Hallo, ich arbeite gerade an einem Projekt, in dem die veränderliche Resonanzfrequenz eines Sensors recht genau gemessen werden soll. Im Prinzip handelt es sich um eine Art Schwingkreis. Die Frequenz liegt zwischen 50 und 70 kHz und soll auf ca. 10 Hz genu bestimmt werden. Ich hbe folgenden Schaltungsentwurf im Auge: Ein Mikrocontroller steuert einen programmierbren Oszillator, der einen Sinus im angegebenen Frequenzbereich erzeugt. Vom Sensor wird mehr oder weniger Energie absorbiert, je nachdem wie nah sich die Frequenz an der Resonanz befindet. Leider ist das resultierende Signal recht schwach ( ca. 10 mV pp) und mit vielen Störfrequenzen überlagert, so dss eine direkte Amplitudenmessung nicht in Frage kommt. Ich möchte daher das Messsignal mit der ursprünglichen Frequenz mischen, den resultierenden DC-Anteil ausfiltern und mittels AD-Wandler des uC digitaliseren, also eine Synchrondemodulation. Der Controller würde so lange die Anregungsfrequenz ändern, bis das Signalminimum - also die Resonanz gefunden ist. Das Problem ist, dass sich die Phase des Messignals beim Durchtritt durch die Resonanz ändert und damit auch der Phasenwinkel zwischen Mess- und Referenzsignal im Mischer. Meine Idee ist daher, einen zweiten Mischer mit einem um 90° phasenverschobenen Referenzsignal zu betreiben. Die Summe der Quadrate beider demodulierten Signale gäbe dann das Quadrat der Amplitude. Zusätzlich könnte ich noch die Phaseninformation bestimmen, was die Bestimmung der Resonanz noch einfacher machen würde. Von der Theorie her sieht alles gut aus, aber mein Problem ist der praktische Schaltungsaufbau. Als Sinusgenerator wäre der AD9833 sehr gut geeignet, aber wie erzeuge ich das genau um 90° phasenverschobene Signal? Zwar gibt es Quadraturdemodulatoren als IC's mit integrierter Signalerzeugung, aber anscheinend nur für Frequenzen im 3-4 stelligen MHz Bereich. Eine Alternative wäre, eine Rechteckspannung mit 4-facher Frequenz herunterzuteilen und über Logikgatter die beiden I und Q-Signale zu erzeugen. Als Mischer könnte man dann mittels eines Multiplexers zwischen dem direkten und dem invertierten Messignal umschalten. Doch dazu müsste ich eine Rechteckspannung mit auf 10Hz genau einstellbarer Frequenz haben, was auch nicht so einfach ist - evtl. PLL? Wenn jemand irgendsoetwas schon gemacht hat oder weiss, wo es Informationen gibt, würde ich mich sehr freuen Gruss Mike
Was du brauchst sind 2 DDS ICs. So was gibt es bei Analog Devices. Der Type AD9850 wäre was für dich. Dort gibt es ein APP-Note wie man mit diesen beiden DDS Generatoren ein 0 und ein 90 Grad Signal erzeugt. Die Auflösung liegt dabei uHz Bereich. Bei dieser Version hast du ein Sinus und ein Cosinus Signal . Alternativ könntes du aber auch die 4 fache Frequenz erzeugen und mit 2 Flipflops daraus zwei Rechtecksignale mit 90 Grad Phasenverschiebung erzeugen. Auch dazu könntes du einen dieser DDS-ICs nehmen. Die maximale Ausgangsfrequenz des AD9850 liegt bei ca. 62Mhz. Hier bei gibt es allerdings Rechtecksignale. Der Komperator der erfoderlich ist um aus dem Analogen DDS Signal ein Rechteck für die Flipflops zu erzeugen ist bereits auf dem Chip integriert. Gruss Helmi
Das geht etwas anders. Nimm einen VCO, einen Analogen. kann ein 8038 sein. Der produziert eine Frequenz von einer Spannung. Nun ueberlagerst du diesem DC eine kleine Wechselspannung. diese kleine Wechselspannung prodiziert zwei Seitenbaender die die Anregungsfrequenz weg sind. Ich wuerd mal mit 1kHz probieren. Mit diesen 1kHz machst du nun eine Synchrondetektion, laesst das Ergebnis auf einen Integrator. Dessen Ausgang geht auf den VCO. Bei korrekter Polaritaet regelt der Integrator den VCO so, dass beide Seitenbaender gleich hoch sind, dh die Traegerfrequenz ist in der Mitte des Resonators. Mit der Hoehe der kleinen Wechselspannung bestimmt man die Amplitude der Seitenbaender. Die Seitenbaender koennen -50 .. -70dB unter dem Traeger sein, dh. Die Modulationsamplitude fuer den VCO wird in den mV oder tiefer sein. Allenfalls kann man darueber nachdenken, ob die Modulationsfrequenz ein fester Teiler des VCO sein kann, oder doch besser fest. Bei der synchrondetektion muss man einiges an selektiver Verstaerkung bringen, heisst einen Bandpass. Ein einfacher analoger Bandpass hat eine feste Frequenz, ein switched Capacitor Bandpass hat eine festes Verhaeltnis zu einem Clock.
oder noch anders: warum baust du mit dem schwingkreis nicht einfach nen oszillator und misst die frequ mit der cpu ? einfach und genau...
Wenn die Guete des Resonators keine 10000 ist geht das nicht. Dann ist die Frequenz irgendwo.
Vielen Dank für die Antworten! Den Sensor dirkt als frequenzbestimmendes Element in einem Schwingkreis zu verwenden, funktioniert leider nicht, da die Resonanz nur äusserst schwach ausgeprägt ist. Im Oszillogramm ist sie als kleiner "Dip" um ca. 5% des Grundsignals zu sehen. Ausserdem werden viele Störsignale von aussen eingekoppelt, so dass sich der Schwingkreis kaum von selbst auf der richtigen Frequenz einrasten wird. Ich werd mir mal zwei DDS von Analog (AD9850 wäre gut, aber der AD9833 tuts wohl auch) besorgen. Da kann man auch die Phase einstellen. Der erste versorgt den Sensor, der zweite den Mischer. Per Software stelle ich dann die Phase auf maximales (bzw. minimalea) Signal ein. Wie baut man den Mischer am besten auf? Klassisch mit 4 Dioden als Ringmischer oder mit einem Analog-Multiplexer? Gruss Mike
70kHz Quadratursignale würde ich versuchen direkt mit der PWM-Einheit von dem uC zu erzeugen. Bei der LPC2000 ginge das z.B. ohne Probleme. Ansonsten die schon beschriebene Technik mit den Flipflops. DDS finde ich hier mit Kanonen auf Tauben ... Mischen könnte man, je nachdem bei welchen Frequenzen die Störungen liegen, direkt mit einer Diode. Ansonsten mit den Analogschaltern. (Da kann man sich dann u.U. die (automatische) Kalibrierung sparen) Den Tiefpassfilter kann man dann als aktiven Filter auslegen, damit die Bauteile nicht so groß werden. Viele Grüße, Martin L.
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