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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ist diese Schaltung Single Supply fähig?


Autor: Dominik (Gast)
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Hallo!

Ich möchte euch fragen, ob diese Schaltung (als png angehängt) single 
Supply fähig ist, an 5 Volt. Es werden LT1677 als OpAmps verwendet. 
Fallen euch noch bessere (rauschärmere) Singlesupply Opamps ein?

Was müsste ich ändern falls die Schaltung nicht passt?

Danke im Voraus,
Dominik

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

wenn du GND durch UB/2 ersetzt geht es.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Dominik schrieb:
> Was müsste ich ändern falls die Schaltung nicht passt?
Sieh dir mal deine Widerstände an und die Widerstände in einem 
Katalog...
13 MOhm und 16 MOhm Widerstände findest du nur in deiner Schaltung. Denn 
schon die Luftfeuchte auf deiner Platine hat bringt dir einen Widerstand 
in dieser Größenordnung zusammen...  :-o

Autor: Udo Schmitt (urschmitt)
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Wenn ich mal so böse sein darf :-)
typisch Simulation-Kiddies. Wir hatten damals noch keine Simulationen 
und wenn dauerten sie zu lange und die Modelle waren zu einfach.
Denk erst mal nach ob das Sinn macht: Bei 1 Hz Grenzfrequenz 
Kondensatoren im 10nF Bereich und dafür die Widerstände im 10 MOhm. Geh 
mal 1,5 - 2 Dekaden mit den Kondensatoren hoch, dann wird das auch real 
was.

Autor: Dominik (Gast)
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Hallo,

Bei unseren Programm von Filter Pro von Texas Instruments kann man die 
Werte von den Kondensatoren und Widerständen im nachhinein nicht mehr 
ändern...
Kennt ihr ein alternatives Programm zum berechnen des Filters??
Der Gleichanteil soll weggefiltert werden und bei 20Hz muss ich dabei im 
linearen Bereich der Butterworth Kurve sein.
@ Udo Schmitt :
Wie hängen die Werte der Widerstände mit den Werten des Kondensator 
zusammen?

LG Dominik

Autor: Tilo L. (katagia)
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Gerade bei FilterPro kann man sinnvolle E-Reihen angeben.
Ansonsten, wie schon geschrieben wurde, mit Spannugnsteiler und 
Impedanzwanlder Ub/2 erzeugen und als GND verwenden.
Nur um für ein Audiosignal den DC-Anteil herauszufiltern, ist die 
Schaltung viel zu aufwendig. da reicht ein Tiefpass 1. Ordnung, 4. 
Ordnung ist völlig übertrieben. Neben dem Amplitudengang solltest du dir 
auch über die Phase Gedanken machen.
Bei einem Audiosignal ist das fast wichtiger, da das Ohr darauf 
empfindlich reagiert.
Du solltest dir auch über die Signalquelle Gedanken machen. One 
Impedanzwandler kann die eventuell deine Filter beeinflussen.

Autor: Dominik (Gast)
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Es handelt sich ums Ausgangsignal eines Drucksensors und da muss der 
Gleichanteil weg und bei 20 Hertz müssen wir im linearen Bereich sein, 
weil wir die Lautstärke exakt messen wollen, bis 165 dB.

Da der Messbereich von 20 bis eta 100 Hz geht, kommen wir da nur mit 
einem 4th Order Hochpass in Butterworth Charakteristik hin. Wir haben 
die Tabellen durch rechnen lassen und nur so kommen wir auf eine 
akzeptable Genauigkeit.

Gibts da nicht ein paar Tricks? Irgendwie muss man ja draufkommen welche 
Bauteilwerte man für welchen Filter braucht?
Und bei Filterpro kann ich zwar die E Reihe vorgeben, nicht aber ob sehr 
große Widerstände ( > 1MOhm) verwendet werden, oder?

Danke und lg,
Dominik

Autor: Tilo L. (katagia)
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Der Gleichanteil ist der Offset des Sensors, also eine echte 
Gleichspannung, die wird zwar ein wenig Temperaturdrift haben, aber der 
ist im mHz-Bereich. Der HP kann also auch durchaus bei 0,1Hz angesetzt 
werden. Dann ist die Knickfrequenz weit genug von euren 20Hz weg.
Ist der Drucksensor überhaupt ausreichend linear? Vermutlich wird der 
mehr ausmachen.
Du solltest dir auch über einen Tiefpass Gedanken machen.
In Filterpro, zumindest mit der Version, mit der ich zuletzt gearbeitet 
habe, kann man sehr wohl einen R vorgeben. zu dem werden dann passend 
die anderen Bauteile berechnet. Die E-Reihe gibt nicht die Dekade vor. 
Die ergibt sich aus den Vorgaben. Die Cs solltest du einfach mal im uF 
Bereich ansetzen. Der Rest wird dann passend hinkommen.
Beachte aber immer deine Quellenimpedanz.

Autor: Dominik (Gast)
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Danke vielmals! Habs hinbekommen!
Bitte schau dir den Schaltplan jetzt an, krieg ich dein ok? Der 
Frequenzgang passt super :)

Und wenn ich den jetzt Single supply haben will, brauch ich statt GND 
nur VCC/2 hinlegen? Verringert sich dann nicht mein Aussteuerbereich?

Der ADC kann max. 2,5V verarbeiten....meine VCC ist 5 Volt und mit dem 
rail-to-Rail OpAmp müsste sich das doch ausgehen...hoff ich.

1000 Dank!

lg, und schönen Abend noch,
Dominik

Autor: Tilo L. (katagia)
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Poste mal die Gesamtschaltung und überlege dir, was du machen willst.

Muss es Sallen Key sein? Eventuell ist ein invertierender Verstärker 
besser?
Dein Sensor benötigt keine Spannungsversorgung? Wie ist das 
Ausgangssignal definiert?

Ein Tiefpass vorm ADC ist Pflicht! Was für einen ADC verwendest du? Was 
für eine Auflösung hat der? was ist der Eingangsspannungsbereich? Wird 
wirklich ein Hochpass benötigt oder kann man den DC-Anteil digital 
entfernen?

Muss die Spannung für den ADC angepasst werden? Eventuell einen 
einfachen Ina, z.B. INA126 verwenden?

Man muss die Gesamtkette betrachten. Das mittlere Glied allein sagt 
nicht viel aus.

Autor: Dominik (Gast)
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Ja, der Sensor braucht 5 Volt und spuckt bei 1 Bar Luftdruck ca. 4 Volt 
DC aus und wir wollen die kleinen Druckschwankungen messen und so auf 
die Lautstärke rückschließen.

Nach dem Sensor wird das Signal hochpassgefiltert und um 20dB verstärkt. 
Reicht ein einfacher, passiver Tiefpass vorm ADC? Muss ich da sonst noch 
irgendetwas berücksichtigen?

Der ADC ist der Standard ADC12 vom TI MSP430, der aber mit 256-fachem 
Oversampling betrieben werden soll, damit wir die nötige Auflösung 
erzielen.

Der ADC kann ned mehr als 2,5V am Eingang ab, was ich so mitbekommen 
hab.

Hast ein paar Tips zum tiefpass vorm ADC?

lg,
Dominik

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Dominik, erkläre erst mal ganz genau, was du machen möchtest. Es gibt 
noch andere Möglichkeiten den Offset wegzubekommen. Hochpaßfilter haben 
auch ein paar unangennehme Eigenschaften, weswegen man oft noch einen 
Tiefpaß zuschaltet. Auch ist oft die hohe Filterordnung überflüssig.

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ja, der Sensor braucht 5 Volt und spuckt bei 1 Bar Luftdruck ca. 4 Volt
>DC aus und wir wollen die kleinen Druckschwankungen messen und so auf
>die Lautstärke rückschließen.

Warum nimmst du dafür kein Mikrofon??

Kai Klaas

Autor: Tilo L. (katagia)
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Und pack mal ein paar Datenblätter dazu.
Drucksensoren sind teilweise recht träge. Dazu sind in denen oft nur 
Dehnmessstreifen drin, die einen Impedanzwandler verraussetzen. Für eure 
Anwendung wird vermutlich ein Kondensatormikrofon oder ein 
Piezzo-Drucksensor besser geeignet sein. Differenzdrucksensoren haben 
ebenso fast keinen Offset.

Als nächstes bestimme, welche Auflösung benötigt wird. Was für eine 
Auflösung hat der ADC? Beim MSP430 gibts verschiedene. Ich gehe davon 
aus, dass man mit 10..12Bit netto schon glücklich sein kann. Damit 
Oversampling etc. etwas bringt, müssen die äusseren Bedingungen stimmen. 
Im Handbuch vom MSP430 ist besitmmt ein Beispiel dabi, welche Filter und 
Treiber vor den ADC müssen

Autor: Dominik (Gast)
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Ich möchte den Gleichanteil vom Sensor dauerhaft und verlässlich 
loswerden, und weil sich der Luftdruck ständig ändert (wenn auch nur 
langsam) so habe ich den Hochpass als einfachste und auch "beste" Lösung 
für mein Problem empfunden. Weiters soll das Messignal auch gleich um 
den Faktor 10 verstärkt werden, da der ADC sonst mit Spannungen im 
Bereich von 10µV kämpfen müsste. Mit der Verstärkung 10 tut er sich 
sicher leichter und mein Messsignal bleibt in einer angenehmen Größe.

Sobald der ADC dann das Signal gewandelt hat, soll eine FFT am 
µController erfolgen. Da es sich um Einzelmessungen handelt, habe ich 
genug Zeit, das Signal digital zu verarbeiten.

Ich hoffe du kannst mir etwas folgen :)

lg

Autor: Dominik (Gast)
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Mikrofon scheidet aus, da diese extremen Belastungen bei 165dB kein mir 
bekanntes Mikrofon mitmacht. Der Drucksensor den wir verwenden, nimmt 
auch der Marktführer im Bereich Schalldruckmessung, also kann er nicht 
so verkehrt sein. Erste Test absolvierte der Sensor bei mir ganz gut :)
Es ist ein Freescale MPXA6115.

Autor: Tilo L. (katagia)
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Ähm, Singalamplitude von 10uV um Faktor 10 verstärken.
Das wird schonmal nichts. Rechne mal nach, welche Auflösung der ADC 
benötigen würde. 16Bit Auflösung sind bei einem SNR von 87dB und 
zusätlzichen Bauteilen vielleicht 12Bit netto!

Der nächste Punkt ist, dass dein Verstärker nicht funktionieren wird, da 
dessen Eingangsimpedanz zu klein ist.

Ein HP im Signalweg ist immer eklig, so etwas vermeidet man so weit wie 
nur möglich.

Bei einer so geringen Ausgangsspannung hat der Sensor doch bestimmt 
einen differenziellen Ausgang? Einfach mit beiden Ausgängen auf einen 
Instrumentenverstärker. Dessen Referenz auf U_ADC/2 legen und gut.

Du hast immer noch nicht eine vollständige Schaltung noch die genauen 
Bauteile bzw. Datenblätter gepostet.

/EDIT:

Aja, jetzt hast du mal den Sensor gepostet. Ich würde immer noch einen 
einfachen INA verwenden. Verstärkung von 10 sollte OK sein. den 
DC-Anteil kann man über Spannugnsteiler und nachgeschaltetem 
Impedanzwandler am Ref-Pin des INAs schön einstellen. Damit ist auch die 
Pegelanpassung für den ADC erledigt.
Lad dir LTSpice von Linear runter und spiele damit ein wenig rum. Damit 
lässt sich schon viel abschätzen.

100Hz sollten mit dem Teil möglich sein. So ab 300Hz wird es aber 
vermutlich schon eng. Ausser ein paar Bass-Lautsprechern wird man damit 
aber nicht viel messen können, von der Kalibrierfrage mal ganz 
abgesehen. Mit Hochtönern lassen sich deutlich Energien umsetzen ;)

Autor: Dominik (Gast)
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Der Schaltplan der vollständigen Schaltung wird gerade gezeichnet, den 
gibts leider noch nicht. Kann nur das anbieten:

Drucksensor -> Verstärker & HP (bzw TP) -> ADC -> µC -> LCD

Hier alles zum Drucksensor:
http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summ...

Hier das Datenblatt unseres OpAmps LT1677:
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/70...

Leider hat der Drucksensor keinen Differentiellen Ausgang...
aber hier im PDF AN1100 steht was Interessantes für uns:
http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summ...

Ich hoff der Link geht...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Also, falls du einen Schallpegelmesser bauen willst, würde ich den 
Offset mit einem simplen Servo eliminieren, das Signal danach 
ausreichend stark verstärken und dann beispielsweise 
spitzenweggleichrichten. Erst dann würde ich damit auf den ADC gehen.

Kai Klaas

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Dominik schrieb:
> Danke vielmals! Habs hinbekommen!
> Bitte schau dir den Schaltplan jetzt an, krieg ich dein ok?
Beantworte vorher die Frage:
Welche Kondensatoren willst du für die 22uF-Cs nehmen?

> da der ADC sonst mit Spannungen im Bereich von 10µV kämpfen müsste.
Du hast offenbar eine sportliche Aufgabe ausgewählt.
Im Großen&Ganzen sehe ich einen ziemlich unbefangenen Umgang mit 
Zehnerpotenzen (µV, MOhm, uF) --> du wirst bei der Realisierung dieser 
Aufgabe einiges zum Thema "Praxis vs. Theorie" lernen. Viel Spass 
dabei.. ;-)

Autor: ... (Gast)
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Einen Offset kann man doch auch mit einer Messbrücke und einem 
Differenzverstärker eliminieren. Wenn man die Spannungsbereiche anpasst, 
könnte das doch funktionieren.

Autor: Dominik (Gast)
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Hi!

ich werde Keramik Cs verwenden, wieso? Ich wollte ja Folien, aber die 
gibts nicht so groß in SMD.

Ja, ich werd mich mit der Messbrücke / DiffAmp auseinandersetzen.

@ Lothar Miller:
Ja, was soll ich machen, irgendwie muss ich ja mal anfangen :)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Dominik schrieb:
> ich werde Keramik Cs verwenden, wieso?
Welches Material?
Hast du dir schon mal angesehen, wie sich die hochkapazitiven Keramik-Cs 
unter Spannungseinfluss und bei Temperaturschwankungen verhalten?
Z.B. auf 
http://de.wikipedia.org/wiki/Keramikkondensator#Kl...
Und mit welchen Toleranzen diese Kondensatoren üblicherweise verkauft 
werden?

Autor: Dominik (Gast)
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Mit 10% Toleranz kommen meine. Viel Genauer wirds wohl ned gehen, oder?

Was soll ich deiner Meinung nach sonst verwenden?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Dominik schrieb:
> Mit 10% Toleranz kommen meine.
Und das ist nur die Grundabweichung vom aufgedrucken Wert.
Dazu kommt dann noch die Temperaturabweichung und die 
Kapazitätsreduzierung bei höherer Spannung, z.B. bei
>>> Y5V (−30/+85 °C, ΔC/C0 = +22/−82 %)

Und jetzt kommt die Frage: kommt deine Schaltung damit klar?
Passt dann deine Filterfrequenz noch?

> Viel Genauer wirds wohl ned gehen, oder?
Nicht in dieser (Kerko-)Liga.

Autor: Dominik (Gast)
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Was hab ich denn für andere Möglichkeiten?
Was wäre denn ein Dielektrikum dass extrem gut ist?
Ist ein Folienkondensator bei solchen Anwendungen generell vorzuziehen?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Hast du dir den Link zu Wikipedia nicht wenigstens mal angeschaut? Wenn 
es keine Klasse-2 und Klasse-3 Kondensatoren sein sollen, was bleibt da 
noch übrig?
Damit ist mit den Klasse-1-Keramikkondensatoren mit definiertem 
Temperaturkoeffizienten eine angepasste Temperaturkompensation von 
Kreisen mit hohen Anforderungen an Frequenzgenauigkeit, z. B. in Filtern, 
Schwingkreisen bzw. Oszillatoren oder Spannungs-Frequenz-Wandlern möglich.
Findest du in diesem Textausschnitt deine Anwendung wieder?

Blöd nur, dass da noch was anderes steht:
Klasse-1-Keramiken haben eine feldstärkeunabhängige aber verhältnismäßig 
kleine relative Dielektrizitätskonstante (6 bis 200). Deshalb haben daraus 
gefertigte Kondensatoren auch nur relativ kleine Kapazitätswerte.
D.h. du wirst keinen Klasse-1 Kerko mit 22uF finden.

Folgerungen:
1. die Kondensatorwerte müssen kleiner werden
2. sieh dir auch mal die Datenblätter von Folien-Cs an

Autor: Dominik (Gast)
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So, die FoKos sind sehr Temperaturstabil, haben eine hohe Güte und 
wenige Verluste. Wenn ich einen finde, den ich Größenmässig auf meiner 
Platine unterbringe, dann spricht doch nichts gegen FoKos, oder?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Dominik schrieb:
> dann spricht doch nichts gegen FoKos, oder?
Nein.

Autor: Dominik (Gast)
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@ Robert O.:
Sie müssen mich mit jemandem verwechseln?


Ich werde mich nochmals genau mit dem Thema Kondensatoren 
auseinandersetzen. Falls noch Fragen auftauchen, so poste ich sie hier 
:)

Wessen Beitrag wurde da gelöscht?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Dominik, noch mal, willst du einen Schallpegelmesser bauen?

Kai Klaas

Autor: Dominik (Gast)
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Einen Schalldruckmesser!
mit einem Messbereich von 120 bis 165 dB.

lg
Dominik

Autor: Murx (Gast)
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Wenn so zusammengebauter Murks nachher als Messtechnik bezeichnet wird,
schönen Dank...

Das ist ja das Kalibriersiegel nicht wert.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Einen Schalldruckmesser!

Spitzenschalldruckmessung von Musik, etwa Sound im Auto? Oder 
Schallddruckmessung bei Sinusanregung? Oder planst du ein Remake von 
Dalli-Dalli??

>mit einem Messbereich von 120 bis 165 dB.

Sind 45dB Dynamik, klingt vernünftig. Da würde sich ein Peak-Detektor 
durchaus anbieten.

>Ja, ich werd mich mit der Messbrücke / DiffAmp auseinandersetzen.

Du hast nichts für einen echten Diff-Verstärker, da du ja nur ein 
unsymmetrisches Meßsignal hast. Es sei denn du kombinierst ihn mit einem 
Servo.

Einen konstanten Offset abziehen ist keine gute Idee wegen der normalen 
Luftdruckschwankungen. Du mußt den Offset schon aus dem Signal selbst 
gewinnen, eben mit einem Servo.


Kai Klaas

Autor: Dominik (Gast)
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Es schaut so aus:

Ich messe Sinustöne im Auto, keine Musik!

Mein Sensor ist mitunter der genaueste von freescale. Er ist kalibriert 
und temperaturkompensiert und hat einen maximalen Fehler von 1,5%.
Leider hat er nur einen absoluten Ausgang, keinen differentiellen und 
ich habe auch keinen so genauen Sensor mit Messbereich bis 115kPa 
gefunden, der einen differentiellen Ausgang hat.

Ich benötige Eine Auflösung von 0,1dB, das heißt zwischen 120 und 120,1 
dB spuckt der Sensor nur einen Spannungs-Differenz von 10µV aus. Mein 
ADC muss das aber checken!

Bitte erzähl mir etwas über diesen Servo, ich kenne das nicht? Wo findet 
man Infos drüber? Es scheint als wäre dies neben dem HP die einzige 
Möglichkeit für mich.

Danke!

lg,
Dominik

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Im Bild rechts unten ist ein DC-Servo gezeichnet:

http://img5.imageshack.us/i/buffered3875.png/

Es gibt aber noch unzählige andere Varianten von DC-Servos.

Je nach verwendetem OPamp kann es vielleicht doch sinnvoll sein, erst 
mal 4V konstant vom Signal abzuziehen und den Rest mit einem Servo 
auszuregeln.

Kai Klaas

Autor: Dominik (Gast)
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Danke für das Bild!

Wie ist die offizielle Bezeichnung für DC Servo? Ich finde nichts 
passendes im Netz dazu?

Der Rl (RL) ist der Ausgang, oder?

lg,
Dominik

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ich benötige Eine Auflösung von 0,1dB, das heißt zwischen 120 und 120,1
>dB spuckt der Sensor nur einen Spannungs-Differenz von 10µV aus.

Für eine Dynamik von 45dB und eine Auflösung von 0,1dB brauchst du 14bit 
Genauigkeit! Ich würde es deshalb zweistufig machen, also den Bereich 
zwischen 120dB und 165dB in zwei Bereiche aufteilen und unterschiedlich 
stark verstärken. Dann auf zwei Peak-Detektoren gehen und schließlich in 
zwei ADC-Eingangskanäle. Wenn das nicht reicht, mehr als zwei Bereiche 
wählen.

>Wie ist die offizielle Bezeichnung für DC Servo?

DC Servo!

Hier hat es noch mehr DC Servos:

http://www.jensen-transformers.com/apps_sc.html

Kai Klaas

Autor: Dominik (Gast)
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Einstufig wird das deiner Meinung nach nichts? Das wäre mir nämlich 
schon recht wenn das Einstufig möglich wäre.

Als ADC hab ich einen 12 Bit ADC den ich auf 16 Bit oversample.
Am µC soll dann eine FFT ablaufen, nach der Messung, deshalb glaube ich, 
dass ich keine Peak Detektoren brauche, oder?

lg

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Dominik schrieb:
> Einen Schalldruckmesser!
> mit einem Messbereich von 120 bis 165 dB.

Der größte zu messende Schalldruckpegel ist 165dB, das entspricht einem
Schalldruck von etwa 3,6kPa. Der Sensor fängt aber erst bei 15kPa an zu
messen. Habe ich mich jetzt irgendwo verrechnet?

Autor: Dominik (Gast)
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Der Luftdruck selber beträgt ca. 100kPa. Wir messen nur die Schwankung 
vom Luftdruck infolge der Schallwellen ;D

Der maximal Mögliche Schalldruck ist rein theoretisch der, wo sich 
Luftdruck und Schalldruck am Minimum aufheben, glaub ich jetzt.

lg

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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> Der Luftdruck selber beträgt ca. 100kPa. Wir messen nur die Schwankung
> vom Luftdruck infolge der Schallwellen ;D

Ja klar, den statischen Luftdruck habe ich bei meiner Überlegung
natürlich unterschlagen ;-)

Danke für den Hinweis :)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Als ADC hab ich einen 12 Bit ADC den ich auf 16 Bit oversample.

Mit Oversampling erhöhst du nur die Auflösung, aber nicht die 
Genauigkeit, da sich an der Genauigkeit der Schaltschwellen des 
12bit-Wandlers ja nichts ändert!

Du brauchst übrigens nicht 14bit-Auflsöung, sondern 14bit-Genauigkeit, 
was normalerweise die Verwendung eines 16bit- oder gar 18bit-Wandlers 
erfordert.

>Am µC soll dann eine FFT ablaufen, nach der Messung, deshalb glaube ich,
>dass ich keine Peak Detektoren brauche, oder?

Puh, warum so aufwendig?

Du solltest nicht vergessen, daß du letztlich eine Lärmmessung machst. 
Nach welcher Norm willst du denn messen? Eventuell mußt du noch 
frequenzmäßig gewichten und diverse Zeitkonstanten beachten.

Kai Klaas

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