Помогите с усилителем пьезоэлемента

[SergeyG]

Необходимо засечь фронт сигнала с пьезодатчика после удара, как схемотехнически лучше всего организовать данное решение? Пока думаю поставить 2 ОУ AD8014 - первую использовать в качестве неинвертирующего усилителя, выход с которого идет на вторую ОУ в компараторном включении. Получается слишком просто.... Подскажите, как действительно это правильно сделать, кто имеет опыт в данной области.

[Сэр Мурр]

Пьезодатчик- датчик с высоким выходным сопротивлением и приличной ёмкостью. Поэтому сначала должно стоять нечто вроде истокового повторителя- с высоким входным сопротивлением и малой входной ёмкостью, чтоб не заваливать фронт.

[woosterstring]

Посмотрите AN951 от Microchip и их линейку усилителей с высоким входным сопротивлением и низкой ёмкостью.
Вроде у них appnote был и на пьезодатчики.

[mozgososik]

Необходимо засечь фронт сигнала с пьезодатчика

Не совсем понятно что Вам надо,но высокое входное сопротивление может оказаться
вредным так как после однократного воздействия на пьезоэлемент понадобится
значительное время на разряд ёмкости пьезоэлемента,
надо бы уточнить условия задачи

[TheCat]

Пьезодатчик - источник заряда. Чтобы не завалить полосу пропускания надо чтобы входное сопротивление следующего за ним каскада было равно нулю. Трансимпедансный усилитель, как для фотодиода - наш выбор.

[SergeyG]

Необходимо засечь фронт сигнала с пьезодатчика

Не совсем понятно что Вам надо,но высокое входное сопротивление может оказаться
вредным так как после однократного воздействия на пьезоэлемент понадобится
значительное время на разряд ёмкости пьезоэлемента,
надо бы уточнить условия задачи

Задача в общем виде такова- я хочу сделать электронную мишень. При стрельбе чтобы на экране ноута видеть куда пападаю. С небольшой учетной программой, радиоканалом на мишень по ЮСБ.... А в частности, конструктивно мишень будет выполнена в виде пластины, в геометрическом центре которой располагается штырь, на который четко десяткой наколота мишень. По краям всех 4-м сторон пластины планирую установить пьезоэлементы. Возле каждого рядом должен быть компаратор сигнала. Склоняюсь к испольpованию ОУ AD8615 в компараторном включении. Т.е. на один вход подать деленное напряжение с ИОН(где то в пределах 100-300мВ), а на другой подключить пьезоэлемент, хотя пока не знаю, как лучше. У выбранного ОУ входное смещение меньше 1пА. При попадении пули в пластину, звуковая волна он удара начнет распространяться в пластине, со скоростью порядка 6 км/сек, и через какое то время дойдет до датчиков. Выходы с компараторов планирую завести на входы захвата таймеров микроконтроллера(Mega1280 или STM32), которые будут все время тактироваться с частотой 10-20 МГЦ. Этого должно хватить для обеспечения разрешения порядка миллиметра, если скоррректировать скорость распространения звука в металле от температуры по термодатчику. Обсчитав содержимое всех четырех регистров захвата, можно рассчитать координату. В аналоговой технике, к сожалению, не силен.

[Flasher]

Нужен быстродействующий компаратор. Точнее даже 2 на каждый датчик. Один на отрицательный выброс- другой на положительный. Чувствительность придется крутить, чтобы отраженные волны убирать.

[woosterstring]

А задача весьма интересная. Можете набросать рисунок?
Не хочу огорчать автора, но по описанию конструкции ничего не выйдет, особенно с пьезоэлементами.
Могу гарантировать, что на всех четырёх будет царить хаос в Ваших терминах в момент попадания шарика с пневматики. Скажу лишь, что так невероятно сложно фиксировать вибрационное поле. Некоторое время занимался волновыми процессами в жёстких средах для дефектоскопии. Если задумаетесь посчитать - то точная модель существует только для бесконечной пластины. Вся остальная динамика - только численно. Сеточные методы, но явно не на 4 узлах. И это только вершина айсберга. Для того, чтобы нарисовать картинку в лабораториях используют оптические сканеры на доплеровских виброметрах, много проходов и только для стационарных полей. Утрируя, в этом случае STM32(M3, M4) просто не потянет вычисления в реальном времени, если Вам удастся "заточить" матмодель. Но если удастся - это будет прорыв.

И всё-таки, я бы использовал более предсказуемые чем пьезопластины датчики, например акселерометры.

Некоторое время назад делали халтуру - мишени для тира - подпружиненный контакт в каждом круге. Не поверите, но 10мс для фиксации попадания пластиковой пульки хватало, а свинцовой темболее (это с программным устранением дребезга, хотя можно было фиксировать только первый фронт). На всякий случай оставили 1 мс на "дребезг".

В Вашем случае можно использовать что-нибудь ёмкостное.
Или два взаимно-перпендикулярных лазера с коллиматорами (дают плоский широкий луч) и не полениться напаять линейки фотоприёмников - SMD фототранзисторов. Получатся две координаты X и Y c каким угодно разрешением.
По деньгам выйдет так же, как с усилителями AD.
Но наверняка заработает с первого раза.

[SergeyG]

А задача весьма интересная. Можете набросать рисунок?
Не хочу огорчать автора, но по описанию конструкции ничего не выйдет, особенно с пьезоэлементами.

И всё-таки, я бы использовал более предсказуемые чем пьезопластины датчики, например акселерометры.

В Вашем случае можно использовать что-нибудь ёмкостное.

Или два взаимно-перпендикулярных лазера с коллиматорами (дают плоский широкий луч) и не полениться напаять линейки фотоприёмников - SMD фототранзисторов. Получатся две координаты X и Y c каким угодно разрешением.
По деньгам выйдет так же, как с усилителями AD.
Но наверняка заработает с первого раза.

Раз с пьезоэлементами не выйдет, тогда нет смысла тратить время на них.

С акселерометрами есть опыт работы, но использовал их только для определения положения в пространстве. 10мс должно хватит с избытком, но если их поставить, как вибродатчики, не будет ли та же самая хаотическая картина при попадании пули.

Емкостной метод если использовать, тогда необходимы обкладки и диэлектрик. Как конструктивно это воплотить, нет идей.

А вот с фототранзисторами дельный совет, заработает с первого раза, но как луч лазера превратить в линию? Я таких коллиматоров не видел, а ставить как на сканере штрих кода вибирующее зеркало - ненадежно и не сделаю в домашних условиях.... Но по любому, это самое реализуемое решение.

[woosterstring]

У акселерометра есть собственная полоса и торировнный выход. А что будет, зависит от обстоятельств.

Под рукой есть лазер мощный не маркированный с какой-то автоматической линии.
Поищите под названием "лазерный модуль линия". Существуют с раскрывом 30 - 140 градусов.
Kosmodrom, Imrad и т.д.

[SergeyG]

Под рукой есть лазер мощный не маркированный с какой-то автоматической линии.
Поищите под названием "лазерный модуль линия". Существуют с раскрывом 30 - 140 градусов.
Kosmodrom, Imrad и т.д.

Да, нашел такие лазерные модули. Есть правда один момент.... Понятно, что лазеры необходимо будет включать поочередно и опрашивать линейки фототранзисторов тоже поочередно. Но из за того, что луч от от модуля расходится веером, от боковых стенок будут побочные отражения, которые засветят линейку приемников. Поскольку луч лазера поляризован, и при отражении фаза поворачивается, наверное придется кроме светофильтра поверх фототранзисторов разместить еще и поляризационную пленку должным образом, чтобы отсечь эти блики.

[woosterstring]

Всё не так сложно.
Засветка отражённым светом не страшна.
Придётся ставить компаратор на каждый транзистор и подбирать транзисторы по пику чувствительность длины волны соответственно лазеру. Аналогично линза фототранзисторов бывает 10 - 150 градусов. Не так сложно, как хлопотно.
Можно покрасить стенки чёрным, ну и чёрный бархат с минимальным коэффициентом отражения (0,5%).
Опрашивать только транзисторы, лазер пусть постоянно светит. Если не хватает ног - использовать расширитель порта, мультиплексор.

Вообще, как подскажет фантазия.

В далёком прошлом знакомый делал маятниковые угломеры.
Там буквально качался светодиод в корпусе с небольшим отверстием, под ним было поле - пучёк оптоволокна, ведущего прочь к фототранзисторам. Достигалась точность 0,1 градуса. При этом он ухитрялся обходиться без компараторов простой логикой. Уровни, с которых начинаются логические 0 и 1 у каждой серии МС свои

[SergeyG]

Придётся ставить компаратор на каждый транзистор и подбирать транзисторы по пику чувствительность длины волны соответственно лазеру. Аналогично линза фототранзисторов бывает 10 - 150 градусов. Не так сложно, как хлопотно.

Если не хватает ног - использовать расширитель порта, мультиплексор.

Вообще, как подскажет фантазия.

Компаратор поставлю. Так надежнее. Полно компараторов в корпусе SOT-23-5, так что рядом если поставить, много места не займет.

Да и время сейчас такое, что и микроконтроллеры есть с любым количеством ног, это проще, чем расширять порты

А вот с фототранзисторами накладка.....Они все ИК диапазона. Как планарные, так и выводные, выводные конечно предпочтителней, большой выбор по углу линзы... Как он будет реагировать на лазер видимого диапазона, можно выяснить только экспериментально, но реагировать должен, красный свет по длине волны почти ведь рядом. Нужно проверять в реале, наверное и фотодиод ИК нужно будет попробовать. Если уж никак не получится, есть фоторесторы, выводные, вертикальная установка, он как раз по габаритам тоже соизмерим с калибром, но линзы, как таковой, я на нем не заметил....

[woosterstring]

Не забудьте прикинуть необходимое быстродействие по скорости полёта.
Резисторы могут оказаться медленными.
Ну и фотодиоды могут быть предпочтительнее.

[SergeyG]

Не забудьте прикинуть необходимое быстродействие по скорости полёта.
Резисторы могут оказаться медленными.
Ну и фотодиоды могут быть предпочтительнее.

Спасибо огромное всем, кто помог советом. Начали с пьезоэлемента во здравие, а закончили за упокой:)
Мишень буду делать по мере свободного времени, как сделаю, тут выложу.

Будет стоять 32 на 32 фотодиода SFH229, его спектральная чувствительность хорошо попадает на 650 нанометров красного лазера, угол 20 градусов, размер 4 мм соизмерим с калибром, получится активная площадь мишени 130 на 130 мм, на 50 метров этого достаточно. Фототранзисторы те что подешевле, по скорости впритык, а те что подходят по скорости, по деньгам как вышеуказанный фотодиод. Фотодиод поставлю в обратном включении. Компаратор самый ходовой и дешевый - LM393, все характеристики подходят. Процессор STM32F103, корпус 100 выводный, чтобы 4 порта было свободно для выходов компараторов. Как раз выход ЦАП зайдет на входы компараторов, чтобы установить чувствительность. Радиотракт - TRC102. Вообщем то все реально и реализуемо, ПО простейшее, но конструкция потребует внимательной разработки. Дело времени:) Еще раз всем спасибо!