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Hallo, ich habe ein Problem womit ich leider nicht weiterkomme. Es handelt sich dabei um einen experimentellen Laboraufbau welcher eine Spannung eines chemischen Sensor aus werten soll. Ich habe dazu mal ein Model im Spice erstellt und im angehängten Bild sieht man die Spannungsverläufe bei verschiedenen Probenkonzentrationen. Mein Problem ist, dass die Spannungswerte nur sehr kurz nach dem Abschalten der Messzelle, sich unterscheiden und stark verrauscht sind. Nach einer Zeit ca. 150µs sind die Spannungswerte nicht mehr von den Probenkonzentrationen abhängig und rauschen nur noch vor sich hin. Die Aufgabe ist es nun diese geringe Spannungsänderung am Anfang zu Verstärken und auzuwerten. Mein Problem ist es, dass die Unterschiede im Rauschen liegen sehr klein sind. Hat hier jemand eine Idee, wie man dieses bewerkstelligen kann? MfG
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> Hat hier jemand eine Idee, wie man dieses bewerkstelligen kann?
Mit einem Verstaerker? Eventuell mit auf deinem Problem angepasster
Bandbreite.
olaf
TIM K schrieb: > Hat hier jemand eine Idee, wie man dieses bewerkstelligen kann? Indem du möglichst viel Information auswertest, also einen größeren Teil des Signals. Ich nehme an, dass du den Signalverlauf irgendwie mathematisch beschreiben kannst. Dann tastest du dein Signal häufig genug ab, bestimmst per Mittelung aus dem hinteren Teil deine Untergrundpegel und berechnest für den vorderen Teil eine optimal passende Kurve anhand deiner mathematischen Beschreibung. Dadurch verwendest du große Teile des Signals und bekommst automatisch deinen Konzentrationsparameter.
Wir sollten etwas mehr wissen. Der gezeigte Graph sind die Werte auf dem 1000V bereich ? Also das Gewackel der letzten Bits ? Nein ? Der Bereich ist hinrechend klein ? Wenn der Sensor nicht unguenstig angeschlossen ist, dh von Stoerfeldern umgeben, wuerde ich sagen, die Moeglichkeit besteht, dass die Werte real sind. Zeig mal ein Photo der Anordnung. Normalerweise verwendet man Lock-in Verstaerker um Rauschen zu entfernen. Die bedingen aber einer Modulierbarkeit des Setups. Dabei wird Rauschsignal vom Nutzsignal subtrahiert.
Hallo, >Mit einem Verstaerker? Eventuell mit auf deinem Problem angepasster Bandbreite. Das wird mein Problem nicht lösen. Da es nur einen sehr kleinen Bereich gibt in dem eine Änderung zu sehen ist. Ein Bandpass wird wahrscheinlich nicht funktionieren. Was ich noch verschwiegen habe ist, dass das Signal wird bereits mittels zweistufigen Verstärker rund 800 fach verstärkt wird. Das Rauschen was zu sehen ist kommt also vonden OPV Schaltungen, Widerständen und vom Sensor selbst. >Zeig mal ein Photo der Anordnung. Das wird nicht viel bringen ist nur eine Stahlkammer aus der ein geschirmtes Kabel kommt. Das Innenleben ist zur Zeit nicht zugänglich und ich denke nicht das ich ein Bild davon posten darf. >Normalerweise verwendet man Lock-in Verstaerker um Rauschen zu entfernen. Die bedingen aber einer Modulierbarkeit des Setups. Dabei wird Rauschsignal vom Nutzsignal subtrahiert. Könntest du mir dieses noch etwas nähe bringen. Habe mich soweit mal grob in die Materie eingelesen aber noch keine Idee wie ich es auf mein Problem anwenden kann.
Ein Lock-in ist das Mittel der Wahl, wenn man das System modulieren kann. Es zB ein gepulstes System ist. Eine gute Einstiegsliteratur dazu waere : https://www.thinksrs.com/downloads/pdfs/applicationnotes/AboutLIAs.pdf Ein Lock-in ist das Arbeitspferd der Physiker.
Kannst Du wiederholt messen? Dann triggerst Du auf die Abschaltflanke und machst mehrere Messungen und mittelst darüber. Andere Methode: Ein Modell des Signalverlaufes erstellen und fitten. Wie schnell kannst Du Abtasten? 100kSPS bis 1MSPS wären schon nett, am besten wenn die Steuerung der Messzelle synchron zur Abtastung erfolgt. Das ist dann schon ein Art von Lock-IN. Sagen wir mal Du kannst mit 1MHz synchron zum Abschalten abtasten. Dann sind das pro Einzelmessung 150 Werte(150µs Messzeit). Die nächsten n Messungen addierst Du dazu und am Ende teilst Du die Arraywerte durch n+1. Das Rauschen in den Verstärkerstufen zu minimieren kann man natürlich auch probieren. Das braucht aber schon einiges Wissen und Erfahrung.
Es gibt uebrigens Lock-In Amplifier, welche bis 600MHz gehen, mit 1800MHz sampeln. Was sowas von einem Averager unterscheidet ? Eigentlich nichts.
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Danke für die Erklärungen. Die Messfrequenz kann auf 500Hz erhöht werden. Wenn ich es recht verstehe dann soll ich immer zum "Interessanten Zeitraum" (gelbes Fenster) so viele Sample wie möglich aufnehmen und dann einen Mittelwert daraus bilden. Dadurch würden sich das stochastische Rauschen eleminieren. Bei den höherfrequenten Anteilen kann ich es mir vorstellen aber das sehr niederfrequente Rauschen bekommt man doch damit nicht in den Griff bzw. dauert es extrem Lange. Dieses ist zwar in den Bildern nicht zu sehen aber in der realen Welt durchaus ein großes Problem. MfG
Joggel E. schrieb: > Dabei wird Rauschsignal vom Nutzsignal subtrahiert. Bei einem Lock-In Verstärker wird überhaupt nichts subtrahiert. Ein Lock-In Verstärker integriert und das ist bekanntlich eine Addition.
TIM K schrieb: > aber das sehr niederfrequente Rauschen bekommt man doch damit nicht in > den Griff bzw. dauert es extrem Lange. Dieses ist zwar in den Bildern > nicht zu sehen aber in der realen Welt durchaus ein großes Problem und wie unterscheidet du selbst niederfrequentes Rauschen von einer langsamen Veränderung deines Messignals? ggf. musst du zwischendurch immer Mal wieder Referenzmessung einschieben.
Wenn das "Rauschen" schon auf dem Messignal vorhanden ist, hilft nur noch Filtern und Mittelwertbildung über viele Messungen. Sollte es aber aus äußeren Störungen stammen, Netzbrumm, Hochfrequenzeinstreuung, induktive Einstreuung, dann kann man versuchen, diese Ursachen zu vermindern, durch elektrische Abschirmung, magnetische Schirmung, Brummschleifen auftrennen, eventuell durch Batterieversorgung der ersten Stufen.
TIM K schrieb: > und im angehängten Bild > sieht man die Spannungsverläufe bei verschiedenen Probenkonzentrationen. Lese ich das Diagramm richtig: Du hast irgendeine Reaktionskinetik (2. Ordnung oder quasi-zweiter Ordnung?) und die Spannungswerte fallen abhängig von der Konzentration einer Komponente unterschiedlich schnell nach Start der Reaktion bzw. Messung ab? In diesem Fall spielen die Fluktuation am Schluss der Reaktion keine Rolle (die Werte fallen immer gegen die gleiche untere Schwelle ab). Der viel interessantere Parameter ist doch die Geschwindigkeit (bzw. der Exponent) des Abfalls. In vielen Fällen lässt sich der durch Anlegen einer Geraden am Start der Kurve näherungsweise ablesen. Oder soll eine annähernd gleichbleibende Konzentration gemessen werden? Dazu passen Deine Kurven nicht wirklich. Fall es kein Betriebsgeheimnis sein sollte, beschreib doch mal, was genau gemessen werden soll.
Tim: Mal ein Schwung Fragen: Womit wird die Spannung gemessen (Scope, ADWandlerkarte (welche?), ??) Welche Abtastraten (Samplerate) kannst Du maximal und typisch einsetzen? Wie wird deine Messwiederholrate (500 Hz) gesteuert? Irgendeine Software zur Steuerung des Ablaufes? (Python, C, LabVIEW ...) (Das Diagramm sieht ja nach LTSpice aus.. damit wirst Du in der Praxis ja nicht messen :) )
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>Lese ich das Diagramm richtig: Du hast irgendeine Reaktionskinetik (2. >Ordnung oder quasi-zweiter Ordnung?) und die Spannungswerte fallen >abhängig von der Konzentration einer Komponente unterschiedlich schnell >nach Start der Reaktion bzw. Messung ab? Genau so ist es. Ist so eine Art Sprungantwort des Systems. Die Spannungswerte ändern sich nur in dem sehr kleinen Zeitfenster danach gibt es nichts mehr zu sehen. Habe im Netz das angehängte Bild gefunden, wo zufällig der Bereich schraffiert wurde >In vielen Fällen lässt sich der durch Anlegen einer Geraden am Start der Kurve näherungsweise ablesen. Die Kurve ist sehr stark gebogen im unteren Teil, ähnelt der Funktion 1/X² >Womit wird die Spannung gemessen (Scope, ADWandlerkarte (welche?), ??) AD Wandler >Welche Abtastraten (Samplerate) kannst Du maximal und typisch einsetzen? 1 Megasample wäre möglich >Wie wird deine Messwiederholrate (500 Hz) gesteuert? Es wird ein Impuls auf das System gegeben -12V sind es aktuell. Dieses steht als Triggersignal ur Verfügung. Den Rest übernimmt dann ein Controller. >(Das Diagramm sieht ja nach LTSpice aus.. damit wirst Du in der Praxis ja nicht messen :) ) Nein, aber damit kann ich im Modell besser zeigen wie stark Signaländerung und Rauschen zusammen liegen. Mit dem Scope kann ich immer nur eine Kurve zeigen und man sieht nicht wie es bei anderen Konzentrationen aussehen würde.
Und warum verwendest du dann nicht deine Kurve und bestimmst deinen Parameter über ein darunter gelegtes Modell, dass optimal an die Kurve angepasst wird?
Mein Problem ist aktuell, dass ich das Messsignal sehr stark verstärken muss um die Änderungen überhaupt zu erkennen. Durch die hohe Verstärkung kommen automatisch div. Rauschquellen ins Signal und machen mir jetzt die Auswertung schwer. Die Information liegt teilweise im Rauschteppich und ist durch reines absampeln des Kurvenverlaufes nicht eindeutig zu ermitteln. Ich bin also auf der Suche nach einer Lösung, um die kleinen Deltas zu detektieren.
Na dann los, 150 Werte bei 1MSPS mit Flankentriggerung , n mal wiederholen, mitteln und einen Fit mit a/(x+b)²+c. Wenn die Steuerung ADwandler und Flanke steuern kann, umso besser, dann jittert es noch weniger. Bleibt ggf. die Baustelle Verstärker ... Quellimpedanz? Schaltung?
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Die Verstärkerschaltung ist nicht besonders aufregend. Die Quellimpedanz ist relativ klein ~ 470R.
TIM K schrieb: > Die Verstärkerschaltung ist nicht besonders aufregend. vielleicht "nicht aufregend", aber falsch. Wenn du wirklich nur einen kapazitiven Pfad zum Eingang des AD822 hast, dann kann kein bias Strom fließen. Dann driftet das mittlere Potential des Eingangs undefiniert durch die Gegend. Vielleicht ist es ja das, was du als "niederfrequentes Rauschen" betrachtest. Hinter die Koppelkondensatoren muss jeweils noch ein (hochohmiger) Widerstand auf ein definierts Potential. Über den fließt der Biasstrom. Und der legt das mittlere Potential des Verstärkereingangs fest.
Das gezeigte 500Hz Signal ist einfach zu entrauschen. Einfach alles addieren. Das Signal steigt linear mit der Anzahl Additionen, das Rauschen nur mit der Wurzel. Bedeutet das Rauschen wird mit der Wurzel der Additionen kleiner.
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Der AD822 ist nicht die beste Wahl für ein niederohmiges Signal (470 R). Da wäre eher so etwas auf BJT Basis wie OP27 oder OPA209 angebracht, zumindest für die 1. Verstärkerstufe. Ob es viel bringt hängt davon ab wie viel Rauschen der Sensor selber verursacht. Wenn es vom Aufwand geht: Über viel Perioden mittlen (ggf. auch etwas mehr als den gelben Bereich. Im hinteren Teil könnte man ggf. auch gleich die Datenrate reduzieren, also auch Zeitlich mitteln. An die Gemittelte Kurve kann man dann die passende Antwortfunktion anpassen und so die Parameter bestimmen. Dadurch dass man auch den Teil hinter dem Eigentlich interessanten Bereich Aufnimmt sollte auch das niederfrequente rauschen ganz gut unterdrückt werden. Um 50 / 100 Hz Störungen zu reduzieren kann es helfen wenn die Gesammte Messzeit ein vielfaches von 20 ms ist. Das sollte 50 Hz / 100 Hz usw. relativ gut unterdrücken.
Wie sieht das verstärkte Signal aus, wenn der Eingang des Verstärkers mit 470 Ohm kurzgeschlossen wird?
Achim S. schrieb: > TIM K schrieb: >> Die Verstärkerschaltung ist nicht besonders aufregend. > > vielleicht "nicht aufregend", aber falsch. Wenn du wirklich nur einen > kapazitiven Pfad zum Eingang des AD822 hast, dann kann kein bias Strom > fließen. Dann driftet das mittlere Potential des Eingangs undefiniert > durch die Gegend. Vielleicht ist es ja das, was du als "niederfrequentes > Rauschen" betrachtest. > > Hinter die Koppelkondensatoren muss jeweils noch ein (hochohmiger) > Widerstand auf ein definierts Potential. Über den fließt der Biasstrom. > Und der legt das mittlere Potential des Verstärkereingangs fest. Solange TIM K sich nicht zu den fehlenden Widerständen zwischen Pluseingang und Masse äußert, ist doch jeder weitere Ratschlag sinnlos. Wenn diese Widerstände wirklich wie im LTspice-Schaltplan fehlen, dann ist es kein Wunder, wenn das Ausgangssignal "instabil" ist.
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Von der Amplitude her könnte viel vom rauschen vom AD822 kommen: ca. 20 mV_pp am Ausgang wären ca. 25 µV_pp oder 4 µV_eff am Eingang. Der AD822 bräuchte dafür etwa 100 kHz Bandbreite. Das kommt in etwa hin. D.h. ein Verstärker mit weniger Rauschen könnte etwas bringen.
Helmut S. schrieb: > ... sich nicht zu den fehlenden Widerständen zwischen > Pluseingang und Masse äußert, ist doch jeder weitere Ratschlag sinnlos. Genau. Dennoch der Hinweis, daß eine Slew-Rate von 3V/µs (AD822) möglicherweise nicht ausreicht, um dem initialen Spannungsbfall des Signals ohne Verzögerung zu folgen.
Helmut S. schrieb: > Solange TIM K sich nicht zu den fehlenden Widerständen zwischen > Pluseingang und Masse äußert, ist doch jeder weitere Ratschlag sinnlos. > Wenn diese Widerstände wirklich wie im LTspice-Schaltplan fehlen, dann > ist es kein Wunder, wenn das Ausgangssignal "instabil" ist. Helmuts Ratschläge sollte man immer befolgen. Wenn Du mit dem Rauschen Probleme hast, dann Frage ich mich, warum nimmst Du dann den AD822? Er wurde schon immer genommen, oder so? Von der inzwischen selben Firma gibt es auch den LT1115. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/lt1115fa.pdf
1 | AD822 Low noise |
2 | 13 nV/√Hz at 1000 Hz |
3 | 21 nV/√Hz at 100 Hz |
4 | 25 nV/√Hz at 10 Hz |
5 | 2 µV p-p at 0,1 Hz bis 10 Hz |
6 | |
7 | LT1115 ultralow noise |
8 | |
9 | Voltage Noise: 1.2nV/√Hz Max at 1000 Hz, 100% testet |
10 | 0.9nV/√Hz Typ at 1000 Hz, 100% testet |
11 | |
12 | 1,0nV/√Hz Typ at 10 Hz |
Auf Seite 8 im Datenblatt des LT1115 gibt es eine kleine Tabelle die aufzeigt bei welchem Source Widerstand welcher OPV in welchem Frequenzbereich empfohlen wird.
1 | 0 Ohm bis 400 Ohm @ Low Freq (10 Hz) : LT1028 / LT1115 |
2 | Wideband ( 1 kHz) : LT1028 / LT1115 |
3 | |
4 | 400 Ohm bis 4000 Ohm @ Low Freq (10 Hz) : LT1007 / LT1037 |
5 | Wideband ( 1 kHz) : LT1028 / LT1115 |
6 | |
7 | ...
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Es gibt aber auch noch andere Hersteller. Allerdings tut sich da nicht mehr viel. Man ist der physikalischen Rauschgrenze schon ziemlich nah. Da Deine Quellimpedanz 470 Ohm beträgt bist Du mit dem LT1115 schon sehr gut bedient. ps: LT1115 Gain-Bandwidth Product: 40MHz Min Slew Rate: 10V/μs Min Simuliere doch mal mit dem LT1115. Auch gerade das Rauschen, mit 470 Ohm Quellimpedanz. mfg Klaus
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TIM K schrieb: > Durch die hohe Verstärkung kommen automatisch div. Rauschquellen > ins Signal und machen mir jetzt die Auswertung schwer. Was genau spricht jetzt gegen die modellbasierte Auswertung?
TIM K schrieb: > Durch die hohe Verstärkung > kommen automatisch div. Rauschquellen ins Signal und machen mir jetzt > die Auswertung schwer. Jede Verstärkerstufe hat gerade mal 28,6 dB Verstärkung. Achim S. schrieb: > inter die Koppelkondensatoren muss jeweils noch ein (hochohmiger) > Widerstand auf ein definierts Potential. Über den fließt der Biasstrom. > Und der legt das mittlere Potential des Verstärkereingangs fest. Das ist mir auch jetzt erst richtig aufgefallen. Du speißt den AD822 ja mit single supply! Helmut S. schrieb: > Solange TIM K sich nicht zu den fehlenden Widerständen zwischen > Pluseingang und Masse äußert, ist doch jeder weitere Ratschlag sinnlos. > Wenn diese Widerstände wirklich wie im LTspice-Schaltplan fehlen, dann > ist es kein Wunder, wenn das Ausgangssignal "instabil" ist. Helmut hat da nochmals darauf hingewiesen. Du brauchst hier einen Arbeitspunkt der bei UB/2 liegt, also +6V. Also zwei Widerstände, z.B. 10 K, einer von +IN zu +12V und der andere von +IN zu Masse. Und das bei beiden OPV. Hierbei sollte die Speisespannung sauber sein. Setze einfach dafür Batterien ein. Sonst muß man mit Siebung arbeiten oder einen kleinen Festspannungsregler extra einsetzen. Oder verwende eine symmertische Spannungsversorgung und gut ist es. Noch mal zum Rauschen. Verwende den LT1115. R4&R3 und R6&R5 sollten niederohmiger sein. Du willst ja Rauschen vermeiden. Im Datenblatt des LT1115 ist gleich zu Beginn als typical Application ein Phonovorverstärker aufgeführt. Der LT1115 verstärkt einmal mit 40 dB und kann auch mit nur 22,6 Ohm (R4&R6) 60 dB verstärken. Man könnte jetzt für R4 und R6 ruhig 39 Ohm einsetzen. R3 und R5 kämen dann auf gut 1,0 K. Man käme dann wieder auf 28,5 dB. Der LT1115 arbeitet selbst mit 600 Ohm Last noch ziemlich klirrarm. Also 1,0 K Last ist voll in Ordnung. mfg klaus
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Klaus R. schrieb: > Das ist mir auch jetzt erst richtig aufgefallen. Du speißt den AD822 ja > mit single supply! single supply oder dual supply spielt für diesen Fehler keine Rolle: das Potential des + Eingangs ist nicht definiert und driftet - getrieben vom bias-Strom - auf irgendwelche Werte. Diese Drift sieht der TO vielleicht als "niederfrequentes Rauschen". Irgendwann driftet der Eingang wahrscheinlich so weit, dass der OPV in Sättigung geht und gar nichst mehr verstärkt. Vielleicht ist das dem TO bisher nur deswegen nicht aufgefallen, weil der bias-Strom mit 20pA wirklich klein ist und es ne ganze Weile braucht, bis man damit einen 100nF Koppelkondensator aufgeladen hat. Klaus R. schrieb: > Du brauchst hier einen > Arbeitspunkt der bei UB/2 liegt, also +6V. Es kann sein, dass er den braucht. Es kann auch sein, dass er den nicht braucht. Das hängt von der tatsächlichen Form seines Eingangssignals ab. (auf den bisher gezeigten Messungen sieht es "unten abgeschnitten" aus, da wäre ein verschobenes Bezugspotential dann wahrscheinlich wirklich besser.
...hab jetzt nur quer gelesen, vielleicht war das schon erwähnt. Wenn das Signal periodisch wiederkehrt, kann doch ein Analogintegrator helfen: Ab Beginn integrieren bis zu definiertem Ende, Übergabe zu einem Sample&Hold, Integrator reset, Warten auf nächstes Ereignis oder Clock. S&H an Digitalisierer.
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Hallo zusammen. Ich habe die Infos in die Schaltung einfließen lassen und habe jetzt den LT1115 mit drin. Die Widerstände zur Verstärkungseinstellung sind niederohmiger 39R / 1K gewählt. In den nächsten Tagen werde ich dazu noch eine Platine erstellen und es testen. Somit sollte das Rauschen durch die Elektronik selbst definiert und minimiert sein. Das Rauschen durch den Sensor selbst ist noch im System drin. Zur Rauschauswertung bin ich mir nicht sicher ob es möglich ist die Information der sich ändernden Kurve aus dem Signal wieder zu extrahieren. Es sieht doch schon ziemlich "schlimm" aus. Das Bild aus dem Anhang spiegelt es ganz gut wieder die Signaländerungen sind sehr klein ca. 250mV von minimaler zu maximaler Konzentration. Das Rauschen liegt aber im Bereich von 1,5V - 2,5V. MfG
Ein Sensor, der nach soviel Verstärkung sowenig Signal abgibt? Und dann auch noch ein chemischer? Verdächtig. Habt ihr mal geklärt, ob der Sensor ev. nur einbeinig dran oder versehendl. kurzgeschlossen ist? mfg
Nein mir dem Sensor ist alles in Ordnung. Der "Sensor" ist keiner von der Stange. Es handelt sich hier um ein Forschungsprojekt und deshalb kann ich nicht offenlegen was es genau ist. Aber es wird eine chemische Substanz auf eine gewisse Stoffkonzentration überprüft. Dazu wurde eine Sensorzelle entwickelt und das Ausgangssignal ist leider extrem schwach und verrauscht.
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Tim K schrieb: > Ich habe die Infos in die Schaltung einfließen lassen und habe jetzt den > LT1115 mit drin. Die Widerstände zur Verstärkungseinstellung sind > niederohmiger 39R / 1K gewählt. OK. Über C1 und C4 müssen wir noch sprechen. Hiermit wird die untere Bandbreite beschnitten. Also mit der Schaltung in OPV_1.png hast Du gemessen. Das Ergebnis ist in Output.png wiedergegeben. Eigentlich sieht das Diagramm nach einer Simulation aus. Wenn dies mit LTspice erzeugt wurde, dann würde ich gerne wissen wie man zu so einem Diagramm kommt. Oder ist es doch ein Oszi? Tim K schrieb: > Das Bild aus > dem Anhang spiegelt es ganz gut wieder die Signaländerungen sind sehr > klein ca. 250mV von minimaler zu maximaler Konzentration. Das Rauschen > liegt aber im Bereich von 1,5V - 2,5V. Das Rauschen kann aber nicht von den OPV kommen! Dafür ist es viel zu hoch. Zunächst kann man sich mit dem LT1115 die zweite Verstärkerstufe sparen. Mit R4 = 39 Ohm und R3 = 27 kOhm haben wir 57 dB Verstärkung. Die obere Grenzfrequenz beträgt dann ca 111 kHz. Eine Kompensation ist bei dieser Beschaltung mit R2 & R1 = 22 kOhm nicht notwendig. Merkwürdigerweise hatte ich bei symmetrischer Spannungsversorgung und 1 MOhm an +IN eine höhere obere Grenzfrequenz von 380 kHz (nach Kompensation mit 680 pF parallel zu R3 mit 27 KOhm). Fazit: mit einem zweistufigen Konzept kann man die obere Bandbreite erhöhen. Muß aber sicher auch kompensieren. Die untere Bandbreite wird durch die Quellimpedanz und C1 mitbestimmt. Ferner spielt R4 und C2 dabei eine wichtige Rolle. Für ca. 40 Hz untere Grenzfrequenz habe ich 10 µF und 100 µF gewählt (nicht optimiert). Welche Bandbreite und Grenzfrequenzen Du benötigst, bzw. einhalten mußt war ja unbekannt. Nur, man sollte sie eben anpassen. Eigentlich rauschen nur rein ohmsche Widerstände. Der Koppelkondensator C1 ist schon etwas störend. Mit 100 nF haben wir bei 41 Hz eine Rauschspitze, mit 1 µF liegt sie bei 13 Hz, mit 10 µF bei etwas über 1 Hz. mfg KLaus
Bei der Verstärkerschaltung dürfte die untere Grenzfrequenz etwas zu hoch liegen. Im Vergleich zu dem 39 Ohm sind die 100 nF nicht sehr viel. Das macht die Auswertung dann noch etwas komplizierter, vor allem wenn die Kondensatoren nicht so stabil sind. C7R oder ähnliche Kondensatoren sollte das jedenfalls nicht sein. Eher schon 100 µF als Elko. Für schwache Signale wird man wohl schon relative viele Pulse mitteln müssen, und hoffen das die Signalform auch sonst stabil ist. Wenn z.B. die Temperatur auch die Kurve verändert wird es ggf. schwer da die beiden Effekte zu trennen, selbst wenn der Effekt nicht ganz identisch ist.
Hallo, Klaus R. schrieb: >Also mit der Schaltung in OPV_1.png hast Du gemessen. Das Ergebnis ist in Output.png wiedergegeben. Eigentlich sieht das Diagramm nach einer Simulation aus. Wenn dies mit LTspice erzeugt wurde, dann würde ich gerne wissen wie man zu so einem Diagramm kommt. Oder ist es doch ein Oszi? Nein das habe ich nicht gemessen sondern simuliert. Das Rauschen kommt in dem Fall nicht vom Verstärker sondern durch eine Rauschquelle im Spice. Man sieht aber sehr gut in der Simulation wie es bei mir in der realen Welt aussieht. Damit meine ich das Verhältnis von Rauschen zu Signal. Dieses soll die Grafik darstellen. Ich kann leider nur eine Stoffkonzentration pro Messung aufnehmen und dadurch sind die Oszibilder nicht aussagekräftiger als die Spice Grafiken. Im Spice kann ich zumindest die Veränderungen durch die Konzentrationsänderungen mit anzeigen. Das geht in der realen Welt hat nur Hintereinander. Klaus R. schrieb: >Das Rauschen kann aber nicht von den OPV kommen! Dafür ist es viel zu hoch. Nein, das Rauschen bringt mein Signal leider mit. MfG
Tim K schrieb: > Man sieht aber sehr gut in der Simulation wie es bei mir in der realen > Welt aussieht. Damit meine ich das Verhältnis von Rauschen zu Signal. > Dieses soll die Grafik darstellen. Du hast ja schon einige Hinweise bekommen wie man ein verrauschtes Signal herausarbeiten kann. Das Nutzsignal und deren Verlauf kennst Du ja anscheinend schon gut. Ich würde jetzt die Bandbreite des Verstärkers darauf anpassen. Ich habe den Eindruck das die untere Grenzfrequenz wesentlich höher angesetzt werden kann, vermutlich bei 500 Hz oder noch höher, ohne das Nutzsignal wesentlich zu beeinflussen. Mit der oberen Grenzfrequenz sieht es ähnlich aus. Wenn Du kannst, da fertige davon doch eine FFT an um das Spektrum des Nutzsignals zu ermitteln. Dann weißt Du was zu begrenzen ist. Man könnte jetzt auch Filter höherer Ordnung verwenden. Das wäre aber eher eine analoge Lösung, die letztlich nicht ganz zum Ziel führen würde. Deswegen hilft vorerst ein simples RC-Filter, wie schon mit Fgu und Fgo beschrieben. Christoph db1uq K. schrieb: > Wenn das "Rauschen" schon auf dem Messignal vorhanden ist, hilft nur > noch Filtern und Mittelwertbildung über viele Messungen. Stichwort: Oversampling. mfg Klaus
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Die gezeigte Schaltung hat einen Designfehler. Die Störspannungen der 12V Stromversorgung gehen über den Spannungsteiler (ca. 1/40) auf den Eingang. Wen man annimmt, dass die Versorgungsspannung 10mV Rauschen hat, dann sind das 250uV zusätzliche Rauschspannung am Eingang des Opamps. Da ist mindestens eine RC-Filter, wie im angehängten Schaltplan, notwendig.
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Das in der Simulation gezeigte Rauschen erscheint doch eher hochfrequent. Schalte mal einen Tiefpas ein der die Bandbreite auf das begrenzt was Du wirklich brauchst, dann sieht die Welt schon anders aus.
Helmut S. schrieb: > Die gezeigte Schaltung hat einen Designfehler. Die Störspannungen der > 12V Stromversorgung gehen über den Spannungsteiler (ca. 1/40) auf den > Eingang. Klar, Du hast ja recht. Ich wollte zuerst auf symmetrische Spannungsversorgung gehen. Aber Tim hatte dies auch relativ elegant mit dem Kondensator im Gegenkopplungszweig gelöst und deshalb hatte ich den Focus nicht mehr auf den Spannungsteiler. Single Supply mag ich nicht besonders, es macht das Leben nur schwerer. Danke für den Hinweis. Hast Du vielleicht noch ein Tipp für Tim um sein verrauschtes Signal zu verbessern? mfg Klaus
Tim meinte: > Nein mir dem Sensor ist alles in Ordnung. Der "Sensor" ist keiner von > der Stange. Es handelt sich hier um ein Forschungsprojekt und deshalb > kann ich nicht offenlegen was es genau ist. Ist schon klar. Ist der ne Eigenentwicklung? Kannste aber nicht mal ne Andeutung machen, wo Du doch schon diesen interessanten Thread aufgemacht hast? ;-O > Aber es wird eine chemische Substanz auf eine gewisse Stoffkonzentration > überprüft. Dazu wurde eine Sensorzelle entwickelt und das Ausgangssignal > ist leider extrem schwach und verrauscht. Geil!! Gegen Dein Signal ist ja ne Kalomelelektrode ein Atom- Grundkraftwerk! ;-P ;-)) Arbeitet deine Sensorzelle optisch oder kapazutiv? Wenn man sich so die Abtastfrequenz ansieht, würd ich meinen, da werden kleine Lichtblitze detektiert. könnte das stimmen? mfg
Klaus R. schrieb: > Das Nutzsignal und deren Verlauf kennst Du > ja anscheinend schon gut. Ich würde jetzt die Bandbreite des Verstärkers > darauf anpassen. Ich habe den Eindruck das die untere Grenzfrequenz > wesentlich höher angesetzt werden kann, vermutlich bei 500 Hz oder noch > höher, ohne das Nutzsignal wesentlich zu beeinflussen. Wasch mir den Pelz - aber mach mich nicht nass. Signalspektrum und Störungen liegen etwa im gleichen Frequenzbereich. Mit bandbegrenzenden Filtern kommt man da nicht wirklich zum Ziel. Da hilft nur Mittelung, d.h. Verbesserung des Störabstandes mit der Wurzel aus der Anzahl der Messungen oder besser noch, modellbasierte Trennung von Signal und Rauschen.
Wolfgang schrieb: > Signalspektrum und Störungen liegen etwa im gleichen Frequenzbereich. > Mit bandbegrenzenden Filtern kommt man da nicht wirklich zum Ziel Wir alle (außer dem TO) kennen bisher nur simulierte Signale und simulierte Störungen/Rauschen. Eine echte Messung, an der man ggf. erkennen könnte wie gut sich Signal und Störungen trennen lassen, hat der TO bisher nicht gezeigt.
Achim S. schrieb: > Wir alle (außer dem TO) kennen bisher nur simulierte Signale und > simulierte Störungen/Rauschen. Auch bei simulierten Signalen besteht die Möglichkeit, dass sie die Realität ausreichend gut beschreiben - da habe ich erstmal drauf vertraut. ;-) Aber der TO scheint meine Beiträge nicht zu lesen oder geht zu mindest nicht drauf ein - also schaun mer mal ...
Wolfgang schrieb: > Signalspektrum und Störungen liegen etwa im gleichen Frequenzbereich. > Mit bandbegrenzenden Filtern kommt man da nicht wirklich zum Ziel. Das habe ich ja auch so nicht behauptet. Nur, man hat bei der Schaltung zwei RC - Glieder die Einfluß auf die untere Grenzfrequenz haben. Deswegen sollte der TO am besten mit einer FFT das Spektrum ermitteln und die RC - Glieder so dimensionieren, das sie das Nutzsignal nicht wesentlich beeinflussen. Spielen Phasenverläufe eine Rolle, so sollte man je nach Anspruch bis zum Faktor 10 unter der unteren Grenzfrequenz bleiben. Ganz zuletzt habe ich das Oversampling erwähnt, gemeint war Rauschformung (Noise Shaping). mfg klaus
Eine Schwierigkeit ist, dass man ein Nutzsignal hat, dass etwa einem exponentiellen Abklingen entspricht, aber auch einen Untergrund der relativ ähnlich aussieht. Um die beiden Teile auch nur annähernd zu trennen muss man eine Veränderung der Form unbedingt vermeiden. D.h. auch wenn es für das Rauschen ggf. etwas hilft die untere Grenzfrequenz nicht so niedrig zu wählen - es kein die Trennung vom Untergrund noch schwieriger machen. Soweit es der ADC zulässt sollte man eher so viel wie möglich der Auswertung digital machen und nicht mit analogen Filtern, dicht an der Grenze: analoge Filter können driften, digitale eher nicht. Die obere Grenzfrequenz sollte etwas weniger kritisch sein, es sollte halt mit der Abtastrate passen. Speicher ist eigentlich nicht mehr teuer und man kann das mitteln erst einmal im Zeitbereich mach, d.h. erst einmal die Kurven Punkt für Punkt mitteln um das Rauschen entsprechen der Wurzel zu reduzieren. Das Signal Rauschverhältnis sieht nicht danach aus als bräuchte man beim ADC eine hohe Auflösung (12 bit könnten reichen). Danach dürfte dann ein Kurve Fit mit passendem Modell das kleinste Rauschen und die Beste Trennung vom Untergrund liefern. Bei genügend Mittlung (z.B. 2 Sekunden und damit 1000 Pulse) ist das Rauschen ggf. das kleinere Problem als die Stabilität des Untergrundes.
Lurchi schrieb: > Die obere Grenzfrequenz sollte etwas weniger kritisch sein, es sollte > halt mit der Abtastrate passen. Das sollte dem TO bekannt sein. Wird kein passender Tiefpass zur Verhinderung von Aliasing eingesetzt, so spiegelt man das Rauschen noch. https://de.wikipedia.org/wiki/Nyquist-Shannon-Abtasttheorem mfg klaus
Hallo, Wolgang schrieb: > Aber der TO scheint meine Beiträge nicht zu lesen oder geht zu mindest nicht drauf ein - also schaun mer mal ... Doch das mache ich. Ich versuche alle Infos und Hilfestellungen soweit aufzusaugen wie es mir möglich ist. Leider fehlt mir noch der Ansatz. z.B. schreibst du >Und warum verwendest du dann nicht deine Kurve und bestimmst deinen Parameter über ein darunter gelegtes Modell, dass optimal an die Kurve angepasst wird? Ich habe ja dann immer noch das Problem, das mein Signal rauscht und ich nicht sagen kann ob es durch Konzentrationsänderungen oder Rauschen verursachte Veränderungen sind. Bin mit ADC Werte aufnehmen und Mittelwertbildung bis jetzt nicht im Ansatz glücklich geworden. @ Helmut S. Danke für den Hinweis. Das habe ich in der Tat komplett übersehen. Werde mich von der Single Supply verabschieden und die Spannung symmetrisch anlegen. Dann kann der Spannungsteiler entfallen und die Welt wird auch etwas einfacher. Werde jetzt eine PCB mit all den Tips von hier aufbauen und danach können wir messen und uns das Signal und dessen weiterer Verarbeitung vornehmen.
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