN]

Я имел ввиду после операционного усилителя, когда сигнал превратился в напряжение.
Но это будет усложнением схемы и без особой необходимости не стоит этого делать.
Как сделать из однополярного сигнала симметричный:
на одном операционнике делается повторитель, а на другом инвертор. оба подключены к сигналу, а между выходами операционников будет симметричный сигнал правда усиленый в два раза, но это исправимо.

С преобразованием сигнала из несимметричного к симметричному понятно, вопрос в том, как развязать входные цепи по земле с остальной частью схемы, чтобы исключить помеху:

На приемном конце входные цепи развязать по земле с остальной частью схемы и передавать сигнал от входвых цепей к остальной части схемы в симметричном виде.

[Tarbal]

С преобразованием сигнала из несимметричного к симметричному понятно, вопрос в том, как развязать входные цепи по земле с остальной частью схемы, чтобы исключить помеху:

Первый вариант. Преобразовать сигнал в симметричный (при этом его можно усилить, что улучшит помехозащищенность) и передавать по кабелю. Передавать по кабелю землю при этом не обязательно, хотя можно, тогда кабель будет трехжильный или две жилы и экран.


Второй вариант на приемном конце землю кабеля соединить с землей входной цепи, которая преобразует сигнал в симметричный. Важно, чтобы земля кабеля и земля выходных цепей не были соединены между собой (или соединить их через резистор без конденсатора параллельно резистору). Симметричный сигнал передать в выходные цепи, а там можно преобразовать назад в сигнал относительно земли.
Цель в обоих случаях передавать сигнал между звенящими землями по паре. В паре сигнал представлен двумя проводами, а не является сигналом относительно земли, поэтому звон по земле не будет добавлен к сигналу.

Сообщение отредактировал Tarbal - Sep 11 2013, 22:00

[BaN]

Первый вариант. Преобразовать сигнал в симметричный (при этом его можно усилить, что улучшит помехозащищенность) и передавать по кабелю. Передавать по кабелю землю при этом не обязательно, хотя можно, тогда кабель будет трехжильный или две жилы и экран.

В данном случае сделать не получится из-за конструктивных особенностей датчика.

Второй вариант на приемном конце землю кабеля соединить с землей входной цепи, которая преобразует сигнал в симметричный. Важно, чтобы земля кабеля и земля выходных цепей не были соединены между собой (или соединить их через резистор без конденсатора параллельно резистору). Симметричный сигнал передать в выходные цепи, а там можно преобразовать назад в сигнал относительно земли.
Цель в обоих случаях передавать сигнал между звенящими землями по паре. В паре сигнал представлен двумя проводами, а не является сигналом относительно земли, поэтому звон по земле не будет добавлен к сигналу.

По сути получается вот это:

Или подразумевалось сделать вот так?


UPD:
Проверил схему:

Получилось подавление помехи на 44,5дБ.

Сообщение отредактировал BaN - Sep 12 2013, 05:12

[Tarbal]

В данном случае сделать не получится из-за конструктивных особенностей датчика.

По сути получается вот это:

Только дошло. Так у вас датчик находится на другом конце кабеля!
Если вы не найдете способа разместить пару операционников на стороне датчика, то есть только один способ извежать наводку -- изоляция датчика и кабеля от земли прибора.

Я имел ввиду, что если Х1 и Х3 находятся на стороне датчика, что я бы сделал (во всяком случае мне это сразу пришло в голову), то добавление еше двух операционных усилителей решило бы проблему.

Хотя второй способ, предложеный мной работает тоже. Делаем две земли одна та, что была использована в схеме, а другая особая. Назовем ее входной землей. Операционники Х1, Х3 и два, которые производят дифференциальный сигнал с выхода Х3 используют входную землю. Входная земля соединена с землей устройства, где расположен датчик через кабель, а с реальой землей измерительного устройства через резистор (дроссель). Сопротивление кабеля и сопротивление этого резистора образуют делитель, ослабляющий 50герцовый паразитный сигнал. Если сделать отдельный источник питания для входных цепей, то земли соединять не надо вообще и 50 герц будут ослаблены значительно. Только защитить входы с кабеля.

Сигнал передается в дифференциальном виде к выходным цепям. Землю соединять не требуется.


Сообщение отредактировал Tarbal - Sep 12 2013, 12:12

[BaN]

Только дошло. Так у вас датчик находится на другом конце кабеля!
Если вы не найдете способа разместить пару операционников на стороне датчика, то есть только один способ извежать наводку -- изоляция датчика и кабеля от земли прибора.

Я имел ввиду, что если Х1 и Х3 находятся на стороне датчика, что я бы сделал (во всяком случае мне это сразу пришло в голову), то добавление еше двух операционных усилителей решило бы проблему.

Проблема с размещением предусилителя сразу на выходе датчика в том, что сложно достать разьемы UNF 10-32, а также, даже если найти разъемы, этот предусилитель, подключенный напрямую к датчику, будет мешать измерениям:

Вообще, есть специальные IEPE акселерометры со встроенным предусилителем, но у меня акселерометр с зарядовым выходом.

Попробую сделать гальваническую развязку схемы.

Сообщение отредактировал BaN - Sep 12 2013, 12:12