Diseñar / Comprar un filtro para el sistema de adquisición de datos

1

Tenemos varios tipos de dispositivos de adquisición de datos donde trabajo. Se utilizan principalmente para medir voltajes de baja frecuencia (< 100 HZ, +/- 10V). Un dispositivo tiene un filtro incorporado que hace un excelente trabajo. Le pregunté al fabricante por los detalles sobre el filtro. No detallarían el diseño específico del filtro ni dónde comprarlo. Esta es la forma en que describen el filtro en un correo electrónico:

"el filtro antes del ADC es un filtro RC de segundo orden con 90dB a aproximadamente 128kHz"

El manual del usuario lo describe simplemente como un filtro de 50/60 Hz.

Para mi sorpresa, estoy teniendo dificultades para encontrar un filtro de este tipo en Google. ¿Alguien puede decirme cómo construir un filtro de este tipo o dónde comprarlos? Lo ideal sería que fuera un módulo con conectores BNC, así que simplemente podría conectarlo en línea con el cable de señal a nuestros otros dispositivos de adquisición de datos.

Como ingeniero mecánico tengo poco conocimiento sobre los filtros. Sin embargo, intenté conectar un condensador de 2000uF a través de los cables de prueba. Para mi sorpresa, esto realmente ayuda mucho para eliminar el ruido. Es un tipo electrolítico que entiendo que está polarizado y que solo se puede usar con señales positivas. No he encontrado ningún tipo de condensadores no polarizados con tanta capacitancia. Pero 20000uF parece demasiado. Quiero encontrar una solución más apropiada.

¿Cómo diseño un filtro apropiado para mi aplicación?

    
pregunta David

1 respuesta

2

Si se trata de un filtro de segundo orden, la pendiente de caída es de 40 dB por década, por lo que si tiene 90 dB de atenuación a 128 kHz, debe haber 50 dB de atenuación a 12.8 kHz y 10 dB de atenuación a 1.28 kHz.

Si hizo algunos cálculos matemáticos para predecir dónde está la frecuencia de corte, encontrará que un filtro de segundo orden con una frecuencia de corte de 720 Hz se ajusta a los requisitos. Esto se debe a que sabe que el corte es un cuarto de una década de frecuencia por debajo de 1.28 kHz. Entonces, para obtenerlo en números reales se toma el antilog de 0.25 y esto es igual a 1.778. Divida eso en 1.28 kHz y la frecuencia de corte para el filtro será 720 Hz .

720 Hz es el primer ingrediente vital que necesita para poder diseñar su filtro.

Si lo estuvieras haciendo desde un circuito RLC como este: -

ElegiríasLyCparadarestarespuesta:-

fuente de la herramienta interactiva .

Acabo de juguetear con algunos valores para obtener Fc = aproximadamente 720 Hz y modifiqué el valor de la resistencia para proporcionar una relación de amortiguamiento de aproximadamente 0.866. Este último bit es importante porque es muy probable que el tipo de filtro utilizado sea un filtro de Bessel y que tenga un retardo de fase muy plano (vea la curva de respuesta escalonada debajo de la gráfica de Bode) hay un exceso de alrededor de 0.4% y esto lo convierte en un buen filtro integral para el extremo delantero de un ADC que se utiliza para las mediciones.

Así armados con la frecuencia de corte y la relación de amortiguamiento, puede elegir una arquitectura de teclas de sallen op-amp activa como esta: -

Consulte este enlace para ver una herramienta donde puede ingresar valores de R's y C's y obtener valores para Frecuencia de corte y relación de amortiguamiento. Si eligió R1 = 14000 ohm, R2 = 7000 ohm, C1 = 27 nF y C2 = 18 nF, obtendría lo que desea: -

  • fc = 729.2710256902 [Hz]
  • ζ = 0.86602540378444
  

Intenté conectar un capacitor de 2000uF a través de los cables de prueba. Para mi   Sorprende esto en realidad ayuda mucho a eliminar el ruido.

Si invirtiera en un condensador no polarizado de 27 uF y un inductor de 1800 uH (según el detalle de la gráfica de Bode en los valores de los componentes), obtendría un filtro decente que en general tiene los requisitos tal como los veo. Pero, me gustaría un tipo de clave sallen.

    
respondido por el Andy aka

Lea otras preguntas en las etiquetas