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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Phasenverschiebung messen


Autor: I_ H. (i_h)
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Hallo

Ist es möglich mit vertretbarem Aufwand die Phasenverschiebung 2er 
Sinussignale im Bereich 0..1MHz auf ca. 0.1° genau zu messen? Die 
Amplituden liegen so im Bereich einiger Volt, ideal wäre, wenn 
wenigstens das eine Signal kaum belastet wird (>10kOhm).

Im Moment benutz ich dafür den Timereinschub im Oszi. Der misst zwar auf 
ns genau (auch die 1er bleiben stabil), aber ist eigentlich nicht dafür 
gedacht, und es ist eine ziemliche Fummellei genau von 0-Durchgang zu 
0-Durchgang zu messen.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Bereich 0..1MHz auf ca. 0.1°

wenn du in der Lage bist, die Nulldurchgänge auf 277PIKOsekunden zu 
messen..

Also 1/3600stel einer MIKROsekunde

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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I_ H. wrote:
> Hallo
>
> Ist es möglich mit vertretbarem Aufwand die Phasenverschiebung 2er
> Sinussignale im Bereich 0..1MHz auf ca. 0.1° genau zu messen?
Wenn das Signal heruntergeteilt werden kann, ja. Direkt wird das nix. 
Zeitdifferenzen von ein paar hundert ps misst man nicht mal eben.

Aber in ein Rechteck umgeformt und mit nem Frequenzteiler 
runterdividiert sollte es möglich sein, zumindest über ein paar 1000 
Perioden gemittelt die Phasenverschiebung zu messen.

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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Das Runterteilen zieht die Phasenverschiebung doch nicht auseunander.

MW

Autor: I_ H. (i_h)
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Johannes M. wrote:
> I_ H. wrote:
>> Hallo
>>
>> Ist es möglich mit vertretbarem Aufwand die Phasenverschiebung 2er
>> Sinussignale im Bereich 0..1MHz auf ca. 0.1° genau zu messen?
> Wenn das Signal heruntergeteilt werden kann, ja. Direkt wird das nix.
> Zeitdifferenzen von ein paar hundert ps misst man nicht mal eben.
>
> Aber in ein Rechteck umgeformt und mit nem Frequenzteiler
> runterdividiert sollte es möglich sein, zumindest über ein paar 1000
> Perioden gemittelt die Phasenverschiebung zu messen.

Also Perioden kann ich soviel messen wie ich will, die sind alle gleich. 
Aber so ganz verstanden hab ich das noch nicht, wenn ich die Signale in 
Rechtecke umwandle und die runterteile, bleibt die Zeit zwischen den 
Flanken doch die selbe? Sprich aus 1° bei 100kHz werden 0.1° bei 10kHz.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Michael Wilhelm wrote:
> Das Runterteilen zieht die Phasenverschiebung doch nicht auseunander.
Hast auch wieder Recht...

Autor: Peter X. (vielfrass)
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Du musst die Frequenzen auf z.B. 10Hz runtermischen.
Dazu braucht du einen Oszillator der auf 999990Hz schwingt.

Bei 10Hz oder so kann die Phasenverschiebung leicht gemessen werden.

Autor: I_ H. (i_h)
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Hmm... scheint also doch etwas aufwendiger zu werden. Dann muss ich wohl 
weiter mit'm Oszi messen. Trotzdem danke.

Autor: OptoKlaus (Gast)
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In der Nähe des Nulldurchganges beide Spannungen simultan mit ADU (12 
bit) messen. phi=arcsin((u1-u2)/Amplitude), wenn 
Amplitude(u1)==Amplitude(U2).
Alternativ kann bei gleicher Amplitude (U1,U2) auch die Differenz mit 
OPV gebildet und gemessen werden.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ I_ H. (i_h)

>Hmm... scheint also doch etwas aufwendiger zu werden. Dann muss ich wohl
>weiter mit'm Oszi messen. Trotzdem danke.

Für sowas gibt es spezielle ICs. Such mal nach Time-to-digital 
Converter. Die können auch unterhalb einer Nanosekunde noch gut 
auflösen.

MFG
Falk

Autor: I_ H. (i_h)
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Mist... die Teile sind genau das was ich brauch, aber als Privatmensch 
werd ich da wohl nicht rankommen :(

Vielleicht kennt ja noch jemand eine Möglichkeit - ich will Induktivität 
und Verluste einer Spule frequenzabhängig ermitteln. Mit der 
Induktivität klappt das inzwischen sehr schön, hier ein Beispiel:

http://www.jfuhlemann.de/tmp/graph1.png Y in uH, x in kHz

Allerdings ist es halt etwas mühselig das Oszi genau einzustellen. Bei 
den Spulenverlusten hab ich noch kein brauchbares Konzept.

Autor: Detlef _a (detlef_a)
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Die Messung ist nicht trivial aber doch machbar, allerdings nicht indem 
man versucht 1/3600 einer Mikrosekunde zu messen.

Du tastest die Signale synchron ab und machst ne FFT. Damit bekommst Du 
einfach sehr hohe Genauigkeiten, z.B. 10^-7 rad @ 50Hz für 
Verlustfaktormessungen (das willst Du ja genau). Das geht auch mit 
Unterabtastung, 2*1MHz Abtastfrequenz ist also nicht nötig.

Das ist aber kein Bastelhack. Die Entwicklung der 10^-7rad Kiste hat 
etliche Personenjahre geschluckt, hat aber Spaß gemacht ;-)

Cheers
Detlef

Autor: Lothar Lehmann (lole)
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Hallo,

ich würde in diesem Fall mal den Umweg über analog machen. Mit zwei 
schnellen Komparatoren, ein bisschen Logik (Flanken auswerten) und einem 
RS-FlipFflop kriegst Du ein Rechtecksignal, dessen Tastverhältnis der 
Phasenverschiebung entspricht. Integrieren und auf einen AD Wandler, das 
müsste funktionieren.

Grüsse
Lothar

Autor: I_ H. (i_h)
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Ich seh schon, so kann ich es nicht machen. Eine andere Variante, die 
ich bisher nicht benutzt hab, ist, das über das Verhältnis der 
Amplituden der beiden Wechselspannungen zu ermitteln. Sprich von beiden 
Spannungen Vpp messen.

Ließe sich denn das realisieren? Hab testweise mal Diode+Kondensator 
gegen Masse an die Wechselspannung gelegt, das schien schon recht gut zu 
gehen, also deutlich genauer als ich's am Oszi ablesen kann, aber noch 
nicht genau genug. Schön wäre 1% Genauigkeit.

Autor: Lothar Lehmann (lole)
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I_ H. wrote:
> Eine andere Variante, die
> ich bisher nicht benutzt hab, ist, das über das Verhältnis der
> Amplituden der beiden Wechselspannungen zu ermitteln. Sprich von beiden
> Spannungen Vpp messen.
>

Die Amplitude der Spannungen hat nichts mit der Phasenlage zu tun. Du 
musst schon die Nulldurchgänge auswerten.

Autor: I_ H. (i_h)
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Bei der Induktivität muss ich über die Phase gehen, und das klappt mit'm 
Oszi schon recht gut, ist aber aufwendig.
Die Verluste wollte ich eigentlich auch über die Phase messen, das 
klappt aber nicht so gut. Desswegen will ich die über das Verhältnis der 
Spannungen messen.

Wär halt schön gewesen, wenn ich die Messung automatisieren könnte. Für 
jede Spule 40 Werte aufnehmen macht nicht soo viel Spaß (muss für Phase 
2 Messungen machen, dann wird's genauer). Aber wenn's mit vertretbarem 
Aufwand nicht geht, geht's halt nicht.

Autor: Lothar Lehmann (lole)
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Sooo aufwendig ist das ja nicht, was ich weiter oben angeregt habe. 2x 
Komparator (1 IC), Flankenauswertung (1 IC), FlipFlop (1 IC), Tiefpass 
(RC). Dann siehst Du die Phasenverschiebung auf einem DVM. Du musst die 
Anzeige in Volt nur auf die Grad's umrechnen, oder Du kalibrierst einen 
Spannungsteiler für Deine Anzeige. In SMD 2cm².

Autor: schnudl (Gast)
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wenn es nur um die induktivität einer spule geht, wieso brauchst du denn 
das auf 0,1% genau? bist du sicher, dass du diese genauigkeit überhaupt 
brauchst?

Wenn irgendetwas davon abhängt ob eine spule 1mH oder 1.001mH hat, dann 
ist es meines erachtens sowieso ein fehlkonzept, da dies schon durch 
jeden windhauch verändert wird.

Wenn du die mess-schaltung für jeden frequenzbereich geeignet 
dimensionierst, dann bekommst du ausreichende phasenverschiebungen 
zwischen strom und spannung und brauchst nicht in der nullpunktsgegend 
herumzukrebsen.

nur meine meinung...

Autor: Andreas R. (rebirama)
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du könntest auch
1)beide Signale addieren und dann des Spitzenwert messen =A
2)zu erst die Spitzenwerte Messen und dann addieren =B
3)Aus dem Verhältnis von A und B auf die Phasenabweichung Rückrechnen

Autor: Thomas Müller (Gast)
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Hallo,

gugts du hier:

http://www.msc-ge.com/frame/d/produkte/ele_kom/tdc...

Mit Starterkit was will man mehr. Wenn Du die "gut" kennst gibst sogar 
ein Sample.

Ciao

Autor: I_ H. (i_h)
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Lothar Lehmann wrote:
> Sooo aufwendig ist das ja nicht, was ich weiter oben angeregt habe. 2x
> Komparator (1 IC), Flankenauswertung (1 IC), FlipFlop (1 IC), Tiefpass
> (RC). Dann siehst Du die Phasenverschiebung auf einem DVM. Du musst die
> Anzeige in Volt nur auf die Grad's umrechnen, oder Du kalibrierst einen
> Spannungsteiler für Deine Anzeige. In SMD 2cm².

Naja, die Genauigkeit dürfte halt relativ schlecht sein. Hab mal 
testweise einen Komparator drangehängt (LM319). Der ist sicher nicht der 
allerschnellste, aber 40ns sind schon nicht langsam. Nu brauch ich aber 
2 von den Dingern, die sicher leicht unterschiedliche Reaktionszeiten 
haben.

Ich glaub halt nicht so ganz an die 0.1° Genauigkeit. Hab hier schon bei 
viel einfacheren Aufbauten Fehler von Faktor 2 im Endergebnis gehabt. 
Die Spannung auf'm Tiefpass muss das Multimeter zB. auf 1.4mV genau 
ausmessen, und das Flipflop muss die auch so genau erzeugen (allein die 
Tolleranz der Logikpegel dürfte ein Vielfaches sein).

@ schnudl

> wenn es nur um die induktivität einer spule geht, wieso brauchst du denn
> das auf 0,1% genau? bist du sicher, dass du diese genauigkeit überhaupt
> brauchst?

Die Induktivität kann ich bei weitem nicht so genau messen, weil 0.1% 
Änderung der Induktivität auf die Phasenverschiebung einen Einfluss 
<<0.1% hat.

Autor: Lothar Lehmann (lole)
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Der LM 319 ist sicher nicht der schnellste. Wenn Du einen Dualkoparator, 
etwas schnelleres benutzt, werden die Differenzen der beiden sehr gering 
sein. gleicher Chip, gleiches Design. Es gibt auch Typen mit 1ns. Wenn 
Genauigkeit gefordert ist, erfordert das auch ein bisschen Aufwand, 
zumindest in der Wahl der Komponenten.

Autor: I_ H. (i_h)
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Kennst du zufällig so einen schnellen Komparator? Von der Sache würde es 
reichen wenn ich aus den Signalen ein Rechteck mache, das Rechteck kann 
ich dann problemlos mit dem Timereinschub im Oszi vermessen. Bei dem ist 
es halt nur fuzzelig den 0-Durchgang richtig zu treffen.
Je geringer der den Eingang belastet desto besser.

Autor: 6637 (Gast)
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Schnelle Komparatoren gibt es auch beliebig viele. zB Bein 
AnalogDevices.
Ein einfacherer Ansatz als die bisher gehoertenn, waere das Signal 
hochzumultiplizieren. Mit einem PLL zu verhundertfachen und dann zu 
vergleichen. Was zeitlich bei 1MHz 0.1Grad ist, ist bei 100Mhz sind 
10Grad. Der Vorteil dabei ist, dass der Nulldurchgang bezueglich der 
gewuenschten Aufloesung eine vernuenftig steile Flanke hat.

Autor: I_ H. (i_h)
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Hab mal bei Farnell geguckt. Die haben zwar welche da, aber billig sind 
sie net grad, irgendwo auch verständlich.

Wollte halt nur mal eben so 'n Haufen unbekannter Ringkerne durchmessen, 
und mich nicht die nächsten Wochen damit beschäftigen eine ultragenaue 
Phasenmessung zu realisieren.
Hab jetzt auch für die Verluste halbwegs brauchbare Resultate. In der 
Messung dürften zwar einige Fehler stecken, aber solange der Fehler über 
die Messung konstant bleibt kommt eigentlich recht brauchbares raus.

Hab grad mal einen Ferritkern durchgemessen ( 
http://www.jfuhlemann.de/tmp/graph2.png ), mit 3 verschiedenen 
Widerständen. Das oben ist die reelle Induktivität, das unten die 
imaginäre, also Verlust. Bei 300kHz steigen die Verluste also ziemlich 
sprunghaft an. Hätte gern noch weiter gemessen, aber Induktivität war zu 
groß.

Autor: Vladi (Gast)
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Hi, Ich versuche gerade auch zwei analoge signale auf ihre 
Phasenverschiebung zu analysieren. Ich habe zwei Antennen die auf 60Khz 
abgestimmt sind und möchte jetzt zwichen ihnen die Phasenverschiebung 
analysieren. Die Phase kann ich schon mit Allpass schieben. Jetzt möchte 
ich das mir 2 FlipFlops die Phasenverschiebung auswerten. Ich meine wenn 
die Phase zwischen beiden Signalen 0 ist dann soll eine LED blinken.
Weiß nicht genau wie ich das machen soll. Mein Ansatz war die analoge 
Signale zu digitalisieren mit Schmitt_trigger und Buffer dann die 
Signale  auf die JK-FFs und nach den FFs auf ein AND. Das die Theorie. 
In der Simulation geht das noch nicht. Kann sein mein Ansatz ist falsch. 
Hat einer von euch eine Idee wie ich das noch machen kann.
Danke Danke

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Vladi schrieb:
> Hi, Ich versuche gerade auch zwei analoge signale auf ihre
> Phasenverschiebung zu analysieren.

Hi, Vladi,

probier doch mal:
1. Umschalter zwischen den beiden Antennen. Diodenumschalter. Könnte 
auch ein kleines Relais sein, wenn es wesentlich schneller umschaltet, 
als die AGC des nachfolgenden Empfängers reagiert. Denn die AGC hat in 
Nicht-Peilempfängern gewöhnlich einen Einfluss auf die Gruppenlaufzeit 
in den Verstärkern.
2. Empfänger dahinter.
3. PLL an dessen ZF.
4. Miss die Phasensprünge.

Unter "Direction Finding Doppler" wirst Du im Netz Vorschläge finden für 
Funkpeiler, die jedoch einen FM-Empfänger verwenden. Der Phasensprung 
beim Umschalten ist in der NF als Brummton zu hören. Wird die 
"Interferometer-Antenne" gedreht bis zum Verschwinden des Brummtons, ist 
die Richtung zum Sender gefunden.

Ciao
Wolfgang Horn

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