Измерение ёмкости в тяжёлых условиях Опции

[Altemir]

Здравствуйте.
Стоит задача - добавить в готовое устройство с ограниченными габаритами печатной платы схему измерения ёмкости в условиях промышленных помех с длинными линиями.
Требования могут быть скорректированы, но базовые таковы:
1. Диапазон измеряемых емкостей 10нФ...10мкФ, разрешение в 1нФ, относительная погрешность 2%
2. На линии присутствуют помехи промышленной частоты (может наводиться, если честно, всё что угодно, спектрограмму сейчас привести сложно), среднеквадратичное значение в диапазоне до 1500Гц может достигать 18..45В
3. Внешние конструктивные и организационные методы защиты от помех на линии использовать нельзя
4. Измерения производятся недифференциальным методом (один провод до объекта длиной несколько километров и заземление)
5. Желательно уложиться в габариты без источников питания и CPU: 20*20мм с обеих сторон ПП
6. Время измерения должно быть в пределах 20...40сек
7. Необходима защита от попадания с линии высоких напряжений до 300В амплитудного значения
8. Последовательно со схемой измерения ёмкости в линии стоит резистор номиналом 5.6кОм 1%, обойти который нельзя.

Номинально измеритель ёмкости в приборе уже присутствует, используется заряд постоянным током (напряжение 150В) и метод оценки напряжения по двум точкам экспоненты. Ведётся несколько измерений, затем выбирается значение после медианной фильтрации. Помехоустойчивость низкая, естественно: реальное значение от измеренного может отличаться в 2-3 раза при большом наведённом напряжении.

Как вариант рассматривается схема измерения на переменном токе с сеткой частот, например: 3, 13, 33, 133Гц. Использовать какой-нибудь малогабаритный ЗЧ-усилитель, есть CPU типа LPC1768 с ЦАП-ом на борту, который можно подключить к усилку для генерации синусоид. АЦП можно взять от того же CPU, либо есть двуполярное внешнее 12bit 250kSps. Оценить значение ёмкости на переменном токе можно через реактивное сопротивление. Выделить нужную частоту и отсечь помехи полосовым фильтром математикой ЦП тоже можно. Решение ли это? Есть ли ещё какие варианты?

[Евгений Германов...]

Здравствуйте.

1. Диапазон измеряемых емкостей 10нФ...10мкФ, разрешение в 1нФ, относительная погрешность 2%
4. Измерения производятся недифференциальным методом (один провод до объекта длиной несколько километров и заземление)

1 провод в несколько километров даст ёмкость в 10нФ и более. Мне кажется нужна калибровка. От электриков я слышал о блуждающих токах. А если такой ток приблудится? Сопротивление земли вещь непостоянная, я ещё мягко выразился.

[ASZ]

1 провод в несколько километров даст ёмкость в 10нФ и более. Мне кажется нужна калибровка. От электриков я слышал о блуждающих токах. А если такой ток приблудится? Сопротивление земли вещь непостоянная, я ещё мягко выразился.

+1.
Боюсь, для таких расстояний схему придется разбивать на две части: собственно измеритель с передатчиком и девайс с приемником.
Блуждающие токи (особенно их постоянная составляющая) штука совершенно непредсказуемая. Зависит и от наличия силовых кабелей, и трамвайной линии, и от системы гальванозащиты от коррозии трубопроводов, и т.д. и пр.
Как смотрите на преобразователь емкость/частота? Питание можно подавать по тому же проводу.

[Microwatt]

Как смотрите на преобразователь емкость/частота?

Хм... та же мысль первой и последней приходит в голову.
Простой релаксационный генератор на ОУ с емкостью линии , как частотозадающей. При рациональном построении схемы последовательные 5кОм уберутся, учтутся, мало повлияют. 2% точности - вполне подъемно для рядовых компонентов.
Все наводки сторонние убираются усреднением частоты (периода) за время измерения. Времени вроде хватает. И частоту генерации хорошо бы вне основного спектра помех. Даже вроде модельку прогнал сгоряча. Калибровать, сдвигать, масштабировать - есть чем, программисты это решат.
Главное - не пересолить, не переперчить, не перемускатить кварцами, ЦАПами и гироскопами.

[MaslovVG]

Хм... та же мысль первой и последней приходит в голову.
Простой релаксационный генератор на ОУ с емкостью линии , как частотозадающей. При рациональном построении схемы последовательные 5кОм уберутся, учтутся, мало повлияют. 2% точности - вполне подъемно для рядовых компонентов.
Все наводки сторонние убираются усреднением частоты (периода) за время измерения. Времени вроде хватает. И частоту генерации хорошо бы вне основного спектра помех.

Все бы хорошо но генераторы имеют свойство синхронизироваться внешним сигналом и может генерить на гармониках помехи.