Форум: Техническая поддержка

Здравствуйте!
Нужно измерить напряжение на 16 каналах за 1 импульс по однократному внешнему запуску. Земля у каналов общая. Частота повторения импульсов – 0.05 Гц. Имеем АЦП E14-140-M, неиспользованная, купленная ~ 7лет назад.
Физическая задача – определение энергетического спектра электронного пучка в одном импульсе методом поглощения.

Каналы представляют собой заряженные емкости одинакового номинала С.
Емкости заряжаются за 100 нс. Импульс запуска приходит через 100 мкс после срабатывания электронной пушки, когда затухнут колебания и шумы.
Примеры возможных вариантов.
Если С = 1 мкФ, то Vмах= ΔQмах/С = 100 мВ и Vмин= ΔQмин/С = 2 мВ.
Если С = 0.01 мкФ, то Vмах= ΔQмах/С = 10 В и Vмин= ΔQмин/С = 200 мВ.
Желательно, конечно, иметь напряжение побольше. Но, уменьшая емкости, мы уменьшаем характерные времена.
   Для того, чтобы можно было сравнивать величины зарядов на разных каналах, емкости должны несущественно разряжаться за время измерения всех каналов и, видимо, совсем немного за время измерения каждого канала.
Величины напряжений на разных каналах можно привести к одному моменту, используя коэффициенты, полученные путем калибровочных измерений, одинаково заряжая все ёмкости.
Вопрос, как скажется падение напряжения в течение измерения одного канала, какие здесь допуски?
Ещё вопросы:
- Какова величина среднего за все время измерения входного сопротивления АЦП - <Rвх>.
Величина <Rвх> определяется, как входным сопротивлением канала во время подключения АЦП к этому каналу, так и его входным сопротивлением во время подключения АЦП к другим каналам.
- Какая величина Rвх канала во время его измерения.
- Какая величина чистого времени измерения одного канала (величины длительности процесса получения числового значения адекватного входному напряжению), исключая время сопровождающих процессов коммутации, пересылки информации и т. п.
- Какая величин времени измерения всех каналов
С уважением
А.Дроздовский
drozdovsky@mail.ru     т. 9165937216
Институт теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ). Москва

Отредактировано admin (23.11.2020 12:31:17)

Здравствуйте, Александр Андреевич.
Начну сначала с самой измерительной задачи, которую Вы описали. По сути, Вам требуется 16-канальный косвенный измеритель заряда (здесь и далее я ссылаюсь на справочные ресурсы нашей техподдержки).  Заряд инжектирован в конденсаторы С внешним потоком электронов .
Подобный косвенный измеритель заряда должен иметь:
1. Цепь сброса заряда;
2. Очень высокое входное сопротивление;
3. Очень малый собственный входной ток и отсутствие эффекта инжекции заряда в многоканальном режиме.

В общем случае, E14-140-М по своим характеристикам не соответствует требованиям к входам косвенных измерителей заряда. Модуль E14-140-М требует относительно низкоомных активных выходных сопротивлений источников сигналов (в том числе, по DC). В частности, если работать на максимальной частоте 100 кГц преобразования E14-140-М (равной частоте опроса каналов) и на поддиапазонах измерения ±0.5 В,  ±2.5 В или ±10 В, то для обеспечения межканального прохождения сигнала порядка -76 дБ нужно иметь выходное сопротивление источников сигналов не более 5 кОм ( https://www.lcard.ru/download/e14_140_users_guide.pdf , п. А.1.2, стр. 56).
Возвращаясь к Вашей задаче, если мы зашунтируем каждый конденсатор С резистором 5 кОм (приводя схему к примеру применения , п. 1.5 или п. 1.6),  то оценка постоянной времени RC-цепи говорит о том, что за минимальное время опроса 16-ти каналов (160 мкс), например, в режиме сбора одного кадра по внешему синхросигналу INT, напряжения на конденсаторах C уже успеют значительно стечь.
Таким образом, Ваша цепь измерения никаким образом не может быть корректно подключена к E14-140-М напрямую (даже с попыткой адаптации её к E14-140-М с помощью резисторов), чтобы можно было бы гарантировать приемлемое качество измерения.

Отредактировано Инженер (23.11.2020 18:35:04)

По сути, между Вашим источником сигнала (в виде пучка электронов) и входом E14-140-М должен стоять активный преобразователь заряд-напряжение с входом управления сбросом заряда. Тогда E14-140-М вполне применим для подобной задачи.

Если имеются условия возникновения тормозного рентгеновского излучения, то измерительная система должна состоять из трёх зон:
Первая зона - с конденсаторами С, с рентгеновским и электростатическим экраном.
Вторая зона -  активный преобразователь заряд-напряжение в электростатическом экране.
Третья зона -  система сбора данных E14-140-М в условиях работы, приближенных к нормальным.

Если рентгеновского излучения нет, то, вероятно, первая и вторая зоны могут быть объединены.

Отредактировано Инженер (24.11.2020 07:49:20)

Здравствуйте!
Большое спасибо за Ваши разъяснения!
      Но я не все понимаю.
    К моменту измерения все ёмкости заряжены и они располагаются рядом с входом АЦП (< 10 cм).
Можно считать, что R1= Rвн = 0 и при С =10-8÷10-6 неравенство 1/FADC >> R1*R2*(C+10-10)/(R1+R2) выполняется (п. 1.5 или п. 1.6).
Что такое в схеме R2: внешнее сопротивление или входное сопротивление АЦП - Rвх?
Ёмкости не разрядятся за время измерения 160 мкс, если Rвх  > 5 кОм.
Они разрядятся к следующему импульсу, через 20 секунд.
Кстати, хочется узнать, чему равно Rвх в многоканальном режиме, если это не секрет.
И какое значение Rвх для канала не находящегося в режиме измерения?
       
С уважением
А.Дроздовский

FADC - частота преобразования АЦП. При рассмотрении выше я считал, что она максимальная - 100 кГц.
R2- добавочный резистор, который в Вашей схеме необходим для обеспечения режима работы входов E14-140-М
по постоянному току - об этом резисторе я рассказывал выше.
Смысл неравенства, на которое Вы ссылаетесь, в том, чтобы RC-постоянная времени цепи источника сигнала была много меньше,
чем период преобразования АЦП (1/FADC), равный периоду опроса одного канала коммутатором. Подразумевается, что коммутатор в каждый
следующий период 1/FADC в цепь любого входа может инжектировать импульсный коммутационный заряд. Если неравенство выполняется,
то инжектированный заряд коммутатора успевает стечь и никак не влияет на погрешность измерения. В Вашем случае это неравенство не может
выполнится, исходя из Вашей же задачи, поскольку за время 1/FADC (16/FADC -для 16-ти каналов) заряд конденсаторов С нужно сохранять.
Ещё раз: E14-140-М не предназначен для работы с ёмкостным источником сигналов - электрическими свойствами косвенного измерителя
заряда вход E14-140-М не обладает.   

см. https://www.lcard.ru/download/e14_140_users_guide.pdf
п.5.4.1.Рабочий режим - "Для многоканального режима входное сопротивление канала менее 1 МОм и носит
сложный резистивно-емкостной характер..." (и далее по тексту "битая" ссылка должна быть на A.1.2., стр.56 - эту замеченную сейчас ошибку вёрстки мы исправим).
Но, строго говоря, в многоканальном режиме входное сопротивление в классическом понимании не определено для этой цепи, поскольку не очевидно, как его измерить на фоне импульсного процесса инжекции коммутационного заряда в цепь измерения.
В неопрашиваемых в данный момент каналах также присутствует инжекция заряда от коммутационного процесса.

Здравствуйте!
      Мы будем в соответствии с Вашей рекомендацией делать согласующий блок на операционных усилителях.  Выходное сопротивление можно сделать небольшим. Посоветуйте, какая величина будет оптимальной для нашего случая?
       
С благодарностью и уважением
А.Дроздовский

Александр Андреевич, тогда эта статья написана буквально для Вас. Очень рекомендую дифференциальный способ подключения E14-140-М к буферному усилителю (например, витыми парами в общем экране) и дифференциальный режим E14-140-М.

Спасибо!!!