(БФ) Нужен спец по аналоговой технике. Очень специфический усилитель инфранизких.

МалэкулЙаду · 17.11.2016

(БФ) Нужен спец по аналоговой технике. Очень специфический усилитель инфранизких.

В целом:
Источник сигнала - хитросделанный датчик как источник тока в десяток-другой наноампер. Выходное сопротивление - считай обрыв. Шунтируется сотней килоом, чтобы току было куда утекать.

Выход - АЦП STM32F103, притуленный к компу/планшету по USB.

Я его сношаю уже достаточно долгое время, сделан макет, работает связь по USB и алгоритм измерения на приборе. Есть макет программы, которя будет интерфейсом юзверя, но можно плеваться и через терминал.

Проблема - я не могу определить источник шумов, так как тупо нехватает оборудования. На сейчас измеряется вот такая ахинея:

шкала времени - миллисекунды, т.е. 1 клетка = 0,5с. Полезный сегнал лежит в том же спектре, что и видимый на курве "звон".
Амплитуда полезного сигнала в данном варианте схемы - около 1000. Соотношение сигнал/шум, как видит К.О. ни куда не годится.

Для понимания - это я переделал входной каскад с обычного включения на дифференциальный - стало только хуже. Может проводки, появившиеся, ловят (в оригинальном виде оно ж на плате всё, а сейчас там приблуда висит на ещё одной платке), может ... но в обычном инверсном включении на первозданной плате - шумы были на порядок меньше, однако тоже не устраивали, отчего и была предпринята попытка перейти на дифференциальный вход.

Я упёрся в этот шум, так как не могу выявить источник.
Что за прибор - здесь не скажу

Могу сказать в личку.
Толковая помощь будет оплачена, проект веду я.
Рассуждения на тему - приветствуются.
P.S. Также может помочь лабораторная база с нормальным осцилом, поскольку частоты низкие, а каскадов усиления в схеме 4 -5 - начинать смотреть можно с десятых долей мВ, чтобы увидеть что-то по источнику сигнала. Ну и, на С1-107 естественно, такой финнннский сигнал смотреть просто нереально, нужен цифрач, а высокие сопротивления как по датчику, так и по межкаскадным фильтрам предъявляют требование наличия у осцила делителя.

Dr.KoT · 17.11.2016

МалэкулЙаду сказав(ла):
Очень специфический усилитель инфранизких.

Не УПТ, а именно инфранизких?

amist · 17.11.2016

Я подозреваю, шо ты на датчик просто дышишь - не дыши

МалэкулЙаду · 17.11.2016

Dr.KoT сказав(ла):
Не УПТ, а именно инфранизких?

да, именно переменки в районе чуть ниже герца и с частотой среза в районе 4Гц.. УПТ для начала я тоже пробовал - его не получится использовать из за специфики прибора. Присутствуют дрейфы и флуктуации в ещё более низочастотной области. УПТ тривиально уплывает хрен знает куда и это зависит от большего числа факторов, чем хочется учитывать.
После первого каскада стоит разделительный конденсатор и фильтр. тчк. меряется всплеск при попадании в датчик исследуемого объекта.

amist сказав(ла):
Я подозреваю, шо ты на датчик просто дышишь - не дыши

Шука засчитана, но... нет. Ловлю сквозняков исключили 3 мес. назад, по убирав всю керамику из тракта, кроме фильтров по питанию. А так - да, было дело, детектор сквозняка, детектор присутствия с дискриминацией пола объекта по длине волос - всё это было и было пофиксено. Конструктив на сейчас близок к реальности и слабо реагирует даже на то, что я беру его в руки или кладу из рук.
Тем страннее наличие помехи. Особенно странно, что с переходом на диффкаскад шум только усилился, причем на порядок.

Chipolog · 17.11.2016

Прибор опторазвязан по гальванике от ЮСБ ?

Можно в личку подробности, что за датчик ?

МалэкулЙаду · 17.11.2016

Chipolog сказав(ла):
Прибор опторазвязан по гальванике от ЮСБ ?

Можно в личку подробности, что за датчик ?

Нет, и я не могу его пока развязать - я не смогу видеть что он меряет, поскольку в структуре всей связки передача потока данных не предусмотрена, и я тривиально только отладчиком могу видеть что он там вообще меряет.

Предложения по гальваноразвязке USB - приветствуются, как минимум для лабораторного применения она нужна, и я с ней сталкиваюсь впервые, потому не знаю чем сейчас богат рынок.

P.S. Я могу запросить его потом командой, но я увижу только готовый результат. Значение "нуля" и измеренное значение. Кривую и вообще, что там происходит, мне получить не столько неоткуда. столько некуда. Или придётся написать ещё программу для ПК, заменяющую осциллограф, но это уже рукалицо.

Me1 · 17.11.2016

Уж очень точное попадание в 1Герц для случайности. Кварцевых часов рядом не стоит?

roker · 17.11.2016

МалэкулЙаду сказав(ла):
Я могу запросить его потом командой, но я увижу только готовый результат. Значение "нуля" и измеренное значение. Кривую и вообще, что там происходит, мне получить не столько неоткуда. столько некуда. Или придётся написать ещё программу для ПК, заменяющую осциллограф, но это уже рукалицо.

Осмелюсь предложить прикрутить по-быстрому FAT FS и скидывать лог на SD-карту.
Писать в CSV формате, скормить экселю, а он вжэ будет "осциллоскопом". Были так же спец программки для визуализации csv данных, но название не припомню.

МалэкулЙаду · 17.11.2016

Me1 сказав(ла):
Уж очень точное попадание в 1Герц для случайности. Кварцевых часов рядом не стоит?

Это его собственная частота. Там же фильтр активный в усилителе.

Генерация непостоянная, на картинке только отрезок, лучше, конечно, экранное видео запедалить было для полноты понимания.

Там рядом кварцевая дрель, 2 кварцевых ноутбука и кварцевая ЛДС с подгоревшим стартером.
Ни чего из этого, окромя ноута, к которому всё и подключено, ни каких реакций у схемы не вызывает - проверял. Даже на дрель не реагирует в 3х метрах. А болтанка откуда-то берётся.

roker сказав(ла):
Осмелюсь предложить прикрутить по-быстрому FAT FS и скидывать лог на SD-карту.
Писать в CSV формате, скормить экселю, а он вжэ будет "осциллоскопом". Были так же спец программки для визуализации csv данных, но название не припомню.

ммм... это тоже, как вариант, но не хотелось бы. Я с ним дела не имел и проект собран в кейле с применением HAL - хал сам по себе то ещё уёбище, и требует напильника со старта, как оказалось и проявилось и с UART и с USB- ни чего со старта не работает.

гельмгольц · 17.11.2016

Dr.KoT сказав(ла):
Не УПТ, а именно инфранизких?

Инфрапнизкие- это УПТ.

roker · 17.11.2016

МалэкулЙаду сказав(ла):
ммм... это тоже, как вариант, но не хотелось бы. Я с ним дела не имел и проект собран в кейле с применением HAL - хал сам по себе то ещё уёбище, и требует напильника со старта, как оказалось и проявилось и с UART и с USB- ни чего со старта не работает.

Ничего сложного. Прикручивается за полдня. Есть адаптированая версия под СТМ32. Могу поделиться своим демо пректом для Дискавери.

Тільки зареєстровані користувачі бачать весь контент у цьому розділі

amist · 17.11.2016

Вопросы:

1. Диапазон выходного сигнала датчика?
2. К усиления усилителя?
3. На чем собран усилитель?
4. Напряжение опоры АЦП?
5.Частота преобразования АЦП?
6.Судя по графику - частота обновления данных 24 Гц?

МалэкулЙаду · 18.11.2016

amist сказав(ла):
Вопросы:

1. Диапазон выходного сигнала датчика?

Упоминалось выше - с десяток наноампер. Он токовый и окончательно я его уточню только когда усилитель будет работать. Если возьмешься принимать участие в ломнии мозга - вот тогда и узнаешь точно. Производитель отказывается раскрывать данные.
В реальности - конкретно сейчас на 15нА он должен выдать 1000 единиц АЦП на той картинке.

amist сказав(ла):
2. К усиления усилителя?

К преобразования ток-напряжение - 15нА = 1В

amist сказав(ла):
3. На чем собран усилитель?

Конкретно сейчас - АД8510, но встречается аналог на ТЛ074, тот аналог к компу не подключается, но как-то работает (тоже врёт, конечно, и нуждается в тонкой настройке).

amist сказав(ла):
4. Напряжение опоры АЦП?

3,2В

amist сказав(ла):
5.Частота преобразования АЦП?

15кГц с усреднением 1024 и простеньким цифровым фильтром поверх.

amist сказав(ла):
6.Судя по графику - частота обновления данных 24 Гц?

Это не зависит от программы. Это частота обновления STM Studiо, которая через ST-Link читает с проца переменную. Быстрее и не надо, в общем-то, частоты низкие, если сегодня не забуду - попробую заскринить прохождение полезного сигнала. Только оно неинтересное - будет обычная реакция фильтра на импульсный сигнал, экспонента, а поверх неё - вот та болтанка, которая на картинке, и в зависимости от того, в какое место импульса попадет волна - то и будет померяно, и пик вычисляется неправильно в итоге (ноль я ещё как-то с горем пополам зафиксировать могу и с этой болтанкой, а вот единичный импульс измерить - нет, так как нет данных для фильтра, он 1 раз и как попадет так и измерится).

Dr.KoT · 18.11.2016

МалэкулЙаду сказав(ла):
Тем страннее наличие помехи. Особенно странно, что с переходом на диффкаскад шум только усилился, причем на порядок.

А если сам датчик сделать двухканальным, но второй использовать для компенсации выходного сигнала рабочего канала?
Типовой прием.

amist · 18.11.2016

МалэкулЙаду сказав(ла):
Производитель отказывается раскрывать данные.

У вас, я надеюсь, есть полные данные от производителя?

А то, как-то не вяжется десяток-другой наноАмпер с сотней килоОм:

источник тока в десяток-другой наноампер. Выходное сопротивление - считай обрыв. Шунтируется сотней килоом, чтобы току было куда утекать.

Chipolog · 18.11.2016

А чем питается ?

Какой стоит резистор на 100 кОм ?

МалэкулЙаду · 18.11.2016

amist сказав(ла):
У вас, я надеюсь, есть полные данные от производителя?

Нет. Производитель сам делает такие приборы, а датчик - продает как запчасть.
На наши запросы они тупо забивают.
Тем не менее, определить его параметры самостоятельно - дело не космической сложности, так как есть готовые приборы и есть мой стенд, на котором процесс протекает в реальных условиях и можно всё по смотреть.

amist сказав(ла):
А то, как-то не вяжется десяток-другой наноАмпер с сотней килоОм:

Вполне вяжется, учитывая, что он - источник тока. И если воспринять 100к как нагрузку источника - падение будет в районе милливольта, что не так и мало.

Просто забудьте, что там есть датчик. Если я его демонтирую - картинка выше не изменится. Сейчас вопрос в усилителе, а не в датчике. если возьмётесь участвовать - я всё покажу и расскажу и дам пощупать, на весь интернет реальные параметры датчика я раскрывать не хочу, ибо их даже производитель скрывает. Кто хочет узнать - либо участвует в моем процессе, либо покупает себе датчик за пол-тыщи евро и сам исследует.

Усилитель болтает. Насколько безбожно - видно на картинке выше. Это - проблема, а не датчик.

Chipolog сказав(ла):
А чем питается ?

Кто, датчик, или вся схема?
Схема - двухполярный трансформаторны ИП +/-5В. Тоже, к стати, вопрос... возбуждать схему может и 50Гц болтанка, хотя там потребление мизерное, но всё же.
А есть у кого-то лабораторный проверенный источник на +/- около 5В?

P.S. Датчик питается (точнее - смещается) напряжением на инверсном входе ОУ, так как без смещения он не работает, что и отменяет использование УПТ во весь тракт - понадобится ещё каскад отвести под приведение уровня, так как смещение датчика намного больше его полезного сигнала, и мы начнем ловить не ток датчика, а сопротивление раствора, которое, к несчастью, имеет место быть не бесконечным, и, что хуже - непостоянным. УПТ работать не будет, на постоянке работает только первый каскад с небольшим усилением.

Dr.KoT сказав(ла):
А если сам датчик сделать двухканальным, но второй использовать для компенсации выходного сигнала рабочего канала?
Типовой прием.

Осталось доказать это производителю и, чтобы он начал выпускать такие датчики.
Просто подумай сам - электрохимический элемент находится в растворе, свойства которого измеряются.
Чтобы сделать такой датчик двухканальным - мне понадобится ещё один жидкостный тракт и идентичным раствором, но без исследуемого элемента.
Свойства мокрого датчика и сухого - 2. как говорят в Одессе, большие разницы. Вот я сделал усилитель, в котором дифвход и вместо второго датчика - аналогичный каскад, но без датчика, а измеряется их разница.. Это должно удавить помеху по земле и прочие синфазные помехи.
Шумы только выросли, то есть - источник помехи не в схеме, дифвход бы его подавил, а не усилил. Но он его усилил.

P.S. Ща. напедалю для улучшения понимания сюда эскиз схемы, а-то трудно говорить о предмете без предмета.

Chipolog сказав(ла):
Какой стоит резистор на 100 кОм ?

SMD, 1%, сейчас, когда появился второй опорный канал для дифференциального - ещё и пара подобранных 100,01к, из ленты выбранных с помощью тестера.

Chipolog · 18.11.2016

Датчик в корпусе ?

Закрытом (чтобы термодрейф устранить) ?

МалэкулЙаду сказав(ла):
А есть у кого-то лабораторный проверенный источник на +/- около 5В?

Посмотри схемотехнику питания крутых аудио-DAC.
Линкса, например.

Тільки зареєстровані користувачі бачать весь контент у цьому розділі

МалэкулЙаду сказав(ла):
P.S. Датчик питается (точнее - смещается) напряжением на инверсном входе ОУ, так как без смещения он не работает,

Цепочка смещения не может "гулять" ?

МалэкулЙаду · 18.11.2016

Сейчас вход выглядит так

Классически использовалась (и используется в других приборах, известных мне) схема обычного инвертирующего усилителя.

Chipolog сказав(ла):
Датчик в корпусе ?

Закрытом (чтобы термодрейф устранить) ?

Датчик... прямо на плате. Соединяется через контактные пружинные иглы, прикручен двумя винтами М5.
Плата - 2 платы бутербродом, одна - цифровая, вторая - аналоговая часть. Соединяются через дистанции бонки, на бонки напаяна кайма, которая заземлена. В собранном виде представляет из себя коробочку, торчащую наружу в основном земляными полигонами. Наружу торчат контактные щупы для датчика, длиной без датчика - около 10мм, с датчиком - 5-6, так как он их утапливает когда станавливается.

Наличие или отсутствие сверху датчика ещё экрана - влияния на шумы не оказывает.
Термодрейф циклический я себе на этой частоте слабо представляю, датчик надо видеть, чтобы понять - это отдельное корпусированное устройство.

Chipolog сказав(ла):
Посмотри схемотехнику питания крутых аудио-DAC.
Линкса, например.

Тільки зареєстровані користувачі бачать весь контент у цьому розділі

Посмотрел - LM317 и большие конденсаторы. У меня 78 и 7905 и большие конденсаторы.

Chipolog сказав(ла):

Цепочка смещения не может "гулять" ?

Натисніть, щоб розгорнути...

Может, но в аналогичном приборе она точно такая же и не гуляет. Там LM385 стоит, ни чего особенного. Её погрешность меня по большому счету не интересует, перед каждым измерением обновляется "ноль". Абсолютная величина неважна.
Пробовал, к стати, техасовский опорник - он меня удивил наличием явного пилообразного "гуляния" опоры. Видимо, он не совсем аналоговый и пытается постоянно подстраивать опору. Не подошел, так как эта переменная составляющая у меня прекрасно усиливается и по величине была примерно сравнима с сигналом. А по паспорту он вполне соответствовал Что там тот милливольт на 2,5В - это ж очень хорошая точность!

_____________________________________________

Посоветуйте модуль гальванической развязки USB. Готовый.

Конкретизирую ситуацию.

Входной каскад и датчик исключены, вход фильтра (который сразу справа у схемы выше) - замкнут на 0 физически.
Имеем:

Кто хочет помочь снизить уровень собственных шумов схемы? У меня идеи закончились. Допустимая амплитуда должна быть не более 5 единиц на кривой.

итаааг.
К обеду я запаял все бывшие разъемные соединения проводами и собрал коробочку на винты.
Вот результат

Амплитуда шума все еще 14-15 единиц. Это много. Видно, что спектр поменялся, да и только.

Итааак, дальше в тракте, за каскад до АЦП был ОР07. Последний форпост, позволявший настройку нуля при переходе с 2-х полярного питания на однополярное производить штатными средствами (у ево там резистор подключается для балланса).
Был безжалостно заменен на АД8510 без настройки балланса (теперь ещё её лепить придётся отдельно...).

Результат

Это статика с замкнутым на "0" входом фильтра. Отрезанный каскад - непосредственно каскад усилителя, куда подключается датчик.
"В живых должен остаться только один"(С)горец.

P.S. У кого дома есть ОР07 - возьмите молоток и тяжелую болванку, положите ОР07 на болванку и сильно ударьте молотком.

Chipolog · 18.11.2016

МалэкулЙаду сказав(ла):
Термодрейф циклический я себе на этой частоте слабо представляю,

На первый взгляд, на первой картинке видна быстрая периодическая и медленная дрейфовая составляющие. Примерногерцовая похожа на "самовозбуд" какого-то из каскадов. Или выделение фильтром.

МалэкулЙаду сказав(ла):
Посоветуйте модуль гальванической развязки USB. Готовый.

Я бы для эксперимента сделал трехкаскадную схему :
1. Датчик, усилитель, АЦП - на одном чипе с выходом цифрой (UART).
2. Опторазвязка по цифре (одноканальная для UART или двухканальную, если нужно). С обязательным раздельным питанием.
3. Тупой преобразователь цифры с UART в USB (виртуальный RS232).
На контроллере или FTDI (или китайских аналогах). Питание от 5В USB.

Получаемые данные легко получать и интерпретировать, отображать.

Можно первым каскадом тупо "срать" данными.
После третьего ловить.

МалэкулЙаду сказав(ла):
Это статика с замкнутым на "0" входом фильтра. Отрезанный каскад - непосредственно каскад усилителя, куда подключается датчик.

Интересно, что будет при подключении первого усилительного каскада.

Я - цифровик, поэтому если че не так - звыняйте.

(БФ) Нужен спец по аналоговой технике. Очень специфический усилитель инфранизких.

гельмгольц