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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Unterschiede Filter und welchen wo


Autor: Andreas Riegebauer (blackpuma)
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Hallo!

Ich bins wieder mal mit einer Allgemeinen Frage.

Welche Filter gibt es alles, wo sind die Unterschiede und wo wird 
welcher eingesetzt?

Im speziellen suche ich einen Filter den ich vor meinen A/D Wandler 
bauen kann. Was heißt dabei Messfreuqenz 300Hz? Heißt das 300 Samples 
pro Sekunde? Wie muss ich einen Tiefpass od Hochpass berechnen bzw. 
welchen brauche ich?

Danke
Andreas

Autor: Gast (Gast)
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Hallo
du brauchst einen Tiefpassfilter der bei 150 Hz keinen nenneswerten 
Signalpegel durchlässt. Das hängt von der Auflösung des AD Wandlers ab
Stichpunkt ist: nyquist

Gruß

Autor: Andreas Riegebauer (blackpuma)
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Ich habe in meinem Fall kein Sinussignal oder etwas das sich viel 
ändert. Es handelt sich um einen Drucksensor mit einem A/D-Wandler in 
meinem Modellflugzeug. Im Moment habe ich einen 10 Bit A/D Wandler der 
aber durch einen 12 od 14 Bit ausgetauscht wird. Wie muss ich den Filter 
wählen wenn ich 100 Messungen pro Sekunde mache?

Meine Frage hat sich auch darauf bezogen welche Filter es gibt und 
welche Unterschiede es gibt. Also welche Vorteile hat zB. ein Filter mit 
einem OpAMP im Gegensatz zu einem normalen Tiefpass.

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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Aktive Filter sind steiler als passive. Wenn ichs recht in Erinnerung 
habe, hat ein normaler RC-Filter 3 dB pro Oktave, ein LC-Filter 6 dB. 
Und mit OPV sind 18 und auch 24 dB Flankensteilheit kein Problem.

MW

Autor: Dieter Stotz (bulova)
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Andreas,

nicht so einfach zu beantworten. Wenn Du einfach nur möglichst schnell 
messen möchtest, die einzelnen Werte jedoch NICHT für den Rückschluss 
für einen zeitl. Verlauf unterhalb 150 Hz herangezogen werden sollen, 
dann würde ich kein Filter vorsetzen. Das Ergebnis stellt dann einfach 
Momentanwerte dar.

Sollen jedoch Verläufe unterhalb 150 Hz dargestellt werden, so braucht 
man ein steilflankiges Tiefpassfilter. Ob mit OP oder ohne, kommt auf 
die Bedürfnisse an. Aktive Filter kann man recht steilflankig machen bei 
geringem Aufwand, allerdings sind dann engtolterierte Bauelemente nötig. 
Die Auslegung von Filtern steht ausführlich im Tietze-Schenk.

Dieter

Autor: Dieter Stotz (bulova)
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QMichael: Normale RC-Glieder haben eine Steilheit von 6 dB/Okt, 
LC-Filter 12 dB/Okt.

Dieter

Autor: Der Faule (Gast)
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@Dieter

Filter 1. Ordnung 6db/Dekade

Filter 2. Ordnung 12db/Dekade

Autor: Der Faule (Gast)
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@Dieter

Sorry, Bullshit meinerseits

Du hast natürlich Recht!

Autor: Andreas Riegebauer (blackpuma)
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Dieter Stotz wrote:
> Sollen jedoch Verläufe unterhalb 150 Hz dargestellt werden, ...

Was heißt das? Wenn ich das in Excel in ein Diagramm packe?

Autor: David (Gast)
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1) Ein AD-Wandler hat eine Abtastrate.
2) Abtasttheorem beachten, maximale Nutzfrequenz < 1/2 Abtastfrequenz 
--> besser mindestens faktor 4 dazwischen
3) TP davor, wenn sich das System selbst nicht wie ein TP verhält, 
ansonsten Faltungen.... Deine aussagen sind für mich unklar, kann dir 
daher nichts über die dimensionierung sagen.

Autor: Dieter Stotz (bulova)
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Andreas,

ich weiß ja nicht, was Du mit den Messwerten machst. Man könnte sie ja 
auch wieder über DAC ausgeben oder auch Tendenzen angeben. Letztere 
hätten z. B. wenig Sinn, wenn zwischen zwei Abtastungen sehr viel 
passiert und eigentlich andere Tendenzen vorherrschen. Oder vielleicht 
möchte man ein Spektrum errechnen...dann ist ein Anti-Aliasing-Tiefpass 
am Eingang unerlässlich.

Aber wie gesagt: Wenn das irrelevant ist, braucht man das Abtasttheorem 
nicht zu beachten. Dann hat man halt die Werte, die abgetastet wurden.


Dieter

Autor: yalu (Gast)
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Was wird denn mit dem Drucksensor gemessen, und was für ein
Drucksensor ist das?

Ich frage deswegen, weil die obere Grenzfrequenz des Signals Einfluss
auf die Filterauslegeung hat. Die obere Grenzfrequenz des Signals
hängt davon ab, wo der Druck gemessen wird. Ändert sich der Druck nur
langsam, wie bspw. der Luftdruck im Freien bei Windstille, ist die
Grenzfrequenz niedrig. Der Drucksensor reagiert auch nicht beliebig
schnell und hat somit selbst Tiefpasseigenschaften.

Wichtig ist, dass die höchste Frequenz (f1), die im Signal vorkommt
und auch tatsächlich erfasst werden soll, möglichst ohne Abschwächung
an den ADC gelangt, während die halbe Abtastfrequenz (f2) fast
vollständig blockiert wird. Aus dem Verhältnis dieser beiden
Frequenzen f2/f1 und dem maximal erlaubten Messfehler ergibt sich die
erforderliche Ordnung des Filters. Während Filter 1. und 2. Ordnung
noch leicht zu realisieren sind, steigt der Aufwand bei höherer
Ordnung.

Liegen f1 und f2 zu dicht beisammen, so dass men diese Frequenzen nur
mit einem Filter sehr hoher Ordnung trennen kann, ist zu überlegen, ob
man nicht die Abtastfrequenz erhöhen kann, so dass der Aufwand für das
Filter gesenkt wird.

Vielleicht stellst du am Ende dieser Überlegungen aber auch fest, dass
du überhaupt kein Filter brauchst ;-) Drucksensor hört sich irgendwie
langsam an.

Autor: Andreas Riegebauer (blackpuma)
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Der Drucksensor ist in einem Höhenmesser verbaut. Höhe die erreicht wird 
max 300m innerhalb von 5 Sekunden. Also ein stetiger Anstieg der 
Spannung.

Was ich Filtern will ist das rauschen. Wenn ich die Rakete oder mein 
Modellflugzeug auf den Boden lege und ich starte eine Messung dann habe 
ich keinen Konstanten wert. Einmal etwas höher einmal niedriger.

Oder einen Schubmessstand für meine Modellraketenmotoren. Der Motor hat 
einmal kräftig Schub und dann nimmt er ab. Da ist Rauschen nicht 
brauchbar.

Ist klar wenn ich ein Sinussignal habe das ich messen will, dass ich den 
Tiefpass nicht so wähle das mein Sinus Signal gar nicht mehr durch 
kommt. Aber wenn ich ein Signal habe das sich nicht Periodisch ändert 
was mach ich dann?

Autor: yalu (Gast)
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Ich würde mal mit einem einfachen RC-Tiefpass mit einer Zeitkonstante
von etwa 3ms anfangen. Bei einer Steiggeschwindigkeit von 60m/s hinkt
der Messwert damit etwa 18cm hinter dem Istwert her. Ist das zuviel?

Die Grenzfrequenz des Filters liegt bei 53Hz, höhere Frequenzen werden
mit etwa 6dB/Oktave abgeschwächt. Rauschen im kHz-Bereich wird damit
einigermaßen unterdrückt. Bei niederfrequenterem Rauschen könnte man die
Ordung auf 2 erhöhen, bei gleicher Grenzfrequenz.

Enthält das Rauschen auch Anteile unter 50Hz, wird es schwierig, da die
Unterdrückung diser Frequenzen mit einer größeren Signalverzögerung des
Filters einher geht, was die Messgenauigkeit bei hohen Steiggeschwindig-
keiten verschlechtern würde.

Autor: Dieter Stotz (bulova)
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Andreas,

Rauschen, welches vom Sensor bzw. dessen Verstärker kommt, kann man 
durch ein einfaches RC-Glied unterdrücken. Genausogut kann man es per 
Software filtern (das hat u. U. sogar den Vorteil, dass man die 
Auflösung steigern kann).

Die Frage ist, wie groß die Zeit der Sprungantwort sein darf. Teilweise 
definiert man die Zeit dergestalt, dass man einen Einheitssprung 
generiert und am Ausgang schaut, nach welcher Zeit 90% dieses Sprunges 
erreicht sind (sog. T90). Danach kann man die Zeitkonstante des 
RC-Gliedes und wiederum die Auslegung der Komponenten berechnen, nämlich 
RC = T90/ln(10)


Kaskadierte RC-Glieder sind natürlich auch möglich und haben Vorteile 
bzgl. Unterdrückung der höheren Frequenzen und/oder der 
Reaktionsgeschwindigkeit (je nach Auslegung).


Dieter

Autor: JLo0815 (Gast)
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Drucksensoren haben i. d. R. selbst eine Grenzfrequenz von ca. 30-50Hz, 
ich nehme daher mal an dass es sich um niederfrequentes Rauschen 
handelt. Was für ein Drucksensor ist es denn (Messbereich)? Ich vermute 
übrigens, dass dir der Tausch auf 12- oder 14bit ADC nichts an 
Genauigkeit bringt, da du dann schon in die Hysteresefehler des Sensors 
kommem dürftest

Autor: Gast (Gast)
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Wenn du den Steigflug von deinener Rakete bestimmen willst messe einfach 
so schnell wir möglich (außer du hast nicht so viel Speicherplatz) und 
verlege die Filterung auf den PC.
Wenn der Speicher begrenzt ist kannst du auch auch z.B 64 10 Bit Werte 
in einem 16Bit int aufaddieren, und so einen Mittelwert bilden.

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