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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik phasen-sensitiver Filterung!


Autor: Jupp (Gast)
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Hallo,
ich hoffe meine frage gehört hier hin.
Kann mir jemand erklären was ich unter "phasen-sensitiver
Filterung" zu verstehen habe bzw. wie das Reflexionsverfahren mit
moduliertem Infrarotlicht funktioniert!
Damit soll bspweise an einer Wetterstation bei der Niederschlagmessung 
das einwirken von Störgrößen reduziert werden bzw. gemessen werden ob es 
regnet. Wäre super wenn mir das jemand ausführlich erklären könnte. 
Finde nix dazu im netz.
Danke

Autor: Der Oschi (Gast)
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Man moduliert das Licht, zB mit 10kHz und empfaengt mit einem 
synchrongleichrichter. Dann ist man das Umgebungslicht los.
Schau dir man den AD630 an, der ist darauf optimiert. Man kann aber auch 
mit analogschaltern arbeiten.

Autor: Jupp (Gast)
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Danke für deine Antwort.
Also kann ich mir das so vorstellen:
Ich sende mit einer IR-Diode ein moduliertes Lichtsignal von der 
Wetterstation weg. Regnet es wird ein Teil der Strahlung reflektiert und 
diese messe ich dann mit einem Synchrongleichrichter der nur Strahlung 
in dieser Frequenz aufnimmt. Also bekomme ich Signale zurück kann ich 
sagen es regnet!
Danke

Autor: Der Oschi (Gast)
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Es ist sogar einfacher wie offensichtlich. Man nimmt einen Rechteck, und 
steuert damit den Analogschalter und die LED an.

Autor: Hagen Re (hagen)
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Suche nach "synchroner Gleichrichtung" oder "quadrature Demodulator" da 
dürfstes du mehr finden.

Autor: Hagen Re (hagen)
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Stelle dir es aber nicht so einfach vor wie es sich am Anfang anhört. Du 
benötigst eine gute Verstärkerschaltung, eg. TIA für die Photodiode. 
Dieser TIA sollte AC verstärkeren, dh. nach Möglichkeit 
DC-Umgebungslicht stark unterdrücken und nur dein getaktetes Lichtsignal 
stark verstärken. Danach kommt der synchrone Gleichrichter. Das ist 
entweder ein schaltbarer Inverter OpAmp der das Eingangsignal per Takt 
invertiert oder nicht invetiert. Danach kommt ein Integrator OpAmp. Als 
Ausgangswert hast du dann ein DC Signal das angibt wieviel von deinem 
gepulsten Licht empfangen wurde. Oder man nimmt einen analogen 
Umschalter der das Signal in zwei RC Tiefpässe leitet und danach wird 
mit einem Differenzverstärker das DC Signal verstärkt. Du solltest aber 
beachten das du eine Reflexionsmessung durchführen möchtest und das 
Resultat ist dann stark abhängig von den refelxionseigenschaften des 
Regens. Vielleicht wäre es besser eine Durchlichtmessung zu machen, also 
eine empfindliches Lichtschranke durch die der regen fällt. Wobei wir 
dann beim sogenannten _Distrometer_ angekommen wären, suche mal nach 
_Laser Distrometer_

Autor: Jupp (Gast)
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danke für die antworten. Eigentlich wollte ich verstehen wie die 
Niederschlagsmessung von dem ClimaSensor D von ThiesClima funktioniert.

http://www.thiesclima.com/Climasensor%20D%20nieder...

Denke dieser Sensor ist nicht in der Lage die Menge bzw. die Art des 
Niederschlages festzustellen.

Autor: Hagen Re (hagen)
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Man kann so die Art des Niederschlages messen aber sicherlich nicht 
genau genug die Menge berechnen. Alle optischen Distrometer berechnen 
defakto die Niederschlagsmenge als Integral über die Zeit. Theoretisch 
meine ich aber das man auch per Reflexionsverfahren das gleiche machen 
kann wie bei einem Laser-Distrometer, ich sehe zumindest keine 
Verletzung der Physik die es definitiv verhindern würde. Problematisch 
ist eben bei der Mengenberechnung das man ein exakt optisch begrenztes 
Sichtfenster benötigt, weswegen ja Laser benutzt werden die ein sehr 
dünnes und paralleles Lichtband benutzen, so das man eine exakte 2D 
Fläche optisch aufspannt durch die der Niederschlag fallen kann.

Bei der Reflexionsmessung pulst du mit einer zb. Rechteckspannung die 
Sendediode die Licht aussendet. Auf Empfangsseite kommt erstmal ein TIA, 
Transimpedance Amplifier zur Verstärung des empfangenen modulierten 
Lichtsignales der Empfängerphotodiode. Dieser TIA sollte DC Licht, also 
zb. Sonnenlicht möglichst gut abblocken und desweiteren so viel 
Verstärkung wie gesamt notwendig haben. So verringerst du das 
Gesamtrauschen der Empfängerschaltung und erhöhst den SNR und damit 
Genauigkeit. Das Signal danach wird synchron gleichgerichtet. Dh. man 
wechselt die Polatität eines AC Signales zu einem gegebenen Takt. Ist 
das AC-Signal identisch zum Takt entsteht nach dieser Gleichrichtung ein 
DC-Signal das proportional zur Amplitude des empfangen reflektierten 
Lichtes ist. Im Idealfall wird der synchrone Gleichrichter mit dem 
gleichen Takt gefüttert wie die Sende-LED. Der Idealfall bedeutet das 
die Empfängerschaltung=TIA und synchrone Gleichrichtung eine 
Phasenverschiebung von 0 Grad haben. Diesen Idealfall wird es nicht 
geben da das meistens auch noch Temperatur abhängig ist. Um das zu 
vermeiden benutzt man eine IQ-Demodulation. Man hat also zwei synchrone 
Gleichrichter deren Takte um 90 Grad phasenverschoben zueinander sind, 
mit der gleichen Frequenz mit der man die SendeLED pulst. Nach den zwei 
Gleichrichtern hat man das sogenannte Quadratur- und Inphase Signal als 
DC Spannung. Aus diesen beiden Spannung kann man mit speziellen Formeln 
phasenverschiebungsfreie Werte für die absolute Phasenverschiebung und 
Amplitude des empfangenen Signales berechnen. Das alles erhöht den SNR 
und damit die Genauigkeit der Objekterkennung.

Gruß Hagen

Autor: Hagen Re (hagen)
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>Denke dieser Sensor ist nicht in der Lage die Menge bzw. die Art des
>Niederschlages festzustellen.

Die Art des Niederschlages könnte gehen, nicht die exakte Menge. Der 
Sensor könnte per Reflexion ein Ereignis=Objekt erkennen und anhand der 
Dauer und Amplitude auf die Art des Objektes reagieren. Also 
Regentropfen und Schneeflocken sollten sich schon unterscheiden lassen 
per Reflexion. Aber eben nicht die Menge an Ereignissen in Bezug auf 
eine abgegrenzte 2D Fläche im Raum.

Gruß Hagen

Autor: Jupp (Gast)
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SUPER! Danke für die ausführliche Antwort. so langsam wirds klarer.

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