Форум РадиоКот

Всем привет!
Волей случая пришлось мне залезть в дебри схемотехники.
Знаний и опыта у меня очень мало в этой теме, почти что нету. Так что могу задавать много глупых вопросов.
Есть весьма прагматичная задача – сделать приемник для сейсмических сигналов.
Если конкретнее, то задача состоит в разработке устройства, включающее в себя пьезокерамический приемник, усилитель, ФВЧ и ФНЧ.
Частотный диапазон, который мне нужен - примерно от 50 до 5000 Гц. Усиление в 10 раз.
Если с усиливающим каскадом более-менее все ясно (делаем МШУ на операционнике), то с фильтрами могут быть проблемы. Я использовал для расчета программку на сайте analog device и решил делать фильтры на прецизионных рейл-то-рейл ОУ – ad8599 или ad8676. Крутизна ЛЧХ чем сильнее, тем лучше, но упирается в кол-во операционников (надо все вместе вместить на платку примерно 10х70 мм.) При сильной крутизне необходимо слишком много каскадов, которые просто не помещаються на платку.
Питание биполярное, +-5В. Рабочий набросок схемы в аттаче.
Пока что все это на макетный платах и все сильно дребезжит и шумит. Кроме того не ясно, на сколько плохо будет влиять ФЧХ на полученные данные. Собираюсь развести и заказать платку для пробы, чтобы уже посмотреть в более помехоустойчивом виде, но перед этим хотел бы советов и критики.
Заранее спасибо!

Rucker писал(а): (надо все вместе вместить на платку примерно 10х70 мм.)

Разместить эту схему на такой плате можно с помощью смд элементов, но вот только ни резисторов ни конденсаторов с такой точностью не попадались. В этом случае два выхода:
1. из кучи выбирать подходящие по номиналу и точности
2. составлять из нескольких элементов; сами понимаете растут габариты.
С ростом порядка фильтра требования по точности подбора элементов существенно повышаются.
По моему опыту могу судить только до шестого порядка. Температурные изменения "съедят" всю точность, которую Вы на "берегу" настроите.
По моему целесообразнее на самом регистраторе собрать небольшой усилитель с фильтром 2-4 порядка, а затем на компьютере обработать с помощью, ну например Sound Forge.

Пъезодатчики - вещи высокоомные. А у вас входное сопротивление усилителя 1 кОм
Нужен несколько другой входной каскад.
И второе. Вы фильтр рассчитывали? Похоже, что подключено несколько фильтров последовательно, а это не тоже самое, что один фильтр с нужной крутизной.
И ещё. Вам действительно нужен фильтр седьмого порядка?

.

Есть весьма прагматичная задача – сделать приемник для сейсмических сигналов.

Для сейсморазведки диапазон сигнала 5-125 Гц, иногда до 250 Гц. У вас диапазон относится к звуковому.
На входе у вас стоит дифференциальный усилитель, входное сопротивление которого очень мало, что никак не стыкуется с пьезодатчиками, и усиление сигнала тоже очень маленькое. Ни коим образом эта схема не соответствует идее усилителя сейсмического сигнала.
В общем, если Вы расшифруете свою идею, для чего этот усилитель, будет проще отвечать на вопросы.

Rucker писал(а): Знаний и опыта у меня очень мало в этой теме, почти что нету....
Есть весьма прагматичная задача – сделать приемник для сейсмических сигналов.
Если конкретнее, то задача состоит в разработке устройства, включающее в себя пьезокерамический приемник, усилитель, ФВЧ и ФНЧ.

Так, может, посмотреть, что геофизики много лет для этого используют. И взять сейсмодатчики, которые у них есть.

Разместить эту схему на такой плате можно с помощью смд элементов, но вот только ни резисторов ни конденсаторов с такой точностью не попадались. В этом случае два выхода:
1. из кучи выбирать подходящие по номиналу и точности
2. составлять из нескольких элементов; сами понимаете растут габариты.
С ростом порядка фильтра требования по точности подбора элементов существенно повышаются.
По моему опыту могу судить только до шестого порядка. Температурные изменения "съедят" всю точность, которую Вы на "берегу" настроите.
По моему целесообразнее на самом регистраторе собрать небольшой усилитель с фильтром 2-4 порядка, а затем на компьютере обработать с помощью, ну например Sound Forge.

Ну на смд и был расчет, но насчет точности вы правы, погрешности возникают походу высокие. Как раз сейчас провожу эксперименты с фильтрами разных порядков. Насчет усилителя на регистраторе я уже думал, но пока придерживаюсь классической схемы (предусилители внутри приемной косы). Дальнейшая обработка сигнала идет уже на станции обработки, а после - на специальном софте, на компьютерах уже.

Пъезодатчики - вещи высокоомные. А у вас входное сопротивление усилителя 1 кОм
Нужен несколько другой входной каскад.
И второе. Вы фильтр рассчитывали? Похоже, что подключено несколько фильтров последовательно, а это не тоже самое, что один фильтр с нужной крутизной.
И ещё. Вам действительно нужен фильтр седьмого порядка?

Уже думал над вопросом согласования гидрофонов с входным каскадом, пока ничего не придумал. Стало быть, буду переделывать МШУ
Фильтр расчитывал в програмке от analog device. Тестировал макет, задавая генератором разные частоты, на удивление исправно режет.
Насчет крутизны фильтра - мне нужны наиболее крутые границы лчх, сохраняя при этом относительно ровную характеристику в полосе пропускания и хорошее равновесие между количеством элементов. Как всегда задача идеалистическая

Для сейсморазведки диапазон сигнала 5-125 Гц, иногда до 250 Гц. У вас диапазон относится к звуковому.
На входе у вас стоит дифференциальный усилитель, входное сопротивление которого очень мало, что никак не стыкуется с пьезодатчиками, и усиление сигнала тоже очень маленькое. Ни коим образом эта схема не соответствует идее усилителя сейсмического сигнала.
В общем, если Вы расшифруете свою идею, для чего этот усилитель, будет проще отвечать на вопросы.

5-125 Гц это лишь частоты одного из методов. Скорее всего вы имеете ввиду взрывы, пушки и пр. Попробую конкретизировать идею. Это задача морских сейсмических исследований. Есть станция, внутри которой ацп и какой-то фарш из схемотехники. Она дружит с компом, на котором установлен софт, который проводит обработку сигнала. К станции подключено приемное устройство. Чтобы более наглядно представлять - вообразите длинный садовый шланг, который заполнен изолятором и в котором установлена дюжина гидрофонов с платами усиления и фильтрации, от которых сигнал идет к станции. И весь этот шланг волочется в воде, на расстоянии от какого-нибудь парохода. С другой стороны судна есть источник сигнала. Они бывают разных исполнений и частот, если не расписывать каждый метод, то общие рабочие частоты - примерно от 100 Гц до 3 кГц. Ну а дальше типичная задача локации, посылка сигнала источником и ловля приемным устройством отраженного сигнала. Усиление рассчитывал в 10 раз на первом каскаде.

Так, может, посмотреть, что геофизики много лет для этого используют. И взять сейсмодатчики, которые у них есть.

Смотрел, использовал, не все устраивает. Сейсмодатчики уже взял поэкспериментировать. Решил разобраться и сделать свой приемный тракт. Естественно, не жду что он будет сильно лучше тех, что уже есть, но со временем думаю модернизировать. По крайней мере я буду знать что и где находиться, в случае поломок в полях.

Для начала определитесь с коэффициентом затухания вне полосы пропускания вашего фильтра и допустимой неравномерностью внутри полосы пропускания. А оттуда и требования к фильтрам получатся.

Для начала определитесь с коэффициентом затухания вне полосы пропускания вашего фильтра и допустимой неравномерностью внутри полосы пропускания. А оттуда и требования к фильтрам получатся.

К сожалению, не могу назвать точные цифры. Неравномерность в полосе как можно меньше, наверное в пределах 0.5 дБ. Насчет коэффициента затухания... не очень понимаю как считать этот коэффициент, но чем круче наклон, тем лучше. Впрочем, я наверное описал идеальный фильтр. Коллеги, которые выполняли смежные задачи говорят, что лучше всего подходит Баттерворт.

Нет данных - нет рассчётов.
Я бы посоветовал нарисовать какие-нибудь ворота для полезного сигнала и степени влияния на него внешних шумов.
Погуглите "АЧХ полосового фильтра".
Мне до сих пор кажется, что достаточно 2-3й порядок, а не то, что вы сейчас себе представляете.

Берете 298ФВХХ и 298ФНХХ, комбинируйте , как хотите. По 21 типу в ФВ и ФН. Коэффициент прямоугольности у них 2-3 и ослабление в полосе задержания не менее 50 дБ.

.

Неравномерность в полосе как можно меньше, наверное в пределах 0.5 дБ. Насчет коэффициента затухания... не очень понимаю как считать этот коэффициент, но чем круче наклон, тем лучше. Впрочем, я наверное описал идеальный фильтр. Коллеги, которые выполняли смежные задачи говорят, что лучше всего подходит Баттерворт.

У нас использовались фильтры Баттерворта 2-го порядка. Нужна, в первую очередь, не неравномерность, а гладкая характеристика вне полосы пропускания, для устранения эффекта антиалясинга. Хотя, неравномерность полосы и равномерность спада взаимосвязаны.

Чтобы определиться со схемотехникой, необходимо знать, что будет являться источником сейсмоколебаний. Из призывов о помощи это невидно. Летящий самолёт создаёт в земле одни колебания, шумящие на ветру деревья - другие (по частоте). Фильтрами НЧ это надо вырезать. От источника зависит и выбор датчиков и первый усилитель. Предпочтение отдаётся обычно МС 140УД12.