Форум: Выбор оборудования

Добрый день. Подскажите, пожалуйста, что из вашего оборудования можно использовать для цифровой регистрации модулированного синуса, представленного напряжением. Особенность процесса - кратковременность (длительность порядка 2 - 5 секунд), частота синуса от 100 до 3000 Гц, амплитуда сигнала - до 150 мВ. Для регистрации необходима синхронизация инициирования физического процесса с началом регистрации. Пауза от инициализации до развития процесса является случайной величиной и составляет до 1 сек. Используется пьезоэлектрический датчик давления ЛХ-601.
Пытались использовать приставку к компьютеру PC Skope (PCS500), но у нее записывается всего 4096 точек (их количества катастрофически не хватает) и связь с компьютером через кабель принтерного порта. Хотелось бы вести запись через USB-порт. Синхронизация физического процесса с регистрацией осуществляется по уровню записываемого сигнала.

Здравствуйте. Требуются уточнения:
1. Дайте, пожалуйста, ссылку на характеристики (паспорт или руководство или описание типа СИ) на датчик ЛХ-601.
2. Сколько требуется каналов измерения сигнала?
3.

Сообщите тип (электрические характеристики) предполагаемого синхросигнала.
4. 

Выше Вы указали, что необходима синхронизация начала регистрации. Тогда почему "по уровню", а не "по фронту"? - Объясните подробнее требуемую  функцию синхронизации сбора данных.
5. Какая максимальная удалённость датчика и источника синхросигнала от АЦП?

Могу  добавить следующие данные:
1. датчик ЛХ-601 старый, документации на него в интернете я пока не нашел. Могу сообщить, что он пьезоэлектрического типа,  с рабочей полосой частот до 30 кГц, амплитуда регистрируемого сигнала не превышает 150 мВ. Конкретная величина амплитуды нас не интересует. В методике обработки сигнала требуется определить темп увеличения этой амплитуды.
2. Требуется один канал измерения.
3. 4. Синхросигнал предполагается организовать с помощь батарейки 1,5 В. Контактный выключатель имеет несколько групп контактов. Через одну группу запускается процесс регистрации, другая группа инициирует процесс изменения давления. Можно допустить запуск регистрации от регистрируемого сигнала. Можно и по переднему фронту, но, учитывая наличия электрических наводок, требуется обращать внимание на значение уровня полезного сигнала.
5. Физический процесс реализуется  в реакторе, который находится от АЦП на расстоянии до 15 м. Источник синхросигнала находится рядом с АЦП.

При такой неопределённости с характеристиками источника сигнала, в сочетании с его удалённостью, определённо посоветовать конкретный тип АЦП не представляется возможным. Гипотетически, с теми или иными допущениями, в данной задаче может быть применён любой АЦП общего применения  с интерфейсом USB от "Л Кард". Однако, невозможно однозначно гарантировать совместимость с АЦП при такой неопределённости.

Используемый датчик пульсаций давления изготовлен в советское время неким "почтовым ящиком". Его до сих пор можно приобрести (на сайтах http://www.bivolt.ru/katalog/LH601.html   и  https://www.dak-s.com/products/lh-601. Технические характеристики не приводятся)
Паспортные характеристики нашего датчика следующие
    диапазон измерения пульсаций давления от 0,5 до 50 бар
    статическое давление от 25 до 400 бар
    чувствительность датчика при емкостной нагрузке 33000 пФ и сопротивления входа более 1 МОм 23 мВ/бар
    собственная частота датчика не менее 30 кГц
    собственная частота 200 пФ
        и так далее про температурный режим, погрешность, ресурс.

Хотелось бы получить ссылку не конкретное ваше устройство, которое может усилить сигнал датчика, преобразовать его хотя бы 8-разрядным АЦП (разрядность может быть больше) с временем преобразования не более 0,1 миллисекунды (скорость преобразования может быть больше) и записать один миллион точек (их количество может быть и больше).

1.

Это при нагрузке датчика  33000 пФ и 1 МОм? Если нет, то при какой нагрузке? (Дело в том, то для пьезодатчика амплитуда выходного сигнала зависит от импеданса нагрузки).
2.

Здесь явно опечатка. Частота в фарадах не измеряется

3. Также укажите тип выхода датчика. Грубо говоря, бывает:
1) неизолированный датчик  с двухполюсным коаксиальным выходом (когда один полюс электрически связан с корпусом датчика)
2) Изолированный датчик, с симметричным, трёхполючным выходом: один провод - корпус, два других - изолированные симметричные выводы от пьезокристалла.
- А у Вас какой случай?
- Какой тип кабеля длиной 15 м предполагаете использовать для подключения датчика?

1. Нагрузкой должен быть ваш прибор (усилитель или преобразователь). Емкость в 33000 пФ я могу установить, а входное сопротивление должно обеспечиваться вашим подходящим устройством.
2. 200 пФ собственная емкость датчика.
3. У датчика разъем 2РМ14КПН4Ш1В1. Сигнал снимается с первого и второго контакта. Корпус разъема имеет электрическое соединение с контактом №2.
4. Предполагается использовать коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом.
Из ваших ответов я предполагаю, что система измерения должна иметь следующую конфигурацию: датчик давления непосредственно подключается к усилителю-преобразователю, который размещается возле установки (реактора), далее по кабелю длинной 10-15 м (какого типа еще не знаю) передается на АЦП, а уже с АЦП на персональный компьютер по кабелю USB.
Или возможно с датчика по коаксиальному кабелю длинной 10-15 м на ваше устройство, которое находится возле компьютера?

На мой вопрос 1 ответа вы не дали. Спрашиваю ещё раз подробнее. Выше Вы писали:

- Эти данные были получены при какой нагрузке на датчик?
Дополнительный вопрос:
- В каком рабочем диапазоне давлений требуется измерять?

150 мВ получены в результате прямого подключения датчика через 15 метровый коаксиальный кабель  (волновое сопротивление 75 Ом) ко входу цифровой приставки PCS500. На датчик оказывалось воздействие в виде коротких ударов подушечкой пальца.
Среднее давление в реакторе 25 бар.
Амплитуда пульсаций давления не известна.

Ок.  Сегодня или завтра составлю полный ответ с рекомендациями на основе ваших данных.

1. Расчётная часть
1.1. Рассчитываем ёмкость цепи измерения. Коаксиальный кабель имеет типичную погонную ёмкость 100 пФ/м, поэтому кабель 15 м вносит ёмкость 1500 пФ. С учётом собственной ёмкости датчика 200 пФ, емкость "кабель + датчик" составляет 1700 пФ.
1.2. Рассчитываем диапазон напряжений пульсации в паспортных (штатных) условиях датчика. Для диапазона измерения пульсаций давления от 0,5 до 50 бар (при емкостной нагрузке 33000 пФ и коэффициенте передачи 23 мВ/бар) диапазон напряжений пульсации составит от (0,5…50)*23= 11,5…1150 [мВ]
1.3. Рассчитываем рабочий диапазон пульсации заряда датчика при 0,5 до 50 бар:
(11,5…1150)*(10^-3) [В] * 33*(10^-9) [Ф] = 379,5…37950 [пКл]
1.4. Рассчитываем амплитуду пульсации заряда при нештатной нагрузке (кабель 15 м) в эксперименте с постукиванием пальцем:
150 мВ * 1700 пФ = 150*(10^-3) * 1700*10(^-12) = 255 пКл.
1.5. Рассчитываем теоретическую амплитуду напряжения датчика при пульсации давления 50 бар   при нештатной нагрузке 1500 пФ (кабель 15 м):
37950 [пКл]/(1500+200)  [пФ] = 22,3 В.
1.6. Пересчитываем коэффициент передачи датчика относительно заряда, исходя из п.1.3.: 37950 [пКл] / 50 [бар] = 759 пКл/бар 

2. Выводы и рекомендации
2.1. В эксперименте с постукиванием пальцем, при нештатной нагрузке, датчик эксплуатировался ниже его нижней границы диапазона измерения по паспорту (в пересчёте на заряд). Если принять исходные условия в вашей постановке задачи (нагрузка датчика 1500 пФ и напряжение 150 мВ), то, с точки зрения характеристик пьезодатчика, эти условия являются некорректными, поскольку датчик эксплуатируется ниже его нижней границы диапазона измерения по паспорту в пересчёте на заряд.
2.2. Паспортное ограничение нижней границы измерения изменения давления - 0,5 бар для этого датчика -  могло быть связано с двумя причинами:
- Это ограничение определялось по ТУ ограничением чувствительности преобразователя, с которым этот датчик испытывался, или метрологическими  ограничениями контрольного средства измерения давления.
- Это ограничение определяется механической чувствительностью (например, трением покоя подвеса датчика, в котором закреплён пьезокристалл относитетельно корпуса датчика).
Во втором случае измерять что-либо будет некорректно – это Вы должны понимать. Но ниже я буду исходить из предположния, что сам датчик имеет достаточный динамический диапазон при измерении изменений давления менее 0,5 бар.
2.3. В эксперименте с постукиванием пальцем фактически было определено, что вас интересует область измерений малых изменений давлений. Это следует из п. 1.4, а также из того, что, грубо говоря, постукиванием подушечкой пальца давление больше, чем на 1 бар вряд ли изменить, поскольку 1 бар – это 1 килограмм-сила на сантиметр квадратный).
2.4.  Принимая во внимание условия данной задачи – удалённость датчика на 15 м, измерение в области малых зарядов (п.1.4), несимметричность выхода датчика, ваши требование непосредственного подключения оборудования без включения в цепь измерения дополнительных самодельных узлов, становится очевидно, что здесь необходим усилитель заряда.
2.5. Предлагаемый усилитель заряда LE-41 имеет собственный шум 15 фКл = 0,015 пКл (в полосе частот пропускания  0,3...22000 Гц). Исходя из п.1.4, находим теоретический  динамический диапазон сигнала, который позволит обеспечить этот усилитель
255 пКл / 0,015 пКл = 17000 – это около 65 дБ
При заказе оговорите преднастройки каналов LE41 на поддиапазон 0,8 нКл и верхнюю частоту полосы пропускания 22000 Гц.
Исходя из чувствительности датчика 759 пКл/бар (п. 1.6), а также исходя из коэффициента передачи LE-41 10 мВ/пКл на поддиапазоне “0,8 нКл”, получим коэффициент передачи подсистемы “датчик – усилитель”   759 пКл/бар * 10 мВ/пКл = 7590 мВ/бар. В частности, отсюда понятно, что оптимальный диапазон измерения АЦП, подключенного к выходу LE-41, – это +/-10 В.
2.6. Учитывая ваш прежний опыт применения цифровой приставки PCS500, имеющей гальваноразвязку, выбираем АЦП от Л Кард с гальваноразвязкой, с непрерывным сбором данных, с интерфейсом USB. Возможны следующие аппаратные конфигурации оборудования:
E-502 + LE-41 + двуполярный блок питания (БП);
LTR11 + LTR-CEU-1-4 + LE-41 + двуполярный БП;
LTR22 + LTR-CEU-1-4 + LE-41 (питание LE41 от LTR22);
LTR24-1 + LTR-CEU-1-4 + LE-41 (питание LE41 от LTR24-1).
Примечание: когда с конфигурацией оборудования определитесь, схему его подключения я выложу.
2.7. В случае E-502 или LTR11, сигнал синхронизации старта непрерывного сбора данных можно получить, подключая внешний изолированный контакт к входу синхронизации (без использования батарейки). Но во всех случаях с использованием батарейки изолированного контакт и резистора сигнал синхронизации можно подать на второй вход АЦП.
2.8. По программным вопросам использования нашего ПО lgraph2 или LMS: требуется консультация наших программистов.
2.9. По поводу изготовление кабелей на заказ для этой задачи: требуется консультация с нашим отделом продаж. Коаксиальный кабель от датчика до LE-41 должен иметь сплошной ленточный экран без просветов (экран "плётёнка" не подойдёт). Кабель от LE-41 до АЦП должен обеспечить дифференциальное подключение входа АЦП к выходу LE-41.

3. Полезные справочные ресурсы для данной задачи:
https://www.lcard.ru/lexicon/dynamic_range
https://www.lcard.ru/lexicon/charge_input
https://www.lcard.ru/lexicon/charge_injection
https://www.lcard.ru/lexicon/diff_input
https://www.lcard.ru/lexicon/2polar_pow_supply  (по поводу двуполярного БП)

4. Особое мнение по поводу данной задачи:
4.1. Замечания к п. 2.2. Применять датчики (как и любые измерительные преобразователи) за пределами их паспортных диапазонов измерения является непрофессиональным подходом к решению задачи измерения. Непрофессиональность заключается в том, что вместо того, чтобы решать задачу измерения по сформулированному смыслу, придётся по факту заниматься исследованием характеристик датчика за пределами его паспортного диапазона измерения. Это можно оправдать разве только тем, что по тем или иным причинам объективно невозможно заменить датчик или преобразователь на более подходящий, и поэтому заказчик этой работы заранее готов к любым результатам исследования датчика в его нештатных режимах измерения.
4.2.  Если Вы всё-таки пришли к выводу о необходимости замены датчика, то, чтобы упростить подключение (не связываться с предусилителями), я рекомендую искать датчики давления в семействе ICP-датчиков . Справочный ресурс по датчикам: https://www.lcard.ru/info/sensors_vendors . Общая статья по выбору датчиков: https://www.lcard.ru/support/faq/sensors
В случае ICP-датчика, возможны следующие конфигурации оборудования:
ICP-датчик + LTR24-2 + LTR-CEU-1-4.
ICP-датчик + LTR25 + LTR-CEU-1-4.
TTL-cигнал синхронизации старта измерения можно заводить на входы меток синхронизации крейта LTR-CEU-1-4.
В принципе, возможны и варианты подключения изолированнгого контакта (с применением пассивной цепи) к неиспользованному ICP-входу АЦП для заведения импульсного сигнала синхронизации непосредственно на вход АЦП.

Отредактировано Инженер (16.10.2021 18:04:57)

Спасибо за подробную консультацию. То, что Вы написали, требует некоторого "переваривания".

Да, конечно.
Я ещё хотел бы добавить, что не только пьезодатчики потенциально могут быть использованы в данной задаче, но и тензодатчики, при этом, сама задача по физическому смыслу похожа на задачи динамической тензометрии. По поводу вариантов тензометрических решений с оборудованием "Л Кард" см. https://www.lcard.ru/portfolio/ltr212_vs_ltr216

Добрый день.
Укажите, пожалуйста,стоимость самого дешевого варианта из четырех. И еще вопрос: правильно ли я понял, что измерительная цепочка имеет следующую последовательность : датчик ЛХ-601 - усилитель заряда LE-41 (он вставляется в LTR43, или в LTR-EU, или в LTR-CEU-1-4)- АЦП (например Е14-400) - персональный компьютер с вашим ПО?
И еще вопрос: почему-то у датчиков, которые предлагаются по предложенной ссылке, не указываются полоса частот.
С уважением Сергей_В

Стоимость запросите в нашем отделе продаж, пожалуйста.

- Усилитель заряда LE-41 - это отдельный модуль.
- LTR43 - это модуль LTR, который может быть применён в одном из крейтов LTR, например, LTR-CEU-1-4, или LTR-EU-2-5, или другом. Крейт имеет интерфейсы USB и Ethernet.
- Е14-140-M  - это отдельный модуль с интерфейсом USB.
Вся документация на эти изделия имеется на нашем сайте.

Непонятно, о какой ссылке идёт речь. В любом случае, это - вопрос не к "Л Кард", в к производителю или поставщику датчиков.

P.S. В данном формате техподдержки подразумевается, что сам пользователь является интегратором измерительного оборудования. Если Вам нужна готовая  интегрированная измерительная система "под ключ", то это - формат договорной работы, которую нужно сразу обсуждать с нашим отделом продаж.

Добрый день.
Конфигурацию выбрал: LTR24-1 + LTR-CEU-1-4 + LE-41 (питание LE41 от LTR24-1).
Вы обещали привести схему присоединения. Есть еще вопрос: у LE-41 четыре входа, если используется только один датчик, то что делать с остальными тремя входами?
В какой форме представить заявку на поставку в отдел продаж? ( в том виде как приведено здесь?)

Здравствуйте.

На схеме неизолированный пьезодатчик заземлён через корпус вашего оборудования (я это так понял, из Ваших объяснений устройства выхода датчика). Если же датчик изолирован от корпуса и цепи заземления оборудования, то в этом случае следует заземлить LE-41 (через его клемму заземления).
Повторю сказанное выше:  Коаксиальный кабель от датчика до LE-41 должен иметь сплошной ленточный экран без "просветов".
По поводу подключения крейта LTR по USB см. https://www.lcard.ru/download/ltr.pdf , п. 3.6.4

Входы неиспользуемых каналов LE-41 оставьте неподключенными. Неиспользуемые входы X2, X3, X4, Y2, Y3, Y4 модуля LTR24-1 рекомендуется подключить к цепи AGND на разъёме LTR24 (на схеме выше это не показано).

Вам будет достаточно сослаться на эту тему форума. Но особо оговорите с отделом продаж, чтобы модуль LE-41 имел заводские преднастройки на входной диапазон "0,8 нКл" и верхнюю частоту полосы частот пропускания 22 кГц.

Соединять/отсоединять LE-41 от LTR рекомендуется при обесточенном LTR (подключение цепи питания LTR на схеме выше не показано).
Цепь датчика можно подключать к LE-41 в любом состоянии питания оборудования.

Я дополнил схему двумя вариантами ввода синхросигнала от внешнего изолированного контакта:

В первом варианте для ввода синхросигнала используется второй кананал АЦП  (входы X2, Y2).
Резисторы R1, R2 рекомендуются 10 кОм, 5%, 0,125 Вт.
При разомкнутом K1 напряжение на входе канала 2 АЦП будет (5...7,5) В, а при замкнутом - 0 В.
Во втором варианте для ввода синхросигнала используется один из каналов для ввода синхрометки крейта LTR.
При разомкнутом K2 на входе DIGIN1 будет логическая "1", при замкнутом - "0".
Резистор R3 рекомендуется 1,5 - 2,2 кОм, 5%, 0,125 Вт.

Описание разъёма синхронизации см. в
https://www.lcard.ru/download/ltr.pdf , стр.53
Для каждого из вариантов синхронизации проконсультируйтесь с нашими программистами по поводу возможностей ПО, которое будете использовать.
Отмечу также, что при синхронизации от механического контакта по данным вариантам возможен эффект дребезга при замыкании-размыкании - это просто нужно будет учитывать при анализе записанных данных эксперимента. Если же требуется антидребезговая логика для контакта синхронизации, то могу предложить, но это усложнит техническое решение.
На схемах показано, какие связи желательно вести витыми парами.

Отредактировано Инженер (24.10.2021 13:53:50)

Здравствуйте. Сообщите, пожалуйста, к какому решению Вы пришли в итоге.