Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
W2 Usługi badań i pomiarów
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Pomiar drgań czujnikiem ADXL

01 Mar 2012 23:40 8250 56
  • Poziom 10  
    Witam,

    aktualnie buduję urządzenie do pomiaru drgań z wykorzystaniem akcelerometru ADXL325, a dokładniej płytki EVAL-ADXL325Z oraz płytki ewaluacyjnej z mikrokontrolerem LPC2378.

    W internecie zatknąłem się na podobne projekty, w których korzystano z innych czujników (ale także z analogowym wyjściem napięciowym) i kontrolerów takich jak PIC i AVR.

    Tam wyjście czujnika podłączone było bezpośrednio do przetwornika ADC mikrokontrolera. Sam też tak zrobiłem, ale muszę jeszcze skalibrować pomiar.

    Zastanawiałem się jednak, czy po zamontowaniu akcelerometru na jakimś urządzeniu/elemencie przemysłowym tj. silnik, łożysko itd. w celach pomiarowych, układ nie będzie wymagał dodatkowych elementów kondycjonujących.

    W poszukiwaniu wszelakich rozwiązań natknąłem się na schematy ideowe znanej zagranicznej firmy zajmującej się m.in. produkcją akcelerometrów piezoelektrycznych. W owym schemacie były dodatkowo, oprócz czujnika i przetwornika, wymienione takie elementy jak przedwzmacniacz, filtr (pasmowo-przepustowy), wzmacniacz i ewentualnie układ wyznaczający wartości: skuteczną i szczytową przyspieszenia drgań.

    Analizując wybrane rozdziały "Układów półprzewodnikowych" Tietze'go i Schenk'a oraz dostępne rozwiązania na niektórych stronach, zrobiłem własne schematy ww. elementów. Poniżej przedstawiam screeny.

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL


    Jak myślicie, czy tak rozbudowany układ nie jest "strzelaniem do muchy z armaty" ?
  • W2 Usługi badań i pomiarów
  • Poziom 43  
    Najpierw ustal co Ci jest potrzebne, bez tego nie ma co się zastanawiać.
    Zbierz potrzebne dane: zakres czujnika, poziom szumów, składowa stała, pasmo, jakie parametry chcesz mierzyć, jakich zakłóceń się spodziewasz.
    Z tego ustalisz wzmocnienie, częstotliwość próbkowania, filtr antyaliasingowy itp.
  • Poziom 10  
    Zorientowałem się co do wartości kilku parametrów.
    Zakres: ~+/- 5 g (g ~= 9.81 m/s^2)
    Czułość: ~180 mV/g
    Składowa stała (zakładam, że chodzi o wartość napięcia przy zerowym pomiarze (0g)) : ~1.61 V

    Dodatkowo z noty katalogowej EVAL-ADXL325Z wiem, że pasmo na płytce jest już ograniczone przez kondensatory 0.1µF, czyli wynosi 50Hz. Wiedząc to, jestem wstanie wyliczyć poziom szumów, zakładając że filtr jest pierwszego rzędu. Wynosi on 250[µg/√Hz]*√(1.57*50Hz) ~= 2.21 mg .

    Jeśli chodzi o pomiar, to chcę mierzyć wartość skuteczną i szczytową przyspieszenia drgań.

    Zakłócenia - głównie z sieci, ewentualnie temperatura.

    Rozumiem, że jeżeli pasmo czujnika jest między 0.5 Hz a 50.5 Hz, to częstotliwość próbkowania powinna być przynajmniej 100-120 Hz. Jednak, zgodnie z zaleceniami jakie znalazłem w jednym z dokumentów, zastosuję próbkowanie przynajmniej 5 razy większe niż częst. graniczna fitru. Jako że w przetworniku ADC mikrokontrolera LPC2378 napięcie odniesienia wynosi 3.3V, wzmocnienie sygnału może zostać 1, czyli wystarczy zastosować zwykły wtórnik. Co do filtru, zastanawiam się czy nie ograniczyć pasma od dołu na 2Hz, a od góry na 50Hz.

    Czy przez dostosowanie wcześniejszych schematów do opisanych parametrów uzyskam dobry rezultat ?
  • Poziom 43  
    Cytat:

    Składowa stała (zakładam, że chodzi o wartość napięcia przy zerowym pomiarze (0g)) : ~1.61 V

    Czyli w połowie zakresu przetwornika - nie trzeba przesuwać.

    Cytat:
    Dodatkowo z noty katalogowej EVAL-ADXL325Z wiem, że pasmo na płytce jest już ograniczone przez kondensatory 0.1µF, czyli wynosi 50Hz. Wiedząc to, jestem wstanie wyliczyć poziom szumów, zakładając że filtr jest pierwszego rzędu. Wynosi on 250[µg/√Hz]*√(1.57*50Hz) ~= 2.21 mg .

    Policz poziom szumu kwantyzacji i porównaj z tym, z mojego oszacowania wynika z tego że 10bit przetwornik marnuje nieco z S/N akcelerometru.
    Więc wzmacnianie może mieć sens, jeśli nie zmienisz ADC.


    Cytat:
    Jeśli chodzi o pomiar, to chcę mierzyć wartość skuteczną i szczytową przyspieszenia drgań.

    Prościej i dokładniej policzysz to w programie, więc nie zastanawiaj się nad analogową realizacją. Na takim µC to i widmo (FFT) byś szybko policzył i dostał byś z tego więcej informacji.


    Cytat:
    Zakłócenia - głównie z sieci, ewentualnie temperatura.

    Czyli innych filtrów niż antyaliasingowy nie potrzeba (a w razie czego można zaimplementować filtr cyfrowy).

    Cytat:
    Rozumiem, że jeżeli pasmo czujnika jest między 0.5 Hz a 50.5 Hz, to częstotliwość próbkowania powinna być przynajmniej 100-120 Hz. Jednak, zgodnie z zaleceniami jakie znalazłem w jednym z dokumentów, zastosuję próbkowanie przynajmniej 5 razy większe niż częst. graniczna fitru.

    Dobre zalecenie, próbkowanie z częstotliwością bliską częstotliwości Nyquista, wymaga wysokiego rzędu filtru antyaliasingowego, im wyższe nadpróbkowanie, tym prostszy filtr. Choć przy 250Hz, filtr pierwszego rzędu to jeszcze za mało.
    Trzeba zaprojektować ten filtr i to jest jedyny układ jaki jest niezbędny.

    Cytat:
    Jako że w przetworniku ADC mikrokontrolera LPC2378 napięcie odniesienia wynosi 3.3V, wzmocnienie sygnału może zostać 1, czyli wystarczy zastosować zwykły wtórnik.

    Chyba że będziesz chciał zmierzyć małe sygnały i osiągnąć maksymalny S/N jaki daje akcelerometr.

    Cytat:
    Co do filtru, zastanawiam się czy nie ograniczyć pasma od dołu na 2Hz, a od góry na 50Hz.

    Możesz to zrobić cyfrowo - można zrobić lepszy filtr i łatwiej zmienić.

    Cytat:
    Czy przez dostosowanie wcześniejszych schematów do opisanych parametrów uzyskam dobry rezultat ?

    wzmacniacz na jednym tranzystorze - nie warto, jeśli już to na operacyjnym.
    przetwornik RMS - też nie warto.
  • Poziom 10  
    Cytat:
    Prościej i dokładniej policzysz to w programie, więc nie zastanawiaj się nad analogową realizacją. Na takim µC to i widmo (FFT) byś szybko policzył i dostał byś z tego więcej informacji.

    ...

    Możesz to zrobić cyfrowo - można zrobić lepszy filtr i łatwiej zmienić.

    ...

    przetwornik RMS - też nie warto.


    Zgadzam się - więcej funkcji mogę zrealizować programowo. Jeśli chodzi o transformatę FFT - rozważałem taką opcję, ale jako "rozbudowę" w późniejszym czasie.

    Zastanawia mnie jednak problem szumów.

    Cytat:


    Cytat:
    Dodatkowo z noty katalogowej EVAL-ADXL325Z wiem, że pasmo na płytce jest już ograniczone przez kondensatory 0.1µF, czyli wynosi 50Hz. Wiedząc to, jestem wstanie wyliczyć poziom szumów, zakładając że filtr jest pierwszego rzędu. Wynosi on 250[µg/√Hz]*√(1.57*50Hz) ~= 2.21 mg .


    Policz poziom szumu kwantyzacji i porównaj z tym, z mojego oszacowania wynika z tego że 10bit przetwornik marnuje nieco z S/N akcelerometru.
    Więc wzmacnianie może mieć sens, jeśli nie zmienisz ADC.


    Sugerując się znalezionymi w innym temacie wzorami na S/N, obliczenia dla ADC nie były trudne:

    S/N_ADC = 20*log(2^b) = 20*log(2^10) ~= 60 dB

    Jednak S/N akcelerometru sprawia mi mały problem...

    Przyjmując wcześniejsze obliczenia: poziom szumu wynosi ~2.215 mg

    Przy czułości 180mV/g, mamy 0.002215 g * 0.18 V/g = 0.0003987 V

    S/N akcelerometru obliczyłem tak:

    S/N_akc = 20*log(1.61V/0.0003987V) ~= 72 dB

    Czyli z tego wynikałoby, że ADC pogarsza pomiar...

    W jaki sposób można sobie z tym poradzić ?

    Abstrahując od wcześniejszych rozważań, tak na chłopski rozum:
    Jeśli zakres czujnika to ~+/- 5g, czyli 5g*~180mV = 900mV = 0.9V
    Składowa stała wynosi ~1.6V.
    Vref ADC = 3.3V

    Czy nie można byłoby przesunąć pomiaru do 0, a następnie wyliczyć wzmocnienia dla wzmacniacza ?

    Chodzi mi o to, że odejmę od składowej stałej minimalną wartość pomiaru z zakresu, czyli 1.6 - 0.9 = 0.7. Teraz środek będzie w 1.6V-0.7V = 0.9V. Następnie, maksymalny pomiar będzie wynosił w tym przypadku 0.9V + 0.9V = 1.8V.

    Wzmocnienie w tym wypadku będzie równe 3.3V/1.8V ~= 1.83

    Przy okazji, dziękuję za zainteresowanie moim tematem.
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Cytat:
    Sugerując się znalezionymi w innym temacie wzorami na S/N, obliczenia dla ADC nie były trudne:

    S/N_ADC = 20*log(2^b) = 20*log(2^10) ~= 60 dB


    Nie trudne, ale jeśli wzmacniacz będzie miał wzmocnienie 1, to nie wykorzystasz całej rozdzielczości a 1,8V/3,3V≈0.54 z niej (zakres napięć akcelerometru do zakresu napięć przetwornika) czyli 55dB.

    Cytat:
    Jednak S/N akcelerometru sprawia mi mały problem...

    Przyjmując wcześniejsze obliczenia: poziom szumu wynosi ~2.215 mg

    Przy czułości 180mV/g, mamy 0.002215 g * 0.18 V/g = 0.0003987 V

    S/N akcelerometru obliczyłem tak:

    S/N_akc = 20*log(1.61V/0.0003987V) ~= 72 dB


    Tak policzony szum (0.0003987 V) to jego wartość skuteczna, więc trzeba go porównać również z wartością skuteczną.
    Zakładając maksymalny sygnał 10g międzyszczytowo to dla sinusa 10g/2.8284*0.18V/g≈0.6364V
    więc
    S/N_akc =20*log10(0.6364/(3.987e-4))≈64dB


    Cytat:
    Czyli z tego wynikałoby, że ADC pogarsza pomiar...

    W jaki sposób można sobie z tym poradzić ?

    Abstrahując od wcześniejszych rozważań, tak na chłopski rozum:
    Jeśli zakres czujnika to ~+/- 5g, czyli 5g*~180mV = 900mV = 0.9V
    Składowa stała wynosi ~1.6V.
    Vref ADC = 3.3V

    Czy nie można byłoby przesunąć pomiaru do 0, a następnie wyliczyć wzmocnienia dla wzmacniacza ?

    Chodzi mi o to, że odejmę od składowej stałej minimalną wartość pomiaru z zakresu, czyli 1.6 - 0.9 = 0.7. Teraz środek będzie w 1.6V-0.7V = 0.9V. Następnie, maksymalny pomiar będzie wynosił w tym przypadku 0.9V + 0.9V = 1.8V.

    Wzmocnienie w tym wypadku będzie równe 3.3V/1.8V ~= 1.83

    Jest to sposób żeby odzyskać te 5dB, resztę można odzyskać
    1 stosując większej rozdzielczości ADC
    2 wykorzystując właściwości już zastosowanego oversamplingu możesz znacznie zwiększyć SNR.

    Przeczytaj notę MT-001 Analog'a bardzo dobrze opisuje co co jest process gain.
  • Poziom 10  
    Dziękuję za pomoc w obliczeniach. Trochę zawyżyłbym parametry tego akcelerometru ;)

    Dziękuję również za informację o nocie Analoga. Po jej przeczytaniu uświadomiłem sobie, że zetknąłem się z tym tematem ponad rok temu na cyfrowym przetwarzaniu sygnałów :]...


    Cytat:

    Jest to sposób żeby odzyskać te 5dB, resztę można odzyskać
    1 stosując większej rozdzielczości ADC
    2 wykorzystując właściwości już zastosowanego oversamplingu możesz znacznie zwiększyć SNR.


    Według mnie te 5 dB można byłoby odzyskać, stosując taki układ:

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Jeśli chodzi o resztę - rozważam obydwie opcje. Chociaż coś bardziej składania mnie, żeby zastosować przetwornik większej rozdzielczości (12 bit). Dodatkowo trzeba będzie zrobić komunikację z µP, więc nauczę się nowych rzeczy :)

    Reasumując: na "ścieżce", miedzy akcelerometrem a µP, widziałbym wtórnik, wyżej zamieszczony wzmacniacz, filtr antyaliasingowy (dostałem kiedyś próbkę od TI układu UAF42 - uniwersalny filtr aktywny, więc prawdopodobnie nada się tutaj) oraz 12-bit przetwornik ADC (zastanawiam się nad MCP3204).

    Mam nadzieję, że w ciągu tygodnia uda mi się ogarnąć to wszystko i wykonać schemat.
  • Poziom 10  
    Niestety, nie wykonałem jeszcze żadnego układu, gdyż koncepcja przechodzi lekką transformację...

    Jak pisałem w pierwszym poście, konstruuję przenośne urządzenie do pomiaru drgań. Zgodnie z normą PN-91/N-01355, mamy dwa oddziaływania drgań na człowieka - ogólne i miejscowe. Ogólne to takie, które mierzymy w zakresie 1-80 Hz, a miejscowe w zakresie 8-1000 Hz. Obydwie wielkości to charakterystyki częstotliwościowe przyrządu z filtrem umożliwiającym pomiar wartości skorygowanych przyspieszenia drgań. Jeśli chodzi o wartości przyspieszenia drgań to dla oddziaływania ogólnego jest to zakres 0.01-100 m/s^2, a dla miejscowego 0.1-1000m/s^2.

    Jeśli chodzi o czujnik, prawdopodobnie zmienię go na ADXL001-70. Jego zakres to +/-70g, czułość 16 mV/g i szerokie pasmo, do 10kHz.

    W ww. normie przedstawione są charakterystyki z filtrem korekcyjnym (zamieszczam je poniżej):
    Pomiar drgań czujnikiem ADXL Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Czy mógłbym takie coś zrealizować jako filtr cyfrowy - programowo ?

    Wtedy w miarę prosty sposób mógłbym zrobić coś jak menu i umożliwić użytkownikowi wybór pomiaru drgań o oddziaływaniu ogólnym bądź miejscowym.

    Wiadomo, układ kondycjonujący nadal składałby się ze wzmacniacza, filtru antyaliasingowego oraz przetwornika ADC.

    Wracając jeszcze do kwestii przetwornika ADC i "przygotowania" sygnału do jego przetworzenia - czy jeśli usunąłbym z sygnału składową stałą (dzieje się to przez filtrowanie sygnału przecież ?) i zastosował przetwornik bipolarny - czy wyznaczanie wartości RMS i szczytowej byłoby w ten sposób prostsze do zrealizowania w programie ?
  • W2 Usługi badań i pomiarów
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Czy mógłbym takie coś zrealizować jako filtr cyfrowy - programowo ?

    tak
    Cytat:
    Wracając jeszcze do kwestii przetwornika ADC i "przygotowania" sygnału do jego przetworzenia - czy jeśli usunąłbym z sygnału składową stałą (dzieje się to przez filtrowanie sygnału przecież ?) i zastosował przetwornik bipolarny - czy wyznaczanie wartości RMS i szczytowej byłoby w ten sposób prostsze do zrealizowania w programie ?

    Wycięcie najniższych częstotliwości nieco upraszcza (kilka linijek programu mniej), wcale nie wymusza to użycia przetwornika bipolarnego.
  • Poziom 10  
    Rozumiem, jednak chodzi mi o samą ideę. Zakładając, że czujnik ma pasmo 0.5 - 1600Hz oraz składową stała równą ~1.5V. Czy stosując filtr pasmowy 1-1000Hz spowoduje to przesunięcie sygnału na poziom 0V ?
  • Poziom 43  
    W najprostszym przypadku tak, ale to, że układ nie przenosi składowej stałej, nie znaczy że na wyjściu musi mieć 0V. Na końcu może być układ ustalający składową stałą zgodnie z wymaganiami przetwornika. Ułatwia to wybór przetwornika, albo umożliwia użycie tego wbudowanego w µC.
  • Poziom 10  
    Rozumiem, dziękuję za wyjaśnienie. Chociaż chodziło mi bardziej o to, że składowa stała będzie wtedy bliska 0V.

    Jako, że urządzenie ma być w miarę możliwości mobilne, pomyślałem że cały układ kondycjonujący powinien być zasilany z baterii. Poniżej przedstawiam schemat zasilania. Napięcie 3.3V wykorzystam do zasilenia czujnika (być może zmienię później na 5V, kwestia otwarta). Natomiast zasilanie symetryczne użyję do zasilenia wzmacniaczy operacyjnych. Proszę o opinię.

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Na schemacie obydwie baterie powinny być obrócone o 180 st.
  • Poziom 43  
    Typowy przykład Ctrl-c Ctrl-v, bez zrozumienia.
  • Poziom 10  
    Nie ukrywam, że tak było. Zdążyłem dowiedzieć się, że mostek prostowniczy w tym układzie jest prawdopodobnie zbędny.

    Poniżej przedstawiam troszkę przerobione układy. Jeden ze wspólnym zasilaniem, drugi z oddzielnym zasilaniem dla 0-3.3V i -5-0-5V.

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL Pomiar drgań czujnikiem ADXL
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    W pierwszym schemacie jeszcze masy są źle, Można zrobić takie zasilanie symetryczne ale nie jest to dobre rozwiązanie ponieważ:
    -bateria 9V ma małą pojemność i fatalny stosunek energii do ceny.
    -na wstępie (wyjścia 5V) marnujesz 4V czyli prawie połowa ładunku się marnuje
    -zastosowane stabilizatory pobierają po 5mA podczas kiedy dobre wzmacniacze kilka rzędów wielkości mniej (baterie służą głównie do zasilania stabilizatorów)
    -na wyjściu 3,3V jest jeszcze gorzej, na wstępie marnujesz 2/3 energii
    -baterie i zasilacz zajmą więcej miejsca niż układ zasilany.
    -po co konstruktorzy WO optymalizują PSRR?

    Wyobraź sobie telefon komórkowy, z takim zasilaniem (tam też są wzmacniacze operacyjne, ADC, procesory, czasem czujniki przyśpieszenia).

    Z tego wniosek że tego się tak nie robi, choć mogło by działać, poczytaj o "single supply opamp/desidn" - stąd te moje przedwczesne rozważania o składowej stałej.

    Pamiętaj że jak zmieniły się wymagania to to co było liczone trzeba przeliczyć od nowa, możliwe że teraz SNRadc>SNRakcelerometru.
  • Poziom 10  
    Ponieważ mój wcześniejszy temat o podobnej nazwie został już zamknięty (mimo, iż tego nie chciałem oraz zgłaszałem tę sprawę do kilku moderatorów - bez reakcji) zakładam w osobnym wątku jego kontynuację.

    Moderowany przez Mirek Z.:

    Proszę więc na przyszłość nie pisać postów sugerujących zakończenie tematu: https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=10684873#10684873 Wątki scaliłem, jak widać. :)


    W ramach przypomnienia - konstruuję przyrząd do pomiaru drgań z wykorzystaniem czujnika ADXL325Z (płytka ewaluacyjna). Aktualnie jestem na etapie tworzenia układu zasilania bateryjnego (urządzenie przenośne). W międzyczasie zmieniłem kondensatory na płytce z czujnikiem, w celu uzyskania większego pasma pomiarowego (do ~1500 Hz - oś X i Y, do 500 Hz - oś Z). Prawdopodobnie w dniu jutrzejszym przeprowadzę kalibrację czujnika. Następnymi etapami będą - zaprojektowanie układu wzmacniacza, filtru antyaliasingowego i przetwornika ADC.

    Wracając do dyskusji w poprzednim wątku, pytanie do użytkownika jarek_lnx: czy układ z przetwornicą step-up to lepsze rozwiązanie dla układu zasilania bateryjnego ? W ogóle zastanawiam się czy lepiej bym nie zrobił, gdybym skorzystał z zasilania z płytki ewaluacyjnej, na której znajduje się LPC2378.

    Właśnie czytam artykuły na temat "Single-supply systems" i powoli zaczynam rozumieć dlaczego nie trzeba będzie pozbywać się składowej stałej.
  • Poziom 43  
    A czym zasilasz tą płytkę ewaluacyjną?. Skoro masz na niej 3,3V to na pewno możesz zrobić wzmacniacz/filtr używając wzmacniaczy operacyjnych rail-to-rail zasilanych z tego napięcia.
  • Poziom 10  
    Płytka jest zasilana z portu USB. Mam do dyspozycji napięcie 5V jak i 3.3V.

    Jednak, po dłuższym zastanowieniu i przeanalizowaniu innych opcji, doszedłem do wniosku, że zrobię osobne zasilanie dla tego układu. Znalazłem u siebie układ MAX604, który nadaje się do zasilania bateryjnego. Uznałem, że wykorzystam go razem z bateriami-akumulatorkami NiMH (3x 1.2V).

    Po zapoznaniu się z notą TI, dotyczącej "Single-supply op amp design", wykonałem wstępny schemat wzmacniacza do mojego układu (układ prosto z dokumentu) z przeliczonymi szacunkowymi wartościami rezystorów (Vin ~0.7 - 2.46V , Vout 0 - 3.3V).

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Dzisiaj kalibrowałem czujnik ADXL325Z na płytce ewaluacyjnej ADXL325EB. http://www.analog.com/static/imported-files/eval_boards/EVAL-ADXL325Z.pdf Wcześniej zmieniłem kondensatory ograniczające pasmo - C2,C3 i C4 z oryginalnie zamontowanych 0.1µF na 3.3nF (C2 i C3) oraz 10nF (C4), przez co pasmo dla osi X i Y powinno wynosić teraz 1600Hz, a dla osi Z 500Hz. Czujnik zasilałem napięciem 3.3V. Oto otrzymane rezultaty.

    Składowe stałe:
    Oś X 1.580 V
    Oś Y 1.582 V
    Oś Z 1.571 V

    Poniżej wrzuciłem wykresy - czułości od częstotliwości oraz czułości od przyspieszenia.

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL
    Pomiar drgań czujnikiem ADXL Pomiar drgań czujnikiem ADXL Pomiar drgań czujnikiem ADXL Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Na jednym z wykresów mam odpowiedź w dB przeliczoną w taki sposób: Np. dla osi X: Response(dB) = 10*log(czułość_dla_danej_częstotliowości[mV/g]/średnią_czułość_od_0.05_do_5g) = 10*log(czułość_dla_danej_częstotliowości[mV/g]/176[mV/g])

    Czy w takim wypadku można rozumieć, że jeśli przy częstotliwości ~1500Hz odpowiedź w dB jest powyżej -3dB - dla producenta pasmo wynosi 0-~1500Hz ?
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Czy w takim wypadku można rozumieć, że jeśli przy częstotliwości ~1500Hz odpowiedź w dB jest powyżej -3dB - dla producenta pasmo wynosi 0-~1500Hz ?

    Nic nie rozumiem z tego pytania, to odpowiem pytaniem na pytanie, jak się mają warunki twojego pomiaru, do tych w których podaje producent? mierzysz moc na wyjściu ADXL że uzywasz 10*log(...)?


    Cytat:
    Jednak, po dłuższym zastanowieniu i przeanalizowaniu innych opcji, doszedłem do wniosku, że zrobię osobne zasilanie dla tego układu. Znalazłem u siebie układ MAX604, który nadaje się do zasilania bateryjnego. Uznałem, że wykorzystam go razem z bateriami-akumulatorkami NiMH (3x 1.2V).


    Zasilanie bateryjne ma swoje zalety.
    Ciekaw jestem na podstawie jakich analiz podjąłeś taką decyzję, szczególnie to NiMh mnie zastanawia, jakiego wymiaru/pojemności NiMh?
  • Poziom 10  
    Cytat:
    Nic nie rozumiem z tego pytania, to odpowiem pytaniem na pytanie, jak się mają warunki twojego pomiaru, do tych w których podaje producent? mierzysz moc na wyjściu ADXL że uzywasz 10*log(...)?


    Warunki są pewnie nieporównywalne... "gorsze". Ale stanowisko do kalibracji wyglądało mniej więcej tak:

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Wzbudnik drgań jak i akcelerometr wzorcowy firmy Bruel&Kjaer (raczej wyższa półka).
    Najpierw badanie napięcia wyjściowego (Vrms) w zależności od przyspieszenia (0.5 do 100 m/s^2) przy sinusie 160Hz 2Vpp.
    Później badanie czułości przy 10m/s^2 w zakresie od 20 do 10000Hz.

    Co do 10*log(...), to słuszna uwaga, powinienem raczej policzyć to jako 20*log(...), bo w końcu jest to stosunek napięć przy stałym przyspieszeniu... Ale czy po tak obliczonej odpowiedzi mógłbym wysnuć taki wniosek (bardzo mniej więcej) ? (że gdy przy ~1500Hz odpowiedź wynosi -3dB, to producent uznaje, że pasmo wynosi 1500Hz). W nocie katalogowej tego czujnika nie ma charakterystyki częstotliwościowej. Czekam na odpowiedź od Analoga w sprawie tych wykresów.

    Cytat:
    Zasilanie bateryjne ma swoje zalety.
    Ciekaw jestem na podstawie jakich analiz podjąłeś taką decyzję, szczególnie to NiMh mnie zastanawia, jakiego wymiaru/pojemności NiMh?


    Powiem szczerze, że nie przeprowadzałem żadnych wnikliwych, ani pobieżnych analiz jeśli chodzi o zasilanie bateryjne. Chciałbym zrobić osobne zasilanie, aby "oduzależnić" się od zasilania z płytki ewaluacyjnej LPC2378, aby układ można było wykorzystać z prostszymi µC w przyszłości. Co do baterii NiMH, uznałem, że akumulatorki AA tego typu są dosyć popularne jeśli chodzi o urządzenia przenośne - aparaty, mp3, myszki, itd. Jeśli chodzi o pojemność to tak ok. 2800 mAh. Rozumiem, że rozwiązanie będzie złe w tym przypadku ?
  • Poziom 43  
    W dokumentacji ADXL325 przy "Bandwidth" jest "No external filter" a pod spodem przypis "Bandwidth with external capacitors" można mieć wątpliwości w jakich warunkach dokonywali pomiaru.

    Akcelerometr na pewno ma ograniczone pasmo, nawet bez kondensatora na zewnątrz, spodziewał bym się częstotliwości niewiele wyżej od 1,6kHz. Powinno to przy dużych częstotliwościach powodować rozbieżności względem 1/(2*pi*R*C). A jednak zbyt dokładnie pasuje 3nF->1659Hz (katalogowo 1600) 3,3nF->1508Hz (twój przypadek) 10nF->498Hz. Czyżby częstotliwość graniczna bez kondensatora była znacznie wyżej?.

    Cytat:
    Powiem szczerze, że nie przeprowadzałem żadnych wnikliwych, ani pobieżnych analiz jeśli chodzi o zasilanie bateryjne.

    Zasilanie współdzielone z układami cyfrowymi może nieco zakłócać, ale akcelerometr nie powinien być na to bardzo wrażliwy.
    Cytat:
    Chciałbym zrobić osobne zasilanie, aby "oduzależnić" się od zasilania z płytki ewaluacyjnej LPC2378, aby układ można było wykorzystać z prostszymi µC w przyszłości.

    Ale zawsze mikrokontroler będzie miał jakieś zasilanie jeśli "prostszy" to 5V będzie na pewno.
    Cytat:
    Co do baterii NiMH, uznałem, że akumulatorki AA tego typu są dosyć popularne jeśli chodzi o urządzenia przenośne - aparaty, mp3, myszki, itd. Jeśli chodzi o pojemność to tak ok. 2800 mAh. Rozumiem, że rozwiązanie będzie złe w tym przypadku ?

    Układ może pobierać kilkukrotnie mniej prądu niż samorozładowanie baterii NiMh (nawet jeśli będzie pracował 24h/7dni), przypuszczalnie na akumulatorach AAA będzie działał tak samo długo, najdłużej podziała na bateriach (jednorazowych).
  • Poziom 10  
    Cytat:
    Akcelerometr na pewno ma ograniczone pasmo, nawet bez kondensatora na zewnątrz, spodziewał bym się częstotliwości niewiele wyżej od 1,6kHz. Powinno to przy dużych częstotliwościach powodować rozbieżności względem 1/(2*pi*R*C). A jednak zbyt dokładnie pasuje 3nF->1659Hz (katalogowo 1600) 3,3nF->1508Hz (twój przypadek) 10nF->498Hz. Czyżby częstotliwość graniczna bez kondensatora była znacznie wyżej?.


    Moje zdanie na ten temat jest podobne. Jest to czujnik z małym zakresem pomiarowym (możliwy pomiar małych przyspieszeń). Jego pik rezonansowy jest pewnie przy częstotliwość rzędu kilku kHz. Wcześniej badałem czujnik ADXL001. Jest to czujnik do pomiaru raczej dużych przyspieszeń (dobrze "czuje" się od 1g wzwyż) Nota podaje stałą odpowiedź do ok 10kHz. Pik przy ~22kHz. Więc ADXL325Z ma go na pewno dużo wcześniej. Jedyne co mnie zastanawia, to to dlaczego oś Z ma mniejsze pasmo od pozostałych dwóch - dla mnie "szkoda, że tak jest".

    Jeśli chodzi o pomiary, nie stosowałem żadnych zewnętrznych filtrów, aby zachować podobieństwo do warunków opisanych w nocie. Jedynie zamieniłem kondensatory w celu uzyskania szerszego pasma.

    Dla mnie istotny jest pomiar w paśmie do 1kHz. Filtr antyaliasingowy zaprojektowałem na 1.1kHz (Butherworth 2. rzędu). Czy to dobry pomysł, aby zaprojektować filtr tak, aby kompensował spadek czułości przy wyższych częstotliwościach (>200Hz oś X,Y i Z) ?

    Poniżej przedstawiam aktualnie skonfigurowany blok filtru 2. rzędu z układu MAX274.

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Cytat:
    Układ może pobierać kilkukrotnie mniej prądu niż samorozładowanie baterii NiMh (nawet jeśli będzie pracował 24h/7dni), przypuszczalnie na akumulatorach AAA będzie działał tak samo długo, najdłużej podziała na bateriach (jednorazowych).


    Nie ukrywam, że to zdanie bardzo mnie pocieszyło :) Przynajmniej problem ładowarki mi się rozwiązał...

    Cytat:

    Cytat:
    Chciałbym zrobić osobne zasilanie, aby "oduzależnić" się od zasilania z płytki ewaluacyjnej LPC2378, aby układ można było wykorzystać z prostszymi µC w przyszłości.



    Ale zawsze mikrokontroler będzie miał jakieś zasilanie jeśli "prostszy" to 5V będzie na pewno.


    Myślałem również o rozbudowie w przyszłości tego układu o µC i wyświetlacz. Wtedy będę mógł skorzystać z mojego zasilania bateryjnego.
  • Poziom 43  
    Zasilanie bateryjne trzeba policzyć, określić pobór prądu każdego układu, zsumować, policzyć czas pracy na bateriach. Porównać z samorozładowaniem.
    Jeśli dobrze pamiętam czujnik pobiera 350µA, wzmacniacze operacyjne pobierające po 100µA, lub mniej, też nie trudno znaleźć. Jeśli to wszystko, to będzie mniej niż prąd samorozładowania NiMh AA (zakładałem 1,5%/dzień). Jeśli by chcieć zasilać z tego µC i wyświetlacz trzeba uwzględnić ich pobór prądu. MAX274 pobiera dużo prądu i wymaga symetrycznego zasilania (ma jeszcze absurdalną cenę, jeśli to nie sample), filtr Sallen-Key nie wyjdzie wcale bardziej skomplikowany, a bez ww. wad.
    Ten trzeci rząd filtru to wybrany świadomie?


    Cytat:
    Czy to dobry pomysł, aby zaprojektować filtr tak, aby kompensował spadek czułości przy wyższych częstotliwościach (>200Hz oś X,Y i Z) ?

    Można, ale w filtrze cyfrowym też to możesz zrobić.
  • Poziom 10  
    Poniżej zamieszczam wstępny schemat opracowanego układu.

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Zrobiłem wstępne wyliczenia co do poboru prądu poszczególnych układów:

    ADXL 350µA (przy zasilaniu 3V)
    2x MAX604 2x 15µA
    LMC6484 3mA
    MAX274 24mA
    MAX6350 3mA
    MCP3204 400µA

    To daje razem ok. 31 mA poboru...

    Cytat:
    MAX274 pobiera dużo prądu i wymaga symetrycznego zasilania (ma jeszcze absurdalną cenę, jeśli to nie sample), filtr Sallen-Key nie wyjdzie wcale bardziej skomplikowany, a bez ww. wad.
    Ten trzeci rząd filtru to wybrany świadomie?


    Co do dużego poboru prądu się zgodzę. Zasilania symetrycznego jednak nie wymaga, w nocie można znaleźć schematy zasilania na dwa różne sposoby.
    Mam próbki, więc pomyślałem, że 4. kanałowy filtr drugiego rzędu można wykorzystać. Jednak ten pobór prądu chyba przesądzi o tym, że spróbuje znaleźć rozwiązanie ze wzmacniaczem operacyjnym.

    Dodatkowo, wzmacniacz LMC6484 zamienię na MAX494, który pobiera dużo mniej, bo 170µA na jeden wzmacniacz.

    Szczerze mówiąc to wszystkie układy, które znajdują się na schemacie, to próbki ;]
  • Poziom 43  
    To się skomplikowany układ zrobił :). skąd te 10,2V i po co? Znowu będzie połowa napięcia zasilania zamieniana na ciepło?.
    Jakby było te 31mA to już stosowanie akumulatora ma sens (ale nie 12V)
    2800mAh->90h pracy.
    Z prądem można zejść o rząd wielkości niżej.
    Jakbyś używał symbolu masy (zamiast plątaniny linii) schemat był by bardziej czytelny.
  • Poziom 10  
    Cytat:
    To się skomplikowany układ zrobił .


    No trochę się porobiło ;)

    Cytat:
    skąd te 10,2V i po co? Znowu będzie połowa napięcia zasilania zamieniana na ciepło?.


    To jest napięcie wyjściowe z przetwornicy step-up, aby zasilać 5V źródło odniesienia MAX6350 (min 8V). 10,2V - takie napięcie daje konfiguracja rezystorów 1M i 7.5M.

    Cytat:
    Z prądem można zejść o rząd wielkości niżej.


    Myślę, że tak do 8mA można zejść (zamiana MAX274 na filtr ze wzmacniaczy MAX494).

    Cytat:
    Jakbyś używał symbolu masy (zamiast plątaniny linii) schemat był by bardziej czytelny.


    Dziękuję za słuszną sugestię. Poprawię to, bo rzeczywiście można dostać oczopląsu.
  • Poziom 43  
    Cytat:
    To jest napięcie wyjściowe z przetwornicy step-up, aby zasilać 5V źródło odniesienia MAX6350 (min 8V). 10,2V - takie napięcie daje konfiguracja rezystorów 1M i 7.5M.

    Tylko że na schemacie jest MAX604 (domyślam się że zamiast niego będzie ta przetwornica)

    MAX6350 - porządne źródło napięcia odniesienia, ale energooszczędne to to nie jest.
    Możliwe że i bez przetwornicy DC/DC by dało radę, gdyby zastosować coś na niższe napięcie. Jeszcze trochę prądu dało by się "urwać", ale jeśli by z tego samego źródła zasilać mikrokontroler, to nie wiem czy warto.
  • Poziom 10  
    Cytat:
    Tylko że na schemacie jest MAX604 (domyślam się że zamiast niego będzie ta przetwornica)


    Faktycznie, przepraszam za pomyłkę. MAX604 to regulator. Widać wkradł mi się jakiś błąd. Tyle tych próbek...

    Poniżej zamieszczam poprawiony układ.

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL

    Jednak zastanawia mnie ten filtr Sallen-Key'a. Nie wiem czy ten dzielnik napięcia na wejściu jest potrzebny. Taki układ znalazłem dla zasilania w trybie single-supply. Dodatkowo na wejściu szeregowo był jeszcze kondensator Cin, tworzący filtr górnoprzepustowy, ale go pominąłem, bo nie chcę filtrować składowej stałej sygnału z czujnika (o ile dobrze zrozumiałem jego zadanie).

    Jeśli chodzi o pobór prądu to przy takie konfiguracji wychodzi gdzieś 6 mA.

    2500mAh / 6mA = ~415h pracy
  • Poziom 43  
    Dla składowej stałej (kondensatory nie istnieją) ten filtr to wtórnik napięcia, jeśli poprzedni stopień ma odpowiednią składową stałą, (a ma) to ten dzielnik nie ma sensu.
  • Poziom 10  
    Cytat:

    Dla składowej stałej (kondensatory nie istnieją) ten filtr to wtórnik napięcia, jeśli poprzedni stopień ma odpowiednią składową stałą, (a ma) to ten dzielnik nie ma sensu.


    Rzeczywiście, po to był ten wzmacniacz...

    Prosiłbym o uwagi do poniższego schematu.

    Pomiar drgań czujnikiem ADXL