Слежение за резонансной частотой и фазой измеряемого объекта ФАПЧем, Поделитесь добрым советом Опции

[stoker]

Есть сигнал - синус, который выходит с ЦАПа (выход DDS), подаётся на объект(на основе кварца), далее на выходе из объекта сигнал нормируется, фильтруется и оцифровывается. Резонанс каждого объекта имеет разброс в широком диапазоне частот от 30КГц до 1Мгц. При нахождении резонанса объекта, включается ФАПЧ и следит за резонансной частотой объекта. При этом выдаёт 2 параметра текущая частота и фаза объекта во времени, а объект тем временем, подвергается всякого рода внешним воздействиям. Ширина полосы изменения резонансной частоты не более 50-100Гц. В аналоге никаких математических преобразований не делаю, работаю полностью с цифрой. Из аппаратной части имею: DSP, FPGA, DAC, ADC. DDS реализован в ПЛИС, разрешение по частоте – 2,3мГц, но при реализации ФАПЧ возникли вопросы.
Как оптимально можно реализовать цифровой ФАПЧ, а именно фазовый детектор сигнала приходящего с АЦП и цифрового, с выхода DDS, используя премудрости ЦОС? Есть ли смысл работать полностью с аналитическим сигналом, реализовывать FFT? Какие блоки стоит использовать в FPGA, а что поручить DSP? В ЦОСе серьёзно я только начинаю разбираться, так что не пинайте.

[DS]

Ну статьи то в журналах они читают.
В документации, что я Вам послал, ясно написано что полоса системы по -3 Дб - 300 гц при 10 000 добротности вилки. А у Вас будет - от силы 3 герца, если вилку хорошо угробите клеем - 30 герц, но с соответствующим увеличением шумов. В этом принципиальное отличие работающей системы от самодельной. У нас в не зависимости от добротности камертона время реакции системы меньше 1 мс. Соответственно, ТF уж никак не скажешь, что инертен.

Для работы с зондом полоса гораздо важнее, чем даже для кантилевера, поскольку при запаздывании системы обратной связи сила возрастает по 6 степени от ошибки. И одной лишней пылинки достаточно, чтобы обломить кончик зонда.

Я ведь поэтому и спрашивал, что Вы читали по данному вопросу - подход "и так все ясно" стоит Вам примерно двух порядков по быстродействию датчика. Ну и, наверное, по чувствительности, что - нибудь около порядка - полутора.

При сканировании в нормальном режиме собственная частота вилки меняется на 0.3 - 1 гц. Если больше, то силы возникают такие, что ломают зонд. Если Вы работаете не в режиме SNOM, то безграмотный заказчик может и не заметить поломанный зонд, но если в этом режиме, то счетчик фотонов зашкалит просто. Вы понимате, что усилие слома острия около микроньютона ?

[stoker]

Ну статьи то в журналах они читают.
В документации, что я Вам послал, ясно написано что полоса системы по -3 Дб - 300 гц при 10 000 добротности вилки. А у Вас будет - от силы 3 герца, если вилку хорошо угробите клеем - 30 герц, но с соответствующим увеличением шумов. В этом принципиальное отличие работающей системы от самодельной. У нас в не зависимости от добротности камертона время реакции системы меньше 1 мс. Соответственно, ТF уж никак не скажешь, что инертен.

Чувствуется более глубокое понимание и многолетний опыт в данной области. Все больше и больше волосы поднимаются... У вас случаем есть статейки из тех журналов? Не совсем понял интерпретацию цифр про вилку и полосу частот системы. Да, если бы "они" бы читали статьи, я бы не делал такую задачу "в лоб".

Для работы с зондом полоса гораздо важнее, чем даже для кантилевера, поскольку при запаздывании системы обратной связи сила возрастает по 6 степени от ошибки. И одной лишней пылинки достаточно, чтобы обломить кончик зонда.

А какой порядок значения реакции системы должен быть? Есть что нибудь вроде статей по этому поводу?

Я ведь поэтому и спрашивал, что Вы читали по данному вопросу - подход "и так все ясно" стоит Вам примерно двух порядков по быстродействию датчика. Ну и, наверное, по чувствительности, что - нибудь около порядка - полутора.

Значит, если я правильно понимаю - основную задачу нужно решать в аналоге?

При сканировании в нормальном режиме собственная частота вилки меняется на 0.3 - 1 гц. Если больше, то силы возникают такие, что ломают зонд. Если Вы работаете не в режиме SNOM, то безграмотный заказчик может и не заметить поломанный зонд, но если в этом режиме, то счетчик фотонов зашкалит просто. Вы понимате, что усилие слома острия около микроньютона ?

А разве мы работаем в контакте? Датчик вроде как должен чувствовать атомное взаимодействие на расстоянии. Если не ошибаюсь, изменение частоты на 1 Гц эквивалентоно набегу фазы в 0.0110град? Тагда я конечно все поломаю...

Сообщение отредактировал stoker - Oct 15 2007, 21:42

[DS]

Чувствуется более глубокое понимание и многолетний опыт в данной области. Все больше и больше волосы поднимаются... У вас случаем есть статейки из тех журналов? Не совсем понял интерпретацию цифр про вилку.
А какой порядок значения реакции системы должен быть? Есть что нибудь вроде статей по этому поводу?

Если не ошибаюсь, изменение частоты на 1 Гц эквивалентоно набегу фазы в 0.0110град? Тагда я конечно все поломаю...

Если у вас стандартная вилка т.е. имеет на воздухе добротность порядка 10 000 - 12 000 и активное сопротивление порядка 100 Ком, то полоса пропускания системы вилка + трансимпедансный усилитель, которую как я понимаю, Вы собираетесь использовать, будет около 3 герц. Если Вы будете что-то клеить к вилке (а иначе зачем оно надо), добротность упадет. Если клеить тяп - ляп, до до величины около 500 - 1000. Если больше, работать будет крайне затруднительно, т.к. сопротивление возрастет до мегомов и влияние паразитных емкостей станет определяющим. При этом при добротности в 1000 полоса увеличится до примерно 30 гц. Если клеить хорошо, добротность останется высокой, и полоса - узкой. Некоторые специально мажут вилки клеем, чтобы расширить полосу. Не очень разумно, правда ?

Реакция долна быть чем быстрее, тем лучше. Времени около 0.5 мс, которого мы достигли, хватает, чтобы достаточно квалифицированный человек мог работатьс прибором без большого расхода зондов. Но для поставленной дирекцией задачи "чтобы мог работать китайский аспирант с по неделе с одним зондом" недотягивает. Мои мысли смещаются в сторону нелинейной системы управления вместо классической ПИД, но заложена она будет только в следующую серию приборов, так что через годик узнаю, верна ли мысль.
Поищите гуглем работы Khaleda Karrai, он, так сказать, основоположник датчиков на TF. Думаю, что они уже есть в бесплатном доступе. Почитаете их, можно будет еще подкинуть что-нибудь.

Нет, на 1 Гц будет 30 градусов, резонансная кривая вилки узкая и на 45 градусов повернется на 1.5 гц отстройки. Собака рылась не здесь.

[stoker]

Если у вас стандартная вилка т.е. имеет на воздухе добротность порядка 10 000 - 12 000 и активное сопротивление порядка 100 Ком, то полоса пропускания системы вилка + трансимпедансный усилитель, которую как я понимаю, Вы собираетесь использовать, будет около 3 герц. Если Вы будете что-то клеить к вилке (а иначе зачем оно надо), добротность упадет. Если клеить тяп - ляп, до до величины около 500 - 1000. Если больше, работать будет крайне затруднительно, т.к. сопротивление возрастет до мегомов и влияние паразитных емкостей станет определяющим. При этом при добротности в 1000 полоса увеличится до примерно 30 гц. Если клеить хорошо, добротность останется высокой, и полоса - узкой. Некоторые специально мажут вилки клеем, чтобы расширить полосу. Не очень разумно, правда ?

Пожалуй это вопрос к производителям датчиков. Значит получается от качества исполнения датчика целиком зависит полоса пропускания системы в целом, я прав? Не совсем понимаю что такое трансимпедансный усилитель? Чем он отличается от токового усилителя?
Ещё вопрос по добротности. Чем выше добротность TF тем уже полоса, следует из определения добротности. Тогда мне не понятно как у вас получается ширина полосы 300Гц, при добротности аж 10 000! В моих опытах расчета добротности ширина полосы резонанса TF без иглы была порядка 0,2-1 Гц. Поэтому реакция TF на воздействие было медленным. В чем может быть нестыковка?

Реакция долна быть чем быстрее, тем лучше. Времени около 0.5 мс, которого мы достигли, хватает, чтобы достаточно квалифицированный человек мог работатьс прибором без большого расхода зондов. Но для поставленной дирекцией задачи "чтобы мог работать китайский аспирант с по неделе с одним зондом" недотягивает. Мои мысли смещаются в сторону нелинейной системы управления вместо классической ПИД, но заложена она будет только в следующую серию приборов, так что через годик узнаю, верна ли мысль.
Поищите гуглем работы Khaleda Karrai, он, так сказать, основоположник датчиков на TF. Думаю, что они уже есть в бесплатном доступе. Почитаете их, можно будет еще подкинуть что-нибудь.

Нет, на 1 Гц будет 30 градусов, резонансная кривая вилки узкая и на 45 градусов повернется на 1.5 гц отстройки. Собака рылась не здесь.

Khaleda Karrai, интересно, результат поисков = 0. Видимо это не широко доступная литература. По поводу определения фазы, что то не втыкаю, если опорная частота 32768 Гц, изменение в 1Гц, т.е. стало 32769Гц, вроде как даёт набег фазы за период 0,011град. Где собака роется?

Сообщение отредактировал stoker - Oct 15 2007, 22:41

[DS]

Пожалуй это вопрос к производителям датчиков. Значит получается от качества исполнения датчика целиком зависит полоса пропускания системы в целом, я прав? Не совсем понимаю что такое трансимпедансный усилитель? Чем он отличается от токового усилителя?
Ещё вопрос по добротности. Чем выше добротность TF тем уже полоса, следует из определения добротности. Тогда мне не понятно как у вас получается ширина полосы 300Гц, при добротности аж 10 000! В моих опытах расчета добротности ширина полосы резонанса TF без иглы была порядка 0,2-1 Гц. Поэтому реакция TF на воздействие было медленным. В чем может быть нестыковка?
Khaleda Karrai, интересно, результат поисков = 0. Видимо это не широко доступная литература. По поводу определения фазы, что то не втыкаю, если опорная частота 32768 Гц, изменение в 1Гц, т.е. стало 32769Гц, вроде как даёт набег фазы за период 0,011град. Где собака роется?

Khaled Karrai, гугль сразу дает 781 ссылку.

Как включить датчик. Можно включить так, что полоса не будет зависить от добротности. Трансимпедансный, наверное то же, что и токовый, если Вы имеете в виду усилитель, который преобразует ток в напряжение.

В расчетах Вы где то ошиблись, раз получили значения в 0.2 гц, если только не брали значения для добротности в вакууме. Общая идея быстродействующего включения заключается в том, что параметры колебательной системы - добротность и собственная частота меняются при воздействии силы быстро, в отличие от параметров колебаний. При правильном подходе этим можно воспользоваться.

С фазой неверно. Вы имеете дело с резонансной системой, у которой ширина пика - 3 гц. В центре фаза нулевая. На отстройке в 1.5 гц - 45 град по определению ширины резонансной кривой. Соответственно, при отстройке в 1 гц будет около 30 град. Собственная частота колебаний тут никакой роли не играет.