Преобразователь напряжение-частота

[jurkom]

В процессе разработки исследовательской установки возникла потребность в гальванической развязке информационного сигнала.
Решил преобразовать сигнал в частоту и через оптрон измерить Arduino с последующей передачей в комп в текстовый файл.
А дальше, как у всех, анализ, графики с помощью Excell.
Попала под руку статья из польского журнала. Когда то давно ребята использовали эту схему. Неплохо о ней отзывальсь.
12 бит держала стабильно.
Но терзают меня сомнения, в правильной ли полярности включен диод D2?

Перетв_p2 rys 2-3 bw.gif

(43.03 КБ) 402 скачивания

Сделал модельку в Proteuse. Но как, то непонятно.

Kluch U-F.zip

(14.73 КБ) 180 скачиваний

Вся статья из журнала

Преобразователь U-F.zip

(307.65 КБ) 276 скачиваний

[BorisJ]

Блин..
(это я про "модельку в протеусе")

[B@R5uk]

Зачем так сложно? Почему бы не поставить МК с АЦП до гальванической развязки, а развязывать уже цифровой сигнал с МК?

[tonyk]

Почему бы не поставить МК с АЦП

ТС ведёт разговор про честные 12 бит результата измерений. Покажи доступный МК с АЦП, который выдаст 12 бит. ADuC, STM32F303 и прочие MSP430 с 16-ти битными дельта-сигма АЦП будут недёшевы, да и достать их сложно.

[Mickle]

КР1108ПП1 стоит на интернет-барахолках от 70-100 руб. и содержит тот же самый ПНЧ, что на схеме из польского журнала.

У ТС профиль не заполнен. А то вдруг соседи по даче, глядишь, насыпал бы этих ПНЧ-шек

[B@R5uk]

tonyk, моя идея не в АЦП, а в том, где разместить МК, а где — развязку.

[jurkom]

Почему бы не поставить МК с АЦП до гальванической развязки, а развязывать уже цифровой сигнал с МК?

Всё дело в том, что б будущем, наверное, придется измерять несколько параметров. И развязывать один бит или 12 в каждом канале имеет значение. Кроме того, рабочее место лаборанта находится на некотором удалении от установки.
Частота преобразователя будет не больше 12 кГц. Думаю, проблемы с передачей на несколько лесятков метров такой частоты не будет.

КР1108ПП1 стоит на интернет-барахолках от 70-100 руб.

Стоимость компонентов преобразователя будет меньше, чем стоимость у нас КР1108ПП1 (~4$). Кроме того, все компоненты лежат в ящике стола. Изготовить сей преобразователь - дело рабочего дня. Да и с параметрами ОУ и обвязки поиграть можно.

[Mickle]

Если всё уже решено и наши советы не нужны, тогда вперёд, к научным свершениям
С диодом D2 всё в порядке.

[electroget]

[uquote="jurkom",url="/forum/viewtopic.php?p=4255026#p4255026"]В процессе разработки исследовательской установки возникла потребность в гальванической развязке информационного сигнала.[/uquote]
Тема это довольно сложная и решений на все случаи жизни не бывает. У меня есть аналогичная задача, но я пока не могу купить детали чтоб смакетировать свой вариант аналоговой развзяки. К концу месяца надеюсь купленные мною детали всё же придут и тогда я смакетирую свой вариант и покажу что у меня получилось для решения моей задачи.

[Jurkin]

V --> F можно сказать вечная тема
В одной теме предлагал решение на NJM4151. На Алике 10шт -10евро
Вот https://www.radiokot.ru/forum/viewtopic ... 0#p3892730
описывал её применение в частотниках HITACHI, как раз применённого для развязывания входного аналогового напряжения.

[electroget]

[uquote="Jurkin",url="/forum/viewtopic.php?p=4255618#p4255618"]V --> F можно сказать вечная тема[/uquote]
Раньше это действительно было так. Потому что других вариантов особо и не было. Но сейчас, с появлением широкодоступных MK со встроенными 12-битными АЦП, делать промежуточное преобразование аналогового сигнала в частоту, а потом измерять полученную частоту микроконтроллером, обычно нет необходимости. Разве что в каких-то специальных случаях.

[jurkom]

[uquote="Mickle",url="/forum/viewtopic.php?p=4255603#p4255603"]Если всё уже решено и наши советы не нужны, тогда вперёд, к научным свершениям
С диодом D2 всё в порядке.
[/uquote]
Спасибо за ответ.
Советы нужны. У нас страна советов. Но есть много старых решений, не менее эфективных, чем нынешние. Но меньших по стоимости.
Можно купить в Китае. Но ждать три месяца, пока приедет. И приедет ли то, что заказывал, с нужными параметрами. Да и в процессе разработки, отладки, работы компоненты имеют привычку портится. Мне проще поменять какой либо ОУ стоимостью несколько десятков центов, чем AD ценой с десяток $. Да и покупать приходится мне с моих пенсионных.

В схеме (номерация согласно Вашей модели) D1, D6 - ключ, который подключает ток разряда интегратора.
При замкнутом ключе D1, D6 закрыт +5В и интегратор интегрирует входное напряжение.
При разомкнутом ключе (логический TTL 0) D1, D6 открывается и через него течет ток противоположной к входному сигналу полярности и большего значения, разряжая интегратор.
На D3, D8 падает 0,55В. Он прямосмещен.
Вопрос - ток формируется напряжением питания -15В через резистор R3, R6 или к этому току добавляется и ток через D3, D8 из напряжения на стабилитроне D2, D7?

В первом случае не есть good, так как напряжение питания может иметь нестабильность.
И вообще, какова функция D3, D8?

[diplodok]

Есть и такое ACPL-C79B, ACPL-C79A, ACPL-C790

[tonyk]

Но сейчас, с появлением широкодоступных MK со встроенными 12-битными АЦП

ТС выше вёл разговор про результат с точностью 12 бит. Ни один из попсовых МК с 12-ти бмтным АЦП не обеспечит 12 бит результата. А те, что обеспечат, будут уже не 12-ти битными, и не очень доступными.

[electroget]

tonyk,
Не вижу принципиальной проблемы. Если ТС ищет решение для профессиональной задачи, то он может позволить себе МК даже с 16-bit АЦП. Такие пока ещё доступны. И тогда никаких промежуточных ПНЧ вообще не потребуется. Так что это вопрос чисто технический. А вот с аналоговой развязкой действительно повозиться придётся. Я сам хочу этим заняться, но нужных деталей пока нет.

[Mickle]

[uquote="jurkom",url="/forum/viewtopic.php?p=4255775#p4255775"]И вообще, какова функция D3, D8?[/uquote]

Функция термокомпенсации.



Т.к. источник тока имеет малое внутреннее сопротивление (всего 6 кОм), температурная вариация падения напряжения на диодном ключе D1 (на оригинальной схеме) будет приводить к вариации силы разрядного тока интегратора. Если принять для диода ТКНпр=2,1 мВ/°C, привносимая им погрешность масштаба АЦП составит примерно 0,04 %/°C. Диод в составе ИОТ привносит ту же самую температурную ошибку, но с противоположным знаком.
По поводу влияния нестабильности напряжения питания на ИОТ: коэффициент подавления по моим расчётам составит 60-65 дБ.

[electroget]

Mickle,
У меня тоже есть вопрос по этой схеме. А зачем разработчик этой схемы так заморачивался? Почему он не поставил по входу настоящий диффиренциальный ОУ? Существуют ведь даже специальные микросхемы, которые обеспечивают стыковку сигналов датчиков с АЦП - AD8137 например.

[Mickle]

Схема и статья, которые привёл топикстартер, взяты из журнала 1982 г. AD8137 появился на рынке через 22 года.

[B@R5uk]

[uquote="jurkom",url="/forum/viewtopic.php?p=4255593#p4255593"]Кроме того, рабочее место лаборанта находится на некотором удалении от установки.
Частота преобразователя будет не больше 12 кГц. Думаю, проблемы с передачей на несколько лесятков метров такой частоты не будет.[/uquote]
Ооооо! Это однозначно означает, что оцифровка должна производиться по месту. Другому просто нет пути. Иначе вы замучаетесь настраивать передачу сигнала так, чтобы его фронты не искажались и не размывались (а ведь есть ещё шумы и наводки!). Проблемой будет не то что 12 бит получить, 8 бит может не взлететь. Вот посмотрите: 12 кГц соответствует 83 мкс, поделите это на 2 в 12 степени, и получите прикидку того, какая точность передачи фронтов вам нужна. Плюс лютый гемморой с линейностью преобразования напряжение-частота (решается калибровочной таблицей, но легче от этого не становится, особенно, если нет гарантии, что калибровочные значения не будут плыть со временем/температурой).

А на счёт развязки 12 бит — это вы загнули. Сейчас никто в здравом уме не передаёт данные по параллельному интерфейсу. Кучу же последовательных напридумали, как то I2C, USART, SPI или даже хотя бы тот же USB (поверх которого можно пустить USART).

[electroget]

Для шины I2C есть гальваноразвязка ADUM.
Но это если вариант с АЦП ADS1115 "по месту" реализуем.