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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 50Hz aus Fotodioden-Signal filtern


Autor: Jan M. (mueschel)
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Hallo,
ich habe hier eine einfache Schaltung, die das Signal einer Fotodiode 
auswertet um bei einem schnellen Helligkeitsanstieg einen Schaltausgang 
zu betätigen. Die Diode ist eine BPW34, ich verwende einen LM324 OpAmp 
um den Diodenstrom zuerst in eine Spannung zu konvertieren, dann zu 
differenzieren und dann mit einem Komparator das Ausgangssignal zu 
erzeugen.

Soweit funktioniert die Schaltung auch einwandfrei, nur ist sie 
empfindlich auf die Helligkeitsschwankungen normaler Glühbirnen. Mein 
Problem ist nun, dass einige der zu messenden Signale (z.B. ein Winken 
mit der Hand) ganz ähnliche Anstiegszeiten (100µs - 50ms) hat wie das 
Signal durch die Glühbirne, deswegen scheidet ein einfacher 
Bandpassfilter wohl aus. Das Herunterdrehen der Empfindlichkeit ist zwar 
möglich, dann leidet aber natürlich auch die Erkennung der gewünschten 
Signale.

Habt ihr irgendwelche Ideen?

Autor: Vater vom bedroullieninhaber (Gast)
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Bandsperre: siehe Anhang

Autor: Bernd G. (Firma: LWL flex SSI) (berndg)
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Du solltest die Bandsperre aber besser auf 100 Hz dimensionieren, wenn 
du am selben Stromnetz hängst, wie ich. :-)).

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Die Digitalmultimeter wandeln mit Bruchteilen von 50 Hz, damit ergibt 
der Netzbrumm im Idealfall einen Gleichspannungsanteil, sonst eine 
langsame Schwebung. Manche sind umschaltbar 50/60 Hz
MAX110 von Maxim:
http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX110-MAX111.pdf
Up to 50 Conversions/sec, 50Hz/60Hz Rejection
Auf Seite 18 ist der Frequenzgang abgebildet, mit Sperrfrequenzen auf 50 
und 60 Hz

Autor: Vater vom bedroullieninhaber (Gast)
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> aber besser auf 100 Hz dimensionieren..

In den Feldern rechts stehen die Werte für 100Hz( so, oder so ähnlich, 
sagt der Niederrheiner)

Autor: Bernd G. (Firma: LWL flex SSI) (berndg)
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Ähm ja...

Autor: Vater vom bedroullieninhaber (Gast)
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Appropo Glühlampenlicht: Ist der Wendel nicht so träge, dass der 
Wechselstrom in ein Gleichlicht verwandelt wird?

Bei Leuchtstoffröhren ist die Problematik klar.

Ich vermute auch, dass der TO 50Hz-Brummeinstreuungen in seine Schaltung 
hat.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

100 Hz --> die Glühbirne ist das Problem (Leistung U*I hat die Frequenz
           100Hz)
50 Hz  --> Netzstörungen sind das Problem

Wenn wirklich die Glühbirne stört, solltest Du den Empfänger optisch 
abschirmen oder das Licht mit einer Halogenlampe auf Gleichstrombasis 
betreiben.

Wenn die Störung bei 50 Hz liegt, mußt Du Dich nochmal um das Layout 
kümmern (größerer Entstörkondensator, Spannungsregler verwenden).



Gruß,
  Michael

Autor: Bernd K. (Gast)
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Welche Frequenz hat dein zu detektierendes Signal?

Autor: Vater vom bedroullieninhaber (Gast)
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> Leistung U*I hat die Frequenz 100Hz

Wie jetzt?

U und I sind in Phase, wie verdoppelt sich da die Frequenz?

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Noch besser ist ein Kammfilter, das unterdrückt auch Vielfache der 
Netzfrequenz
http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/tool...

 und das beste ein adaptives Filter, das läßt sogar 50 Hz Signalanteile 
durch wenn sie 90 Grad gegen die Netzfrequenz verschoben sind.

Autor: Klaus (Gast)
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Such mal nach tda4050 die machen es da mit einem doppel T Bandpass,
der nur den Träger durchlässt.

Klaus

Autor: Klaus (Gast)
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@ Vater vom bedroullieninhaber

>Wie jetzt?

>U und I sind in Phase, wie verdoppelt sich da die Frequenz?

.. weil die Lampe bei der pos. und bei der neg. Halbwelle
   aufleuchtet.

Klaus

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> wie verdoppelt sich da die Frequenz?
Trafos brummen auch mit 100 Hz, weil die Leistung auch bei negativen 
Halbwellen P = (-I * -U) positiv ist  ;-)

Und Trafobleche und Glühwendeln richten sich nach der Leistung.

Autor: Jan M. (mueschel)
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@Christoph:
Gute Idee, meine Schaltung ist aber komplett analog und maximal 50 Hz 
Wandlungsrate wäre zu langsam.

@Vater...:
Diese Steilheit des Filters sollte wohl sicher ausreichen für meine 
Zwecke. Darf ich fragen, welches Programm das ist?
Die Dimensionierung mit 47k und (33+1)nF dürfte wohl einfacher zu 
realisieren sein als die angegebene.

Autor: Vater vom bedroullieninhaber (Gast)
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@Klaus

Ist mir schon klar, aber was hat die 'Leistung U*I' damit zu tun?

Autor: Klaus (Gast)
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weis ich auch nicht :)

Autor: Jan M. (mueschel)
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>Wenn wirklich die Glühbirne stört, solltest Du den Empfänger optisch
>abschirmen oder das Licht mit einer Halogenlampe auf Gleichstrombasis
>betreiben.

Es ist eindeutig ein optisches Problem - ein Blatt Papier zwischen Lampe 
und Sensor reicht und ja, es sind 100Hz.
Energiesparlampen, Neonröhren und CCFL machen kein Problem. Dagegen habe 
ich die Störung schon mit jeder beliebigen Glühbirne und Halogenlampe 
(außer an einem elektronischen Trafo) beobachten können.



>Welche Frequenz hat dein zu detektierendes Signal?
Es ist nicht-periodisch, die Anstiegszeiten sind wie oben geschrieben 
etwa 100us - 50ms, je nach dem.


>Noch besser ist ein Kammfilter
Das wäre Overkill für meine Anwendung.



@all: Vielen Dank für die vielen Vorschläge!

Autor: Vater vom bedroullieninhaber (Gast)
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@Jan M.

> Darf ich fragen, welches Programm das ist?

Vor 10 Jahren hab ich mir mit VB4(VB5) ein Program geschrieben, das so 
ca.100 Arbeitsblätter enthält, mit Berechnungsmöglichkeiten für die 
tägliche Laborarbeit. Jetzt, nach 3-PC-Generationen und 3 Umzügen ist 
der Quellcode futsch. Zumindest hab ich mal angefangen in VB.net alles 
neu zu schreiben.
Aber das dauert...

Im Anhang die Berechnung für 47k und 34n. Bitte die Werte für R/2 und 
2*C im Auge behalten. Die Heimtücke bei diesem Filter liegt in den 
notwendigen engen Toleranzen.

Autor: Vater vom bedroullieninhaber (Gast)
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Mist. das soll doch 34nF sein..

Autor: Bernd K. (Gast)
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halte uns mal auf dem Laufenden, ob du mit dem Ergebnis zufrieden bist..

Autor: Jan M. (mueschel)
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@Vater: Danke nochmal!

@Bernd: Werde ich tun sobald ich etwas vorzuweisen habe.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Vater vom bedroullieninhaber,

>> Leistung U*I hat die Frequenz 100Hz

> Wie jetzt?
> U und I sind in Phase, wie verdoppelt sich da die Frequenz?

Der Strom fließt
- 50mal pro Sekunde von links nach rechts
- 50mal pro Sekunde von rechts nach links
Dabei wird es jedes Mal (also 100mal pro Sekunde) hell. Die Glühlampe 
weiß nichts von der Stromrichtung.

U*I = U²/R führt zu einer Quadrierung des Signals. Die untere Halbwelle 
wird "nach oben geklappt"; daher wiederholt sich das Leistungssignal 
schon nach einer Sinus-Halbwelle.


Gruß,
  Michael

Autor: Jan M. (mueschel)
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So, gestern bin ich dazu gekommen, die Schaltung auszuprobieren. Da ich 
keine 33nF gefunden habe, bin ich auf 150k / 10nF gewechselt. Benutzt 
habe ich normale Bauteile mit 1% bzw. 10%, die ich noch mit meinem 
normalen Multimeter selektiert habe - die Kapazitätsmessung dürfte aber 
ihrerseits auch einen Fehler von mindestens 10% gehabt haben.

Wie fast zu erwarten war, war mit dieser Schaltung kein wirklicher 
Filtereffekt für die Störungen zu merken. Deswegen habe ich den 1/2R 
durch ein Poti ersetzt, wobei die beste Filterwirkung bei einer 
Einstellung von 56k zu finden war. Die Qualität des Filters dürfte 
dadurch zwar gesunken sein, für meinen Zweck funktioniert er so aber 
zufriedenstellend. Der Poti aus Vaters Schaltung steht dabei am oberen 
Anschlag, ist also praktisch außer Funktion.

Wenn ich eine Gelegenheit finde, werde ich mir den Frequenzgang nochmal 
etwas genauer anschauen und berichten.
Die komplette Schaltung habe ich noch angehängt. Von links nach rechts: 
Strom-Spannungswandlung, 100Hz-Filter, Differenzierer, einstellbarer 
Komparator.

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