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?

[Altemir]

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.
...
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.

В моём случае ёмкость линии учитывается в измерениях, т.к. включена в состав измерений: более-менее постоянная величина в пределах нескольких часов - точно, значение этой ёмкости может достигать и единиц микрофарад.
Блуждающие токи? Силовые кабели рядом и мощные нагрузки? Да, это как раз тот случай Приёмник и передатчик разделять нельзя.

Преобразование ёмкость-частота и включение измеряемой ёмкости в частотозадающую цепь генератора - думал об этом, но помехоустойчивость будет никакая, как мне кажется. Наведённое напряжение может вызвать срыв генерации, выведет ОУ в режим насыщения, если совсем не убьёт схему. К тому же следует помнить, что один конец частотозадающей ёмкости заземлён.

2 Tanya
Сейчас занялся моделированием как раз, как доделаю, сообщу. Пока интересует ещё ряд вопросов:
1. Используя интегратор для моего случая, как я понимаю, скорее всего придётся разбивать диапазон на три декады -> три значения ёмкости интегратора (или два-три интегратора), которые придётся коммутировать ключами с малой утечкой. При использовании IVC102 придётся ли использовать внешние конденсаторы или достаточно встроенных и можно поиграться временем интегрирования?
2. Не получится ли схема с интегрированием эквивалентом уже используемой (описал выше)? При этом добавляется ФНЧ: заряжаем неизвестную ёмкость до известного напряжения, разряжаем на известное сопотивление с фильтрацией верхних чатот. В этом случае, в зависимости от значения неизвестной ёмкости следует перестраивать ФНЧ и защищённость от разных спектральных составляющих будет меняться от измеряемой ёмкости. Т.е. в области малых емкостей - ВЧ часть помехи влияет, в области больших емкостей - НЧ часть. Бред тогда получается с таким эквивалентом.
3. В целом, помехоустойчивее ли предложенный Вами вариант варианта, который предложил я в начале поста?