Измерение амплитуды

Александр Комаров

✩✩✩✩✩✩✩
25 Окт 2021
8
1
Доброго всем. Решил попытать счастье и тут.
Можно ли ардуинкой, имея подобный ADS1115 модуль измерять амплитуду переменного сигнала (синус)? Если можно, то подскажите как? Или любой другой способ, за ранее благодарен.
 

Геннадий П

★★★★★★✩
14 Апр 2021
1,869
599
44
Измеряешь в течении некоторого времени и берешь максимальное значение.
 

Геннадий П

★★★★★★✩
14 Апр 2021
1,869
599
44
@Un_ka, Не важно с постоянной или рандомной задержкой, главное чтобы общее время выборок было как минимум сопоставимо с длительностью периода сигнала.
Но если сигнал синусоидальный низкой частоты, то проще делать последние N выборок (чем больше тем лучше) пока максимальное значение в выборках не приблизится к середине диапазона.
 

ТехнарьКто

★★★★★✩✩
13 Янв 2020
273
435
Можно ли ардуинкой, имея подобный ADS1115 модуль измерять амплитуду переменного сигнала (синус)?
Модуль медленный. Максимальная скорость обработки данных до 860 выб./с. Для отлова максимума хотя бы с 10% погрешностью при 35_000Гц надо обрабатывать данные на порядок быстрее. И как бы 860 сильно меньше 350_000. Поэтому о возможности решить задачу прямо в лоб, чисто программным способом, сильно сомневаюсь. Хотя возможно гении программирования нарисуют алгоритм со сдвигом интервалов измерения. Но на мой взгляд, это еще тот мазохизм.

Если можно, то подскажите как? Или любой другой способ, за ранее благодарен.
У Вас задача узнать амплитудное значение напряжения синусоидального сигнала.
С этим давно нет проблем.
В простых приборах это делается так.
ampl.jpg
Выпрямленное напряжение зарядит конденсатор до амплитудного значения. Диод лучше поставить какой нибудь Шоттки.
Основная особенность диодов с барьером Шоттки – практически полное отсутствие времени обратного восстановления. Обусловлено это свойствами перехода металл-полупроводник. Это позволяет использовать этот тип диодов на относительно высоких (до сотен килогерц) частотах. Максимальная рабочая частота диодов с барьером Шоттки ограничена лишь паразитной емкостью перехода. Еще одно отличие диодов такого типа от обычных – вдвое, иногда втрое меньшее падение прямого напряжения (0.3 … 0.5 против 0.7 … 1.0).
Конденсатор можно и даже лучше применить не полярный, пленочный с низкими диэлектрическими потерями. Достаточно на пару тысяч пикофарад. От 10n до 90n (10 нанофарад это 10_000 пикофарад), хотя можно и на микрофарад. Параллельно конденсатору включить мегаОмный резистор. Для возможности разряда конденсатора при уменьшении измеряемого амплитудного значения. Резистор позволяет быстрее реагировать на изменение амплитуды напряжения сигнала. Низкоомный резистор будет вносить погрешность в измерения (занижать напряжение). Сильно высокоомный (гигаомы) или отсутствие резистора приведет к слишком долгому снижению напряжения относительно реального уровня сигнала. С параметрами схемы можете экспериментировать, теорию постарался описать. В итоге получите амплитудное значение в виде постоянного напряжения которое можно измерять на контактах 1-2 рисунка. В программе надо учесть падение напряжения на диоде, чтобы его добавлять к измеренному значению. Падение напряжения зависит от конкретного примененного диода. Измерение будет произведено правильно при условии, что амплитуда тестового сигнала больше падения напряжения на диоде. А уж как измерить постоянное напряжение с помощью ADS1115, думаю Вам сможет подсказать любой из ранее ответивших.

PS Пробуйте и все у Вас получится.
 

Геннадий П

★★★★★★✩
14 Апр 2021
1,869
599
44
А как же теорема Котельникова?
Слишком сложные расчеты для ардуины. =)

Если исходный сигнал чистый синус, то конечно можно по нескольким точкам воссоздать сигнал и вычислить значения пиков.
 
Изменено:

Александр Комаров

✩✩✩✩✩✩✩
25 Окт 2021
8
1
@ТехнарьКто, Доброго. Собрал схему, и она в принципе работает. Амплитуда сигнала 1,5в, после выпрямления показывает 1,42 постоянки, меня это устраивает. Проблема вот в чем, показывает она 1,42 в течении примерно 2 секунд и потом напряжение постоянно падает. С резистором 1М в параллель напряжение всегда можно сказать на нуле. Подскажите пожалуйста, как побороть?
 

poty

★★★★★★✩
19 Фев 2020
3,034
904
Как измеряете напряжение, в частности, как следите за падением напряжения?
Что является источником напряжения?
 

Александр Комаров

✩✩✩✩✩✩✩
25 Окт 2021
8
1
Как измеряете напряжение, в частности, как следите за падением напряжения?
Что является источником напряжения?
Пока проверяю схему на работоспособность, измеряю обычным мультиметром, подозреваю, что это его влияние. Он же и показывает падение. К МК еще не подключал.
Источником является ОУ, на выходе поседователь конденсатор 1u и резистор 500ом, потом схема детектора.

@Александр Комаров, конденсатор какой емкости стоит?
22n, Синус 1кгц
 
Изменено:

poty

★★★★★★✩
19 Фев 2020
3,034
904
Ещё раз: выход ОУ - 1мкФ - 500Ом - диод - [параллельно 22нФ||1МОм] - земля?
ОУ подключен к двуполярному питанию или к однополярному?
 

poty

★★★★★★✩
19 Фев 2020
3,034
904
Входная цепь имеет гигантскую постоянную времени, у Вас будет режим устанавливаться очень долго и не дай бог со входа изменится постоянная составляющая (например, из-за изменения формы сигнала) - будет точно влиять. Не знаю, что там на входе, может уменьшить R10?
По выходу так работать не будет. Если Вы хотите убрать постоянную составляющую, то делать это нужно на активное сопротивление (CR, где R должно быть подключено к земле). Конденсатор последовательно с диодом просто заряжается, разрядная цепь отсутствует.
 
  • Лойс +1
Реакции: ТехнарьКто

Александр Комаров

✩✩✩✩✩✩✩
25 Окт 2021
8
1
@poty, после С3 должен быть параллельный резистор и тогда заработает, я вас правильно понял?
Вопросы появились еще. Я теперь понимаю, что после последовательного конденсатора всегда должен быть резистор или диод к земле или другой к ней путь для разрядки. Когда я читал статьи типа "ОУ — это просто", подобной информации не было. Для С4 тоже должен быть такой резистор, наверное при таком включениее ОУ - нет? Разве, что перед С4... (сорри за детские вопросы)
Этот резистор для разрядки требует какого-то специального расчета, понятно, что это будет ФВЧ, а кроме этого?
Что замедляет вход С4+R10? R10 выбирал таким, чтобы не имел влияния на сигнал потому, что он определяет входное сопротивление ОУ. (Совет из статьи)
 
Изменено:

poty

★★★★★★✩
19 Фев 2020
3,034
904
Вопросов много, если отвечать по существу, то будет много допущений. Но я попробую.
Выход ОУ, нагруженный на ёмкость, может приводить к нестабильности работы ОУ (выходное сопротивление ОУ мало, особенно с глубокой ООС) и перегружать его выход. Как правило это происходит на довольно высоких частотах, поэтому нужно адекватно выбирать полосу ОУ для своих целей. Чтобы смягчить проблему между выходом ОУ и конденсатором ставится резистор. Вот, примерно, если убрать D1, то R11-C10 будет таким классическим примером.
Конденсатор С3 - это совершенно другое дело, он не работает как интегратор, заряжается через сопротивление нагрузки. А у Вас его (сопротивления нагрузки) как раз и нет, оно отделено диодом. Положительная полуволна будет заряжать систему C3C10, а ток разряда отрицательной волны - блокироваться диодом. Поэтому нужно сделать классическую схему удаления постоянной составляющей - поставить с правого вывода C3 резистор на землю, номинал выбрать любой допустимый для выхода ОУ (как нагрузка). В Вашем случае этого будет достаточно. В других случаях, если нагрузка сильно отличается по току, для выравнивания полупериодов тока и сохранения формы кривой последовательно с разряжающим резистором может ставится диод, разряжающий конденсатор только в одной, нужной полуволне. R11 в принципе не нужен, он будет лишь увеличивать погрешность измерения.
Теперь про входную часть. Я не знаю, что за сигнал Вы измеряете и имеет ли этот сигнал постоянную составляющую (если нет, то почему бы вообще не убрать входной конденсатор). Давайте поймём, как конденсатор С4 заряжается и разряжается. Допустим, на входе образовалась ступенька - включение постоянного напряжения. Источник этого сигнала подключен к левому выводу C4 и земле и имеет некое выходное/внутреннее сопротивление RI. Правый вывод конденсатора C4 подключен к земле через R10 (далее стоит конденсатор, который фактически является к.з. для изменения, но дрифт всё равно давать будет). Т.о., перезарядка конденсатора в 1мкФ будет происходить через, в лучшем случае 4Мом. Время заряда до 70% будет составлять около 4 секунд!
Да, уменьшение сопротивления R10 будет нагружать выход источника сигнала, но такой ли уж он слабосильный? Неужели сопротивление нагрузки в 50-100кОм для него неподъёмно?
 
Изменено:

Александр Комаров

✩✩✩✩✩✩✩
25 Окт 2021
8
1
@poty, огромная благодарность. Источник сигнала пока такой AD9833 и я не у верен, что он там выдает, поэтому на всякий поставил С1.
 

ТехнарьКто

★★★★★✩✩
13 Янв 2020
273
435
Собрал схему, и она в принципе работает. Амплитуда сигнала 1,5в,
По осцилографу надеюсь. А то мультиметром намеряете странностей.

после выпрямления показывает 1,42 постоянки, меня это устраивает.
Падение напряжения на диоде измеряли? Например тем же мультиметром в режиме прозвонки диодов или транзистортестером.
В показанном результате падение напряжения на диоде учтено? А то как то подозрительно малое падение 0,08V. Таких диодов еще не изобрели.

Проблема вот в чем, показывает она 1,42 в течении примерно 2 секунд и потом напряжение постоянно падает.
Контролируете осциллографом надеюсь с делителем 1:10. А не Ц20 с входным сопротивлением килоОмы.

С резистором 1М в параллель напряжение всегда можно сказать на нуле. Подскажите пожалуйста, как побороть?
1МОм это на глаз минимальное полное активное сопротивление нагрузки при C 1мкф, а не просто резистор в парралель. Например обычный китайский мультиметр имеет такое сопротивление. Предполагалось, что нагружено будет на дифференциальный вход измерителя и если там будет слишком высокое сопротивление, то надо будет грузить дополнительным сопротивлением подбираемым экспериментально. Извиняюсь, что в первый раз написал не понятно. Для Вашего случая вообще нагрузочный резистор пока не нужен. И мультиметром это как бы совсем не корректно измерять. Надо осциллографом с делителем 1:10.
 

ТехнарьКто

★★★★★✩✩
13 Янв 2020
273
435
А как же теорема Котельникова?
Теоре́ма Коте́льникова (в англоязычной литературе — теорема Найквиста — Шеннона, теорема отсчётов) — утверждение в области цифровой обработки сигналов...

Перевожу на русский язык, они там исключительно только про частоту утверждали. А тут у человека, абсолютно иная задача.
 

ТехнарьКто

★★★★★✩✩
13 Янв 2020
273
435