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]

Давайте начнем с начала.
Вы собираетесь измерять периодическую силу, воздействующую на камертон. Сила эта скореллирована с частотой колебаний TF, так как возникает из-за движения зонда в поле Ван-дер-Ваальсовых сил у поверхности. Поскольку сила периодическая, мы можем разложить ее на две компоненты - по sin и cos. Можно их как угодно дальше называть - изменение добротности и частоты, диссипативные и упругие силы, смысл от этого не меняется, главное не забывать, что мы собственно собираемся регистрировать нашим датчиком.
Воздействие силы на датчик приводит к возникновению переходных процессов в системе. Если измерять параметры, связанные с амплитудой колебаний вилки, то время переходного процесса определяется ее добротностью. Если измерять параметры, связанные непосредственно с воздействием силы на камертон, постоянные времени могут быть другими, не связанными с добротностью, при этом время установления амплитуды колебаний будет по прежнему определяться добротностью вилки.
Порог чувствительности системы будет определяться шумами сопротивления потерь вилки, шумами системы, возбуждающей колебания вилки и шумами усилителей.
Отметим также, что задачей системы обратной связи по Z является поддержание стабильного значения силы взаимодействия колеблющегося зонда с поверхностью. Поэтому среднее значение силы является константой.
Если принять это во внимание, то должно стать понятно, что не нужно делать обратных связей, кроме основной по координате. При нормальной работе Вы будете иметь небольшие колебания выходных сигналов, при этом резонансная частота вилки изменится настолько незначительно, что не будет существенным образом влиять не поведение системы (незначительным будем считать уход фазы на несколько градусов от 0).
Изменение фазы при "скачке" внешней силы, например "наезде" зонда на ступеньку, происходит с постоянной времени реакции датчика. Конечно 45 градусов набирается не за один период, а за сотни.
Так же, как и изменения тока через вилку, который Вы собираетесь регистрировать.
Попытайтесь в этом ключе посмотреть на подстройку частоты во время работы, и Вы поймете, что она не нужна. В конечном итоге ведь нужно измерять силы, воздействующие на зонд, а не параметры вилки, поэтому, меняя "на ходу" параметры системы Вы только вносите искажения в процесс работы.
Статьи вечером пришлю на мыло.

[stoker]

Давайте начнем с начала.
Вы собираетесь измерять периодическую силу, воздействующую на камертон. Сила эта скореллирована с частотой колебаний TF, так как возникает из-за движения зонда в поле Ван-дер-Ваальсовых сил у поверхности. Поскольку сила периодическая, мы можем разложить ее на две компоненты - по sin и cos. Можно их как угодно дальше называть - изменение добротности и частоты, диссипативные и упругие силы, смысл от этого не меняется, главное не забывать, что мы собственно собираемся регистрировать нашим датчиком.

Да уж, похоже это не такой простой процесс как я думал. Видимо до меня физический смысл основных действий так и не довели. придётся досканально разобраться в физике процесса. Если я правильно понимаю, сила взаимодействия будет вносить некую фазовую задержку, которую я и должен выцепить своей схемой.

Воздействие силы на датчик приводит к возникновению переходных процессов в системе. Если измерять параметры, связанные с амплитудой колебаний вилки, то время переходного процесса определяется ее добротностью. Если измерять параметры, связанные непосредственно с воздействием силы на камертон, постоянные времени могут быть другими, не связанными с добротностью, при этом время установления амплитуды колебаний будет по прежнему определяться добротностью вилки.
Порог чувствительности системы будет определяться шумами сопротивления потерь вилки, шумами системы, возбуждающей колебания вилки и шумами усилителей.

Отметим также, что задачей системы обратной связи по Z является поддержание стабильного
значения силы взаимодействия колеблющегося зонда с поверхностью. Поэтому среднее значение силы является константой.
Если принять это во внимание, то должно стать понятно, что не нужно делать обратных связей, кроме основной по координате. При нормальной работе Вы будете иметь небольшие колебания выходных сигналов, при этом резонансная частота вилки изменится настолько незначительно, что не будет существенным образом влиять не поведение системы (незначительным будем считать уход фазы на несколько градусов от 0).
Изменение фазы при "скачке" внешней силы, например "наезде" зонда на ступеньку, происходит с постоянной времени реакции датчика. Конечно 45 градусов набирается не за один период, а за сотни.
Так же, как и изменения тока через вилку, который Вы собираетесь регистрировать.
Попытайтесь в этом ключе посмотреть на подстройку частоты во время работы, и Вы поймете, что она не нужна. В конечном итоге ведь нужно измерять силы, воздействующие на зонд, а не параметры вилки, поэтому, меняя "на ходу" параметры системы Вы только вносите искажения в процесс работы.
Статьи вечером пришлю на мыло.

Спасибо за разъяснения, кажется есть небольшие просветления. Видимо с TF пока подожду, мне щас главное сделать на кантеливере с оптической схемой. Там четко было сказано следить за частотой, так как сканирования нет. Но правда плату в цифре мне все равно придётся доделать, отказаться от идеалогии уже поздно. Буду "мудрить" в софте. Если что-то получится, потом поделюсь результатами, может быть вам будет интересно.