mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Phasenverschiebung auswerten


Autor: Stumpi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo
ich bin dabei zu versuchen eine Phasenverschiebung bei den Frequenzen 5, 
50 und 100khz auszuwerten komme jedoch nicht so richtig weiter.

also ich erzeuge mir ein 5,50 oder 100khz signal welches an einem "Z"
anliegt dieses Z kann aus beliebigen R und C kombinationen bestehen(in 
reihe dazu ist noch ein 500ohm widerstand um über diesem zu messen)

ich möchte dann die spannung am punkt wo eingespeist wird messen und 
über meinem 500ohm messwiderstand.
diese differenz sollte mir sagen was über dem Z an Spannung abfällt.
zusätlich möchte ich ebenfalls am punkt wo eingespeist wird und über dem 
500ohm messwiderstand die phasenverschiebung messen um danach den realen 
und kapazitiven anteil meines Z zu berechnen.

hoffe da ist net schon nen dicker bock drin^^

meine phasen auswertung besteht im moment aus 2 op-amps welche aus dem 
sinus einen rechteckmachen (einer invertiert) und dann geht das ganze 
auf ein und gatter. dieses wirft dann peaks entsprechend der 
phasenverschienung raus die ich dann gleichrichte und mit internem adc 
messe.

tendentiel funktioniert das auch bei den 5khz.
bei den höheren frequenzen gehen kleine phasenverschibungen in den 
ansteigenden flanken der op´s unter (lt1056 / 14v/µs).

also ich habe bisher 2  hauptprobleme:
1. die zu vergleichenden phasen haben unterschiedliche amplituden wo mir 
nur einfällt als lösung nen rechteck draus zumachen.
2. 3 frequenzen 5,50,100khz wobei die hohenfreqenzen wie erwartet die 
meisten probleme machen.

ich habe überlegt einfach noch schnellere op´s zu nehmen oder zu 
versuchen eine pll aufzubauen und statt mit der regelspannung nach 
zuregeln diese auf meinen adc zu geben und die phasenverschiebung so zu 
messen.

jemand mit so etwas erfahrungen?

ist denke mir in lc-metern sollte die messung auch über den phasenwinkel 
laufen nur wie bekomme ich das auch noch mindestens aufs grad genau bei 
100khz?

Autor: Oha (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ein AD8302 ...

Autor: Stumpi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
den habe ich hier und schon mal getestet jedoch gibt der auch nur 
hausnummern raus wenn nicht die amplituden genau stimmen.
und zumindest eins der signale kann in abhängigkeit von Z von 10Vpp bis 
2Vpp schwanken.

Autor: yalu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Oha schrieb:

> Ein AD8302 ...

Stumpi schrieb:
> den habe ich hier und schon mal getestet jedoch gibt der auch nur
> hausnummern raus wenn nicht die amplituden genau stimmen.

Der AD8302 sollte eigentlich halbwegs stimmen. Er arbeitet nach dem
gleichen Prinzip, wie du es schon versucht hast: Die Eingangssignale
werden um einen hohen Faktor verstärkt und begrenzt, was ein
rechteckähnliches Signal ergibt. Dann werden die beiden Signale
multipliziert, was bei Rechtecksignalen einfach durch ein XOR-Operation
realisiert wird. Der Gleichanteil des resultierenden Rechtecksignals
(per Tiefpass gewonnen) ist proportional zur Phasenverschiebung.

Das Ganze funktioniert aber nur dann, wenn deine Eingangssignale im
angegebenen Bereich liegen. Dieser Bereich reicht von -73dBV bis -13dBV,
was 0,22mVeff bis 0,22Veff entspricht, deckt also eine Spanne von Faktor
1000 zwischen dem kleinsten und dem größten Wert ab.

Autor: Stumpi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
mmh werd das ganze mit dem ad8302 noch mal ordentlich auf platine ätzen 
ohne luftverhau und alles entsprechend entkoppelt zum rest der 
schaltung.

hoffe ich hab vorher einfach was net richtig beachtet oder störende 
gleichspannungsanteile gehabt die mir da was versaut haben.

thx erstmal

Autor: Alexander Liebhold (lippi2000)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mmmh...,
also wenn ich mal überschlage. Im schlimmsten Fall sind beide 
Komparatorflanken exakt hintereinander, dann ergibt sich eine die 
doppelte Anstiegszeit mit SR =  (1/2)*14V/µs = 7V/µs. Bei einem 
Ausgangspegel von 5V ergeben sich dann 714ns Anstiegszeit. Und jetzt der 
verlaufene Phasenwinkel:

Macht einen Differenzwinkel von 25° den du nicht detektieren kannst.

Sprich: Für einen Phasenwinkel von

ca. 10° folgt SR = 278ns --> 18V/µs
ca. 1°  folgt SR = 27,8ns --> 180V/µs

Bei Analog Devices der AD8561 hat tp = 9,8ns und tr = 4ns --> 14ns
Es sind also theoretisch 0,5° möglich.

Autor: Dimitri Penner (dima)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
yalu schrieb:

> Der AD8302 sollte eigentlich halbwegs stimmen. Er arbeitet nach dem
> gleichen Prinzip, wie du es schon versucht hast: Die Eingangssignale
> werden um einen hohen Faktor verstärkt und begrenzt, was ein
> rechteckähnliches Signal ergibt. Dann werden die beiden Signale
> multipliziert, was bei Rechtecksignalen einfach durch ein XOR-Operation
> realisiert wird. Der Gleichanteil des resultierenden Rechtecksignals
> (per Tiefpass gewonnen) ist proportional zur Phasenverschiebung.


Entschuldigt falls ich diesen Thread wieder hervorhebe, aber da ich 
einigermassen ein N00b auf diesm Gebiet bin wollt ich sehr gerne wissen 
warum das so ist?
Warum multipliziert man die Rechtecktsignale miteinander und vorallem 
dingen warum ist dann der Gleichanteil proportional zur 
Phasenverschiebung?
Und welche Vorteile hat diese Methode gegenüber der Flankenauswertung 
beider Rechtecksignale?

Autor: Ulrich (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Durch die Multiplikation der Signale bekommt man eine PWM Signal. Die 
Pulslänge entspricht dabei gerade der Verzögerung. Der Niederfrequente 
Anteil ist gerade Pulslänge geteil durch Periodenlänge - ähnlich wie die 
Phase, die ist Verzögerung geteilt durch Periodenlänge mal 2 Pi.

Vorteile hat da Verfahren über die Multiplikation bzw. das PWM Signal 
bei hohen Frequenzen. Der AD8302 geht immerhin bis in den GHz Bereich.

Bei niedrigen Frequenzen (z.B. unter 10 kHz) kann man besser direkt die 
Verzögerungen messen.

Autor: butsu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ulrich schrieb:
> Bei niedrigen Frequenzen (z.B. unter 10 kHz) kann man besser direkt die
> Verzögerungen messen.

Mich interessiert das Thema auch, bei mir geht's um Frequenzen im 
unteren kHz-Bereich.
Wie kann man die Verzögerungen möglichst genau messen, wenn sich bei 
mindestes einem Signal zusätzlich zur Phasenlage auch die Amplitude 
ändert? Natürlich könnte man beide Signale mit groß genuger Frequenz 
abtasten, jeweils die Maxima suchen und die Zeit dazwischen bestimmen. 
Aber das geht doch sicher auch eleganter, oder?

Gruß!

Autor: Ralph Berres (rberres)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Phasenverschiebungen kann man mit einen Analaogmultiplizierer messen.

Wenn man auf die beiden Eingänge des Multiplizierers die gleiche 
Frequenz drauf gibt, kommt zum einen die doppelte Frequenz raus und zum 
zweiten eine Gleichspannung, die dem Phasenunterschied der beiden 
Signale  entspricht. Die mathematischen Grundlagen dazu kann man nter 
dem Stichwort
Modulation bzw Mischer nachschauen.

Ralph Berres

Autor: butsu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
die Gleichspannung hängt aber nicht nur von der Phasenverschiebung ab, 
sondern auch von der Amplitude der Signale. In meinem konkreten Fall 
ändert sich auch immer die Amplitude, wenn die Phasenverschiebung 
varriert. Die Amplitude interessiert mich dabei nicht weiter, ich will 
nur die Phasenverschiebung messen.

Autor: Christian (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
wenn du die Amplituden aber beide getrennt misst, kannst du das 
kompensieren

Autor: Ulirch (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bei Signalen in KHz Bereich könnte man das Signal mit der Soundkarte 
Aufnehmen und dann digital verarbeiten.  Wenn die Rechenzeit nicht so 
knapp ist, kann man an die beiden Signale unabhängig voneinander einen 
Sinus (oder die passenden Welllenform) anpassen und dann einfach die 
Phasendifferenz bilden. Bei den heutigen PCs sollte die Rechenleistung 
ausreichen, das auch in Echtzeit zu erledigen.

Als Referenzpunkt eignen sich die Nulldurchgänge besser als die Maxima 
und Minima, die sind genauer zu bestimmen.

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
butsu schrieb:
> Wie kann man die Verzögerungen möglichst genau messen, wenn sich bei
> mindestes einem Signal zusätzlich zur Phasenlage auch die Amplitude
> ändert?

Hi, butsu,

beginnst Du, den Stein der Weisen zu erforschen?

Weil, präzise messen kannst Du nur quasistationäre Signale. So groß die 
Variation im Signal wegen Modulation, so sehr kannst Du auf die 
Präzision verzichten.

Du kannst die Amplitudenmodulation mathematisch ausdrücken mit der 
Fourier-Transformierten. Im Spektrum siehst Du dann den Träger und zwei 
Seitenbänder.
Was davon willst Du denn nun messen?

Ciao
Wolfgang Horn

Autor: Michel (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
butsu schrieb:
> Die Amplitude interessiert mich dabei nicht weiter, ich will
> nur die Phasenverschiebung messen.

Schick die Signale durch einen Begrenzer/Nulldurchgangsdetektor. Dann 
kannst du entweder die Zeit zwischen den Flanken messen oder du 
multipliziere die Vorzeichen per XOR-Verknüpfung. Das tiefpaßgefilterte 
XOR-Signal (PWM) enthält die gesuchte Phase (ohne Amplitudenanteil).
Beitrag "Re: Phasenverschiebung auswerten"

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sollte es um Goldsuchgeräte (Metalldetektoren) gehen , ist es
eine beliebte Technik, das Nutzsignal quasi unendlich stark
zu verstärken, um aus dem Nulldurchgang sozusagen das letzte
rauszukitzeln.
In Assembler geht es aber auch mit nem ATmega.

Gruss K.

Autor: butsu (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ Wolfgang Horn
die Signale die ich habe sind quasistationär. Ein Signal hat z.B. 5kHz 
und eine konstante Amplitude. Das zweite Signal hat dieselbe Frequenz 
und eine variable Phasenverschiebung, die sich nur sehr langsam ändert. 
Die Amplitude des zweiten Signals ist mit der Phasenverschiebung 
korreliert, hat aber noch andere Einflußgrößen.

Die Nulldurchgänge (nach Verstärkung) zu suchen und die Zeit zwischen 
den Flanken zu messen erscheint mir vielversprechend! Klaus, hast du 
evtl. ein paar Links bzgl. der Metalldetektoren?

viele Grüße und danke für die Tipps!

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
butsu schrieb:
> Klaus, hast du
> evtl. ein paar Links bzgl. der Metalldetektoren?

z.B. hier:
http://www.geotech1.com/forums/index.php

Autor: Dimitri Penner (dima)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ralph Berres schrieb:
> Phasenverschiebungen kann man mit einen Analaogmultiplizierer messen.
>
> Wenn man auf die beiden Eingänge des Multiplizierers die gleiche
> Frequenz drauf gibt, kommt zum einen die doppelte Frequenz raus und zum
> zweiten eine Gleichspannung, die dem Phasenunterschied der beiden
> Signale  entspricht.

In welchem Maße entspricht denn die Gleichspannung dem 
Phasenunterschied?
Bzw. wenn ich jetzt die beiden Signale multipliziert hab und über nen TP 
den Gleichanteil raus gefiltert hab; Wie kann ich es dann weiter 
auswerten um an die genaue Phasenverschiebung ran zu kommen?

Autor: Ralph Berres (rberres)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Gleichanteil hinter dem Tiefpass, ist im etwa proportional zur 
Phasenverschiebung. Allerdings ist der Gleichanteil auch abhängig von 
der Größe des Eingangsignals , welche man multipliziert. Die müßte man 
also konstant halten.
Probiere es mal mit einem Ringmischer oder einer Gilbertzelle.

Analoge Multiplizierer haben den Vorteil, das es keine Totzeit gibt, wie 
bei den digitalen Multiplizierer ala X-OR Gatter usw.

Ralph Berres

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.