Concevoir / acheter un filtre pour le système d’acquisition de données

David

Concevoir / acheter un filtre pour le système d’acquisition de données


Nous avons plusieurs types d’appareils d’acquisition de données où je travaille. Ils sont principalement utilisés pour mesurer des tensions basses fréquences (<100HZ, +/- 10V). Un appareil a un filtre intégré qui fait un excellent travail. J’ai demandé au fabricant des détails sur le filtre. Ils ne donneraient pas de détails sur la conception spécifique du filtre ni sur l’endroit où en acheter un. Voici comment ils décrivent le filtre dans un e-mail:

« le filtre avant l’ADC est un filtre RC de 2e ordre avec 90 dB à environ 128 kHz »

Le manuel d’utilisation le décrit simplement comme un filtre 50/60 Hz.

À ma grande surprise, j’ai du mal à trouver un tel filtre en utilisant Google. Quelqu’un peut-il me dire comment construire un tel filtre ou où les acheter? Idéalement, ce serait un module avec des connecteurs BNC, donc je pourrais simplement le connecter en ligne avec le câble de signal à nos autres appareils d’acquisition de données.

En tant qu’ingénieur mécanique, j’ai peu de connaissances sur les filtres. Cependant, j’ai essayé de connecter un condensateur de 2000 uF entre les cordons de test. À ma grande surprise, cela aide beaucoup à éliminer le bruit. Il s’agit d’un type électrolytique qui, je crois comprendre, est polarisé et ne doit être utilisé qu’avec des signaux positifs. Je n’ai trouvé aucun type de condensateur non polarisé avec autant de capacité. Mais 20000uF semble beaucoup trop. Je veux trouver une solution plus appropriée.

Comment concevoir un filtre approprié pour mon application?

Tony EE rocketscientist

Les signaux et le bruit dépendent grandement de la qualité des câbles et des connexions de masse et de la proximité du courant de bruit transitoire. Pouvez-vous utiliser un câble coaxial mis à la terre chez ADC? le lien manuel peut être utile si vous suivez les conseils de câble.

Scott Seidman

Quel est a) votre budget et b) votre fréquence d’échantillonnage? S’agit-il d’un filtre anti-alias? Avez-vous besoin de nombreux filtres assortis?

Henry Crun

Vous n’avez pas dit ce que vous essayez de filtrer. 50 / 60Hz est généralement éliminé en choisissant soigneusement la fréquence d’échantillonnage pour l’annuler, les entrées différentielles et les câbles torsadés / blindés, pas par filtrage. La fréquence du signal et des interférences, l’impédance / type de source et le niveau de tension sont ce que nous devons savoir.

Réponses


 Andy aka

S’il s’agit d’un filtre de deuxième ordre, sa pente d’atténuation est de 40 dB par décennie, donc si vous avez 90 dB d’atténuation à 128 kHz, il devrait y avoir 50 dB d’atténuation à 12,8 kHz et 10 dB d’atténuation à 1,28 kHz.

Si vous avez fait un peu de calcul pour prédire où se trouve la fréquence de coupure, vous constaterez qu’un filtre de deuxième ordre avec une fréquence de coupure de 720 Hz convient parfaitement. En effet, vous savez que la coupure est d’un quart de décennie de fréquence inférieure à 1,28 kHz. Donc, pour l’obtenir en chiffres réels, vous prenez l’antilog de 0,25 et cela équivaut à 1,778. Divisez cela en 1,28 kHz et la fréquence de coupure du filtre sera de 720 Hz .

720 Hz est le 1er ingrédient vital dont vous avez besoin pour concevoir votre filtre.

Si vous le faisiez à partir d’un circuit RLC comme celui-ci: –

entrez la description de l'image ici

Vous choisiriez L et C pour donner cette réponse: –

entrez la description de l'image ici

Source d’outils interactifs .

Je viens de tripoter quelques valeurs pour obtenir Fc = environ 720 Hz et modifié la valeur de la résistance pour donner un rapport d’amortissement d’environ 0,866. Ce dernier bit est important car il est très probable que le type de filtre utilisé soit un filtre de Bessel et qu’il ait un retard de phase très plat – voir la courbe de réponse de l’étape sous le tracé de bode – il y a un dépassement d’environ 0,4% et cela en fait un bon filtre polyvalent pour la partie frontale d’un ADC utilisé pour les mesures.

Donc, armé de la fréquence de coupure et du rapport d’amortissement, vous pouvez choisir une architecture de touches sallen d’amplificateur opérationnel active comme celle-ci: –

entrez la description de l'image ici

Voir ce lien pour un outil où vous pouvez entrer des valeurs de R et C et obtenir des valeurs de fréquence de coupure et de rapport d’amortissement. Si vous choisissez R1 = 14000 ohm, R2 = 7000 ohm, C1 = 27 nF et C2 = 18 nF, vous obtiendrez à peu près ce que vous voulez: –

entrez la description de l'image ici

  • fc = 729,2710256902 [Hz]
  • ζ = 0,86602540378444

J’ai essayé de connecter un condensateur de 2000 uF entre les cordons de test. À ma grande surprise, cela aide beaucoup à éliminer le bruit.

Si vous investissiez dans un condensateur non polarisé de 27 uF et une inductance de 1800 uH (selon le détail du tracé de bode sur les valeurs des composants), vous obtiendriez un filtre décent qui a largement les exigences telles que je les vois. Mais, j’irais pour un type de clé sallen.

David

Andy, merci pour votre excellente réponse. Vous êtes évidemment extrêmement compétent dans ce domaine. Malheureusement, je suis à l’extrémité opposée du spectre des compétences. J’examine comment implémenter vos concepts, mais je n’ai jamais acheté de composants comme ceux-ci auparavant. Les sites Web sur l’électronique que j’ai visités ont un nombre écrasant de choix liés à ces composants. Est-ce que n’importe quel inducteur 1800uH et condensateur 27uF suffiront?

Andy aka

Si vous choisissez une inductance / inductance de 1800 uH et laissez un lien, je vais y jeter un œil. Idem le 27 uF mais il pourrait être plus facile de trouver un 22 uF et de le mettre en parallèle avec un 4.7 uF.

 

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