банальное измерение частоты, как точно измерить скорость вращения ротора Опции

[xin]

уважаемые гуру, помогите, пожалуйста, советом в решении следующей задачи
есть ротор турбины, он вращается с высокой скоростью - порядка 1500 об/с
единственный источник получения информации - датчик вращения, который представляет собой катушку над ротором, в которой возбуждается ЭДС от магнитного поля восьмигранного сердечника.
Т.о., имеем почти синусоиду (в силу наличия биений форма сигнала искажается, и возникают дополнительные гармоники) частотой порядка 12 кГц. К сожалению, исторически сложилось, что модифицировать конструкцию невозможно совершенно - турбины поставлены в серию, т.е. задача только в сборе информации с этих датчиков и ее интерпретации (все турбины объединены в блоки по 10 штук)

И, собственно, вопрос - как в моей ситуации правильно измерить эту самую скорость вращения? Требуемая точность - не хуже 0,01 Гц, амплитуда сигнала - порядка 1 В, время измерения - порядка 100-200 мс. Фактически, 95% времени нужно измерять скорость вращения именно на уровне 1400-1500 об/с, однако оставшееся время - при разгоне и торможении - измерение также необходимо, допустимо только слегка загрубить точность. (Это к возможности реализации разностной схемы регистрации)

Форум листал, и в одном из топиков нашел утверждение, что детектирование прохождения через нуль с последующим усреднением - это совсем по-пэтэушному самое смешное, что нынешние приборы для регистрации именно так и работают. Вариант с БПФ для каждой машины тоже где=то назвали решением "по-программистски, в лоб", т.е. с бесцельным растрачиванием вычислительных ресурсов. И можно ли выделить гармонику с такой точностью в нужном мне временнОм диапазоне?

заранее спасибо

[scifi]

...имеем почти синусоиду (в силу наличия биений форма сигнала искажается, и возникают дополнительные гармоники) частотой порядка 12 кГц.
...Требуемая точность - не хуже 0,01 Гц

Минуточку. 0,01 Гц на 12 кГц - это точность порядка 10^-6. Ничего не путаете? Даже кварц у Вас на плате такой точности не имеет.

...время измерения - порядка 100-200 мс
...детектирование прохождения через нуль с последующим усреднением - это совсем по-пэтэушному самое смешное, что нынешние приборы для регистрации именно так и работают.

Подсчёт числа импульсов с частотой около 12 кГц за 100 мс даст около 1200 импульсов. Погрешность отсчёта (+/- 1 импульс) даёт точность порядка 10^-3. Такая точность больше похожа на правду.
Вы сначала разберитесь со своими требованиями.

Форум листал, и в одном из топиков нашел утверждение, что детектирование прохождения через нуль с последующим усреднением - это совсем по-пэтэушному

А по-пэтэушному - это хорошо или плохо?
Если Вы свои инженерные решения таким сомнительным образом будете обосновывать, то ничего хорошего не получится.

[asdf]

Минуточку. 0,01 Гц на 12 кГц - это точность порядка 10^-6. Ничего не путаете? Даже кварц у Вас на плате такой точности не имеет.

Подсчёт числа импульсов с частотой около 12 кГц за 100 мс даст около 1200 импульсов. Погрешность отсчёта (+/- 1 импульс) даёт точность порядка 10^-3. Такая точность больше похожа на правду.
Вы сначала разберитесь со своими требованиями.

Если измерять не частоту, а период с заполнением частотой более 200мГц, то заявленная точность достижима.
В этом случае вопрос только в возможности уменьшения ошибки из-за негармоничности сигнала.
В принципе, важно как возбуждается гармоника - синхронно с основной частотой или плавает.
Это и амплитуда гармоники и будет определять потребное количество периодов усреднения.
Аналогичная тема (измерение частоты КГ с высокой точностью за малый промежуток времени) весной прошлого года уже обсуждалась, там обсуждались и разные варианты решения.
Правда, использование для решения задачи БПФ - там не обсуждалось.

[Tanya]

Если измерять не частоту, а период с заполнением частотой более 200мГц, то заявленная точность достижима.

scifi правильно все описал, за исключением того, что +/- один период это грубовато. Вполне возможно и точнее, но в любом случае точность будет определяться опорным кварцем.
Измерять нужно 8*N периодов. Если сигнал с датчика близок к синусоиде, то грубо можно оценить погрешность, определяемую jitterом компаратора от 1/20 до 1/100 периода. Так что 10^-5 правильная верхняя оценка, согласующаяся с кварцем. И 200МГц - не нужно, хватит и 5-10.
Но что можно сказать про интерпретацию результата одиночного измерения длительности 1024 периодов для реальной турбины? Много разного...

[asdf]

scifi правильно все описал, за исключением того, что +/- один период это грубовато. Вполне возможно и точнее, но в любом случае точность будет определяться опорным кварцем.
Измерять нужно 8*N периодов. Если сигнал с датчика близок к синусоиде, то грубо можно оценить погрешность, определяемую jitterом компаратора от 1/20 до 1/100 периода. Так что 10^-5 правильная верхняя оценка, согласующаяся с кварцем. И 200МГц - не нужно, хватит и 5-10.
Но что можно сказать про интерпретацию результата одиночного измерения длительности 1024 периодов для реальной турбины? Много разного...

Таня, Вы не совсем правы. До тех пор пока автор не указал вид и амплитуды гармоник, нельзя катигорично говорить, что хватит 5-10 мГц.
Может и двухсот не хватить.
Ну а КГ со стабильностью 10^-6 - не такая уж и проблема.
Компараторы - у многих достаточно дешевых - J<100pS.
Другое дело, что получить разрешение 10^-6 при входном синусе 1V, без фильтрации практически невозможно.
И, действительно, нужна ли в данном случае точность 0.01Гц?

[Tanya]

Таня, Вы не совсем правы. До тех пор пока автор не указал вид и амплитуды гармоник, нельзя катигорично говорить, что хватит 5-10 мГц.
Может и двухсот не хватить.
Ну а КГ со стабильностью 10^-6 - не такая уж и проблема.
Другое дело, действительно, нужна ли в данном случае точность 0.01Гц?

Ну, что Вы... Ради Бога... Гармоники... они тут привязаны...не волнуют. Компаратор... шумы.. + непредвиденное...
Точнее сотой периода воспроизводимость (мне так видится...) тут не получить. Отсюда и цифры...