Всем привет, столкнулся с такой проблемой..:
Имеется индуктивный датчик, индуктивность которого нужно измерять(100мкГн - 10мГн). Причём требуется производить измерения в относительно широкой, хотя и низкой полосе частот 1Гц...10кГц. Для реализации этой задачи я решил, формировать в индуктивности ток и измерять падение напряжения на ней, схема ГТУНа внизу. Собственно когда на входе преобразователя лабораторный генератор Г3-112 то проблем нет, на выходе чистая синусойда, а вот когда вместо Г3-112 подключаю выходной сигнал с DDS то, получается жуткая картина, кривая синусойда с "шумами" в половину амплитуды сигнала.
В pdf't на ad9834 на странице 16 нарисован спектр, согласно которому паразитные гармоники в выходном сигнале начинаются с частоты fclk - fsin, клок у меня 25МГц, максимальная частота синусойды 10кГц, т.е. я считал, что отфильтровав всё от 1Мгц фильтром 3-4ого порядка я полностью избавлясь от проблем.
На практике оказалось, что в спектре присутствуют гармоники, недалеко отстоящие от частоты полезного синусоидального сигнала; скорее всего, кратные ему, ...проблема заключается в том, что напряжение на индуктивности пропорционально частоте, т.е. паразитные высокочастотные гармоники во входном напряжении порождают такие же гармоники тока в индуктивности, и в напряжении на индуктивности весь этот шум усиливается в разы(сотни тысячи раз) пример на рисунке внизу, показано что может получиться из красивого синуса с частотой 1Гц, амплитудой 1В, если к нему прибавить гармонику 1мВ 1кГц. Собственно вопрос как уменьшить спектральный состав "синусойды" на выходе DDS?

Для начала заменить синусойду на синусоиду.

Наверное, 1МГц - высокая частота среза Low-Pass фильтра для синуса в 10КГц. И стоило бы применить фильтр с перестраиваемой частотой среза, пропорциональной фильтруемой частоте. Таких много у Максима, например.

Макет уже не первый, на втором делали перестраиваемый дискретно фильтр 50Гц 500Гц 5кГц 50кГц. Проблема оказалась в том, что измерения на частоте скажем 10Гц, при включённом фильтре на 50Гц и на 500Гц не совпадают, трудно получить правильную зависимость индуктивности от частоты; при использовании фильтров, на этой кривой получаются выбросы. Поэтому всё-таки хочется улучшить сигнал с выхода DDS, возможно этого удастся достичь, используя более точный генератор тактовых импульсов или попробовать поиграться с его частотой...

А не проще было бы измерять резонансную частоту контура, образованного вашей индуктивностью и некой емкостью,
как это делается в некоторых измерителях RLC.
С цифрой работать легче и алгоритмы известны.
Обошлись бы без сложных аналоговых и АЦ наворотов.

Для таких низких частот и жестких требований к качеству сигнала имеет смысл применить 14-16ти разрядный ЦАП с частотой дискретизации более 30кГц и последующим ФНЧ.

..имхо можно обойтись одним ФНЧ , но с большим порядком .

http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp...008,C1148,P1764

Такой фильтр большие по размерам но характеристики получше.

http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp...008,C1148,P2059


или у максима :

http://para.maxim-ic.com/en/search.mvp?fam...mp;tree=filters

Фишка в том, что индуктивность получается частотнозависимой, и надо именно измерить её для каждой частоты в дипазоне 1Гц-10кГц. Поэтому контур не подходит(


идея хорошая, наверное можно попробовать взять DDS c 14ю битным цапом, или думаете лучше ваять свой генератор на контроллере + отдельный ЦАП?


Я по напутствиям Herz уже склоняюсь попробовать использовать фильтр на переключающихся конденсаторах, может и лучше будет, но думаю что там точно такиеже проблемы со спектром как и у DDS, такой же клок, теже нелинейные искажения... а просто увеличить порядок фильтра, который всё выше 10кГц бы резал, наверное можно, спасибо

Да и контроллер не обязательно. Я для схожей задачи брал кварцевый генератор с программируемым делителем, таблицу синуса записывал в ПЗУ (причём у меня там два синуса, сдвинутые по фазе, фаза второго тоже выбиралась переключением таблиц), на выходе ставил ЦАП типа DAC904 и фильтровалось это легко. Вполне приличный синус получался.
А DDS-ы как-то не люблю....
Вот ещё приятель как поступал, давно уже было:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

В то время (~12 лет назад) использовали МК с таблицей синуса и мелкую CPLD. В качестве ЦАП был 16-ти разрядный PCM56(P?).

А нельзя ли наоборот: задавать напряжение, а измерять ток...?
Можно амплитуду изменять, чтобы ток получился примерно одинаковым...
Током в индуктивности управлять трудно, а напряжением - легко.

Проблема состоит в том, что реальная катушка имеет сопротивление. Например, 100мА переменного тока частотой 10Гц, через катушку индуктивностью 5мГн и сопротивлением 2 Ома, создадут падение на индуктивности 6.28*100мА*5мГн*10Гц= 0.0314В а на сопротивлении 2*0.1 = 0.2 В, разница в порядок(
Для компенсации внутреннего сопротивления я использую тот факт, что падение напряжения на внутреннем сопротивлении у меня пропорционально входному напряжению (падение = ток на сопротивление, а ток пропорционален входному напряжению), коэффициент пропорциональности не зависит от индуктивности, я просто подбираю коэффициент и вычитаю умноженный на этот коэффициент входной сигнал, см. рис.
А с напряжением такой фокус не проходит, ток через внутреннее сопротивление в этом случае зависит не только от входного напряжения, но и от индуктивности которую нужно померить, не получается сделать простую(да и сложной не придумал) схему компенсации внутреннего сопротивления.

Не въехал, не получилось... А нет возможности на время подать постоянное напряжение, померить ток, вычислить внутреннее сопротивление, а затем перейти к измерению индуктивности на переменном?

Даже и не нужно ни того, ни другого, ни третьего. Падение напряжения на резистивной составляющей можно вычесть. Можно поддерживать (медленно) амплитуду. Задача сводится к предыдущей. Получится все по задумке автора.

Время есть, я могу вычислить сопротивление, но что мне с ним делать? не зная индуктивности, я не знаю тока через него и не знаю падения, т.е. не знаю что вычитать. Внизу привёл примеры для моей схемы с вычитанием и без и для варианта с подачей напряжения и измерением тока. В диапазоне 1Гц - 10Гц напряжение в моём варианте без компенсации практически не зависит от индуктивности, т.е. я не могу с той же точностью измерять индуктивность как скажем в диапазоне 10Гц-100Гц. Вариант с вычитанием позволяет получить одинаковую точность измерения индуктивности во всём диапазоне частот, к примеру, измеряя индуктивность на одном герце я могу усилить падение 20 мВ, которое ему соответствует на графике, до скажем 200мВ и без проблем оцифровать это цапом, без компенсации там не 20мВ, а один вольт и усиливать его уже некуда. Справа привёл вариант с измерением тока, как можно, зная сопротивление датчика, выпрямить участок 1Гц-10Гц!?

Как что делать? Именно вычитать, чтобы получить в каждом измерении на переменном токе значение индуктивности. Омическое сопротивление ведь от частоты не зависит.
А зачем "выпрямлять" участок? Его наклон и характеризует величину индуктивности, разве нет? Кроме того, линейность этого участка свидетельстует об отсутствии зависимости индуктивности от частоты, по-моему.

На схеме стоит идеальная индуктивность последовательно с резистором, естественно она не зависит от частоты.

на последнем рисунке в предыдущем посте, справа показана зависимость тока через индуктивность с резистором от частоты при подаче на них переменного напряжения. Этот ток равен E/(R+jwL) если R равно нулю то в логарифмическом масштабе по оси частот это просто прямая с наклоном который соответствует индуктивности. Если R не равно 0, то получается загиб этой прямой в области низких частот. Взгляните на график, он линеен например в диапазоне частот 100Hz - 1MHz, но в диапазоне 1Гц-10Гц, он уже не является той же прямой с тем же наклоном, именно про этот диапазон я и писал, что для измерений нужно этот участок сделать такой же прямой какой он является в области высоких частот. Пример этого я привёл со своей схемой(на рисунке слева), вычитание сигнала избавляет меня от влияния резистора на низких частотах - график превращается в прямую линию с конкретным наклоном.

я рассматриваю вариант с применением источника напряжения и измерением тока, он бы меня избавил от высокочастотного шума, который я вытягиваю своим преобразователем напряжение-ток. Допустим я знаю, что сопротивление индуктивности 2Ома, произвожу измерение на частоте 10Гц, подаю на датчик напряжение E, падение на резисторе равно E*2/(2+j2*pi*10*L), L - я не знаю, как мне вычесть это падение???

AD5933 не пробовали?

Если имеется ввиду, что можно измерить общее Z и просто вычесть из него 2 ома, то тогда сильно страдает точность, на 10Гц падение на резисторе в 10 раз больше падения на индуктивности, а на 1Гц уже в сто раз, т.е. допустим я измеряю ток через датчик на 1Гц и пусть на сопротивлении падает 1Вольт! тогда на индуктивности 10мВ, в сумме ~1В, я этот вольт могу измерить например 10битным ацп с точностью до 1мВ, т.е. те 10мв я оцифрую с точностью 10%, а на частотах >100Гц 0.1% Индуктивность, которую я измеряю, меняется в пределах 30%, поэтому мне нельзя терять точности, сори что ненаписал про точность раньше.


Ой, какая штука!!! Нет не пробовал, спасибо, пойду почитаю внимательно, .. и стоит не дорого


Она туже схему с напряжением использует, т.е. теже проблемы с точностью на низких частотах, плюс у меня импеданс от 2х ом, а там от 1к, правда пишут, что это можно поправить буфером, вообще конечно заманчиво, что это всего одна микросхема....

Только щас до конца осознал идею!!! Вначале подумал, что получается тот же источник тока, что и у меня с теми же проблемами, а теперь прозрел!!! понял, что понижая сигнал на низких частотах, я буду понижать все гармоники в спектре одинаково, и не буду усиливать высокочастотные составляющие. Tanya это гениально!!!) спасибо!!! наверное так и сделаем

..)рано обрадовался, получается очень медленный способ измерения, на герцах нужно сначала ждать несколько периодов чтобы ток продетектировать, а потом столько же чтобы напряжение померить

Зачем изобретать велосипед?
Гляньте соседнюю тему "Почему это называется autobalancing bridge" - это схема классического LCR метра.
Подавайте напряжение с DDS (а лучше со звукового ЦАП) на индуктивность и получайте ток с подавленными гармониками DDS, а меряйте напряжение с выхода ОУ.

Ну... Вы преувеличиваете. На низких частотах основной вклад - резистивная компонента - амплитуда должна быть постоянная... почти.
А что, как и с какой точностью Вы хотите измерять? Чем (каким способом) Вы сейчас это делаете?

Их наверное не зря от 1Гц не делают, не получится ..вроде...в такой схеме на 1ом герце точно измерить мою индуктивность, писал же выше про то, что реактивная часть измеряемого Z в 100 раз меньше активного.


Делаю прибор для измерения толщины металла, металл является частью магнитопровода причём от частоты меняется глубина проникновения поля в метал, соответственно меняется индуктивность т.к. меняется сечение магнитопровода. Индуктивность при изменении частоты меняется в пределах 30 %, сама индуктивность лежит в пределах 1мГн - 10мГн. Хочется мерить с точностью ~0.5%. Сейчас контроллер управляет dds сигнал с которого через управляемый аттенюатор поступает ко мне на преобразователь напряжение/ток , напряжение с датчика усиливается и оцифровывается. Искомая индуктивность пропорциональна коэффиценту аттенюатора, напряжению на индуктивности и обратнопропорциональна частоте, всё, - так и мерим.

Непонятно, почему Вы жалуетесь на медленность. Если Вы оцифровываете, то явно не по одному периоду.
Что тут можно посоветовать...
Сделайте аналоговый генератор - не будет ступенек. Можно сделать разными способами. Самый простой: пила - синусоида (см Титце с Шенком).
Вычитайте сигнал равный падению напряжения на резистивной части датчика - (шунт + ОУ) - получите почти то, что хотите. Плохо, что от температуры будет зависеть. А не проще будет подавать прямоугольник с частотой 1 Гц?

Думал я над этим) при эмуляции сигнал не менее кривой получается чем от ступенек( а никакого другого аналогового генератора, который бы быстро перестраивался в районе герц я не придумал.

Если напряжение подавать на датчик, то не волнует это сильно.
Вот так и не сказали... Вы амплитуду только измеряете (получаете, хотите...), или и ток, и напряжение от времени?

если напряжение, то и c DDS проблем не будет.

Раньше интересовала только индуктивность, с моим генератором тока для этого было достаточно измерить только амплитуду напряжения на датчике, ...)но контроллер всё равно оцифровывал полностью несколько периодов. Сейчас я хочу ещё и сдвиг по фазе между напряжением и током мерить

А как Вы думаете, сколько периодов нужно ждать, что бы начать измерять амплитуду?

Вопрос хороший, на практике(с генератором тока) мы увидели, что в принципе достаточно 1/4 периода. на частотах до 10Гц измеряем одним периодом, с ростом частоты количество периодов увеличиваем, для повышения точности, так как эти периоды уже мало влияют на быстродействие.

Неотключаемые ФВЧ есть только в самых дешевых кодеках.

И чем Ваша схема лучше?

А можно просто мерять комплексное сопротивление на фиксированной частоте, где мнимая часть и будет индуктивностью.
И аудио АЦП и ЦАП для этого вполне достаточно.

В моей схеме я могу померить теоретически даж на 1 мГц индуктивность с тойже точностью что и на 1кГц. Ну линия у меня прямая в децибелах)) ну в первом посте же всё расписывал, ну вычетается у меня сопротивление внутреннее, на выходе моей схемы напряжение равно напряжению непосредственно на индуктивности, на 1Гц это например 20мВ, на 1мГц это 20 мкв и я эти 20 мкв могу усилить, до диапазона АЦП... а Вы!) с Вашим напряжением не можите!!!)) потому что у Вас на выходе схемы при 1Гц, а тем более при 1'ом мГц, напряжение пропорциональное току через резистор!!!!(E/R+jwL R>>wL) и никаких 16 разрядов нехватит чтоб чётко отловить 20мкв от вольта который будет у Вас!!! ток с накоплениями если токо...

п.с.
Я уже сам склоняюсь к этому!) Думаю, просто использовать провод для намотки датчика диаметром пару мм, и проблема видимо отпадёт)

А по подробнее о методе измерения можно.

Измерение фазового сдвига Sin, точность лучше 0,01градуса.

Определение фазы "НЕДОДИСКРЕТИЗИРОВАННОГО" сигнала

Неужели?
Что-то Вы путаете.
Можете привести "теоретические" рассчёты?

Ну сравнивать, вероятно, надо в одинаковых условиях?
Т. е. при одинаковой зондирующей мощности и при одинаковом времени измерения, а также при одинаковых шумах усилителей.

...можно. Представьте себе П образный сердечник установленный на стальной лист. Сечение сердечника допустим 3см, толщина листа 10мм. на сердечник намотана обмотка. Пробуем измерить индуктивность на частоте 10кГц. Поле в сталь не проходит, толщина скин слоя микроны. Получаем некое значение индуктивности, откладываем его на графике индуктивность/частота, уменьшаем частоту, глубина скин слоя вырастает, толщина стальной части магнитопровода вырастает, и соответственно вырастает индуктивность. Собственно она будет расти с уменьшением частоты пока сталь не закончится, по частоте на которой перестаёт расти индуктивность можно определить толщину!!!)) Вот так)


Я уже всё приводил. Лучше Вы расскажите как померить 5мГн + 2Ома, на частоте ..,пускай 1Гц, если вы не ограничетесь фразой померить z и вычесть из него 2 ома, Вы меня поймёте...

Вам вправду нужно? Или сами знаете? А с какой точностью? И за какое время?

У Вас там спектр наверное, и вы для каждой составляющей так фазу измеряете ? - Просто у меня синус на входе, синус на выходе, вроде бы фурье лишнее, сейчас у нас идея оцифровывать входной и выходной сигнал, производить свёртку с функцией sin(wt) и находить в ней первый максимум, разница по времени этих двух максимумов даст временной сдвиг между сигналами, по которому можно вычеслить фазу.

...в принципе, сам знаю. За один период, с точностью 0.5%

Не нашел.

Примерно так:
Формируете чистый синус ЦАПом, через усилитель с мощным выходом, но малым Кни подаёте на Ваш датчик.
Уровень не слишком большой, 50 - 100мВ чтобы не проявилась тепловая нелинейность, которая из-за инерции даст паразитную комплексную составляющую. Уровень зависит от теплоёмкости Вашего датчика.
Другой выход датчика - ко входу инвертирующего усилителя, выходное напряжение порядка 1В для согласования с АЦП.
Один канал АЦП оцифровывает входное напряжение, другой - выход инвертирующего усилителя, данные пишутся в буфер.
ЦАП и АЦП должны иметь общую опору и синхронизироваться от одного генератора.
Всё должно быть откалибровано по комплексному коэффициенту передачи относительно одного из каналов АЦП (и периодически автоматически калибровать).
Частота дискретизации чем выше, тем лучше, но выше 48кГц повышать смысла нет.
После записи данных делаете свертку каждого канала с синусом и косинусом (см. ссылки blackfinа).
Получаете значения напряжения и тока в комплексной форме.
После корректировки по результатам калибровки вычисляете Z и индуктивность.

] 100мВ, 1Гц напряжение на датчике, => ток равен 100мВ/(2+j*6.28*5m)
1) Попробуем померить без измерения сдвига по фазе
|I|= 100mV/(sqrt(4+0.00098596))=49.99383888мА умножим это резистором 10 Ом на 10, получим напряжение на входе АЦП 499.9383888мВ, проделаем тоже самое для индуктивности в 2 раза меньшей, получим цифру 499.98459508, берём 12 битный ацп 1В/4096 = 0.244мВ погрешность, теперь ещё раз:
499.938 мВ - это 5мГн
499.984 мВ это 2.5мГн
а оцифровать это можно только с точностью 0.244мВ , а 5мГн нада померить с точностью 0.5%
для фаз позже распишу) ....если нада...

А если еще добавить вычитание падения напряжения на активной компоненте катушки...
Примерно так - последовательно с катушкой - шунт. С него усиленное напряжение подается через резистор на суммирующий усилитель, на второй вход которого - напряжение с катушки + шунта. Что мы выигрываем? Большие сигналы вычитаются и не перегружают вход. Фактически, получается мостовая схема. Далее синхронный детектор или то, что Вы предлагаете. Разогрев не будет влиять. Почти.
Только не нужно забывать, что кусок синусоиды не совсем то, что синусоида. Постоянная времени... ну, все знают. Возможно, можно подавать ступеньку... меандр... пилу..

Может быть, глупость скажу, но тем не менее... А обязательно делать измерения на синусоидальном токе ? Может быть, сделать RL-генератор, и, меняя сопротивление, измерять частоту на выходе генератора ?

не понял идеи, RL - это тот, где, например, инвертирующий усилитель и в обратной связи 3и RL цепочки? По аналогии если вставить мою индуктивность в контур колебательный, то получится хитрая схема с параметрической индуктивностью, я думаю частота резонансная будет плавно размазана от значения 1/2pi*sqrt(LmaxC) до 1/2*pi*sqrt(LminC), т.е. сложная штука по которой я своей зависимости индуктивности от частоты вроде бы не получаю, а тут ещё хитрее сигнал получится. Вроде бы мне логичнее всё-таки измерять в лоб, без дополнительных преобразований.

Тогда уж лучше настоящую мостовую или полумостовую схему.
Использовать ещё один точно такой же датчик включённый последовательно с измерительным.
Это даст компенсацию тепловых нелинейностей и позволит поднять чувствительность за счёт увеличения мощности.
Ведь автору реально надо мерять не индуктивность, а её изменения.
Ну а если он очень захочет мерять именно индуктивность, то вспомогательный датчик можно намотать безиндуктивно.
Большие сигналы опасны тепловыми эффектами, а не перегрузкой входа, у аудио АЦП динамического диапазона вполне достаточно.

Я не знаю, не понял.
Или Вы о переходном процессе в начале сигнала?


Возьмите 24-битный АЦП.

Нет, схема будет не резонансная. Ну вот как есть RC-генераторы, так никто не мешает сделать и RL (применяется, например, в феррозондовых магнетометрах). Причем R можно изобразить и посредством DAC (ради стабильности, а то, может быть, хватило бы и "электронного потенциометра").

Настоящий мост с реактивной компенсацией сложновато делать. Да и не нужен он тут. А уж если делать, то совсем не так, как Вы предлагаете - именно индуктивный датчик с такой же обмоткой и таким же сердечником. Только без образца. Или даже с образцом.
А тепловой эффект... не в той фазе живет.

Этот процесс... в данном случае нельзя назвать переходным - автор хочет на одном периоде измерять... а Дюамель не дает еще...

если через идеальную индуктивность соеденённую последовательно с любым резистором, начать пропускать линейно нарастающий ток, то мнгновенно напряжение на индуктивности подскочет в некое значение, по которому однозначно, можно определить эту индуктивность...в разумных пределах, в принципе, сколь угодно быстро


..а с шумами чего делать?

Именно это я и предложил.


При частоте 1Гц уже будет заметно.
Я когда-то делал звуковик на мосте Вина с лампочкой в АРУ, так при 10Гц уже были видны искажения на осциллографе.

Некоторый запас потребуется, конечно, или оконная функция.


С какими шумами?

Вот и начните пропускать сей ток, понемногу открывая пропускатель, а ежели индуктивность окажется небольшой, открывать можно побыстрее.

Весь вопрос в том, сможете ли Вы это осуществить - линейное нарастание тока, начиная с нуля... и сколь угодно быстро.
И подскочИт НА некоторое значение...
А на резисторе ведь будет тоже нарастание.


Неправа.

А тут Вы неправы. Вот оценила. При плотности тока в обмотке 1А/мм^2 скорость роста сопротивления будет около 1.5*10^-5 в секунду в начальный момент. Подозреваю, что автору большие токи не нужны - он же не хочет насыщать свое железо...
А при питании переменным током будет гармоника на удвоенной частоте.