Ich möchte in einem Messaufbau die Frequenz-Abhaengigkeiten eines Systems mit einer Schritt-Antwort Analyse studieren. Das ist kein elektronisches Kreis, sondern ein System mit Schirmungen und Kabeln, ein Kleinlaborversuch der einen Teil eines Hochspannungskreises simulieren soll. Die Anregung soll innerhalb einer Schirmung platziert werden, und obwohl ich Pulsgeneratoren zur Verfuegung habe, moechte ich nicht mit einem Kabel hinein, denn es wird nicht abgeschlossen und die resultierende Wellen auf dem Kabelmantel waeren unakzeptabel.
In einer Diskussion kam die Idee, die Anregung mit einem spannungsgesteurerte Oszillator (VCO) zu machen: die koenen mit einer Batterie getrieben werden, und 5 V sollte ausreichen fuer Signalstaerke. Allerdings fordert die Bandbreite die ich suche (ungefaehr 200 MHz) eine steile Flanke mit Anstiegszeit von ca. 1.7 ns. Da VCOs doch normalerweise fuer Logik gebaut werden, scheint die Anstiegszeit ein unwichtiger Parameter zu sein. Ich bin zum Beispiel auf solche VCOs gekommen wie der HC4046. Die Frequenz wird hauptsaechlich spezifiert, und sie haben typische Anstiegszeiten die viel langsamer sind als < 2 ns.
Wuesste jemand von einem VCO, der eine schnelle Anstiegszeit in dem Bereich 1-2 ns hat, oder hat jemand einen Vorschlag fuer einen anderen Ansatz zum Problem?
Und was ist mit 4046 und einem guten Treiberbaustein dahinter (74AC, ABT etc.). Da sind zwar die Risetimes auch nicht ausdrücklich erwähnt, aber bei einer Verzögerungszeit im 1-3ns-Bereich sollte die rise-Time wohl etwas kleiner sein :-)
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Georg Acher, acher@in.tum.de
http://wwwbode.in.tum.de/~acher
"Oh no, not again !" The bowl of petunias
Wenn man 3 Inverter eines CD40xx Logikbausteins als Ringoszillator schaltet wird er seine Frequenz abhängig von der DC-Betriebsspannung
3 - 15V ändern. 5V mit CD4049 etwa 7 MHz. Allerdings muß man das Signal nochmal mit SchmittTrigger puffern damit es für Logik übliche Anstiegszeit hat. Offsichtlich braucht man dann noch OP-Schaltung die Dreieck-DC-Spannung als Vcc dafür erzeugt. Nachteil: Zieht üppig Strom, für Batteriedauerbetrieb nicht optimal.
Das klingt vernünftig. Ich bin aber kein Elektrotechniker sondern ein Hochspannungstechniker. Hättest du ein Link für solche Treiberbausteine? Ich werde natürlich inzwischen selber suchen, aber jede Hilfe ist sehr.... hilfsreich. :)
Die erwähnte 200 MHz habe ich nicht gemeint als VCO Frequenz, sondern als die gültige Bandbreite der Schritt-Antwort Analyse. Nach der Theorie gibt es ein allgemein gülitger Zusammenhang:
f_B in MHz = 350 / T in ns
wo f_B die Bandbreite des Frequenzganges des Messkreises und T die Anstiegszeit des Schritt-Antwort Pulses sind. Die Festfrequenz vom VCO ist für meine Zwecke von wenig Bedeutung, die Flankensteilheit hingegen kritisch für die Schritt-Antwort Bandbreite.
Danke. Ich habe auch weitere Auskunft über VCOs bekommen von einem der sich ein bisschen auskennt. Eigentlich kam die Idee dieser Anwendung von ihm. Und mehr zu VCOs findet man zB hier:
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Ich glaube aber nicht, dass diese Infos mir mit dem Problem der Flankensteilheit helfen. Das hat auch mein Diskussionspartner auch übersehen. Eine zu wenig steile Flanke wird einfach nicht die höhere Frequenzen für eine zB im 200 MHz Bereich nützliche Analyse (genügend stark) erzeugen. Der Author von der oberen Website hat selber nicht gewusst, ob CMOS die gesuchte Schnelligkeit anbieten kann. (Er hat mir auch auf de.sci.electronics getippt; ist auch mein allererster Gebrauch von Usenet.)
Google mal zB. nach 74AC00 bzw. 74ABT00 und "pdf", da sind 4 Treiber drin, im
245er wären es 8. AC gibt es auch bei Reichelt, ABT&Co zB. bei Farnell. Für steilere Flanken kann man ja ein paar hintereinander schalten. AC (und soviel ich weiss ABT auch) sind ja CMOS, daher brauchen sie im statischen Zustand kaum Strom, könnte also der Batterie nutzen...
Ansonsten: Einfach mal ein Ding kaufen (kost ja nix) und ausprobieren. Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass die Flanken von AC so schnell sind, dass man sich ohne Vorkehrungen (Terminierung) schon in kleinen Schaltungen übelste Probleme einfängt :-)
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Georg Acher, acher@in.tum.de
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man kann das System mit Sprungantwort anregen. Wird bei sehr langsamen Systemen z.B. in der Regelungstechnik gemacht. Man muß die Messung aber auch dort oft wiederholen und das Meßergebnis mitteln um das Rauschen wegzubekommen. Damit ist man bei sehr langsamem Rechtecksignal als Testsignal.
Dirac wäre einzelner Puls als Testsignal. Eventuell via Avalanche-Transistor, das ist aber kein schönes Signal. Hat Amplitude wohl 100V und ist schmal. Kabelpulser usw. gäbs auch noch.
man kann Rechteck fester Frequenz einspeisen. Kommt man auf sinc(x)/x Spektrum, an den Nullstellen wird keine Energie eingespeist also kann man dort nicht messen. Man kann die Frequenz des Rechecksignals verändern um die Nullstellen rumzuschieben und damit sequentiell doch überall messen zu können. Wenn man mit Sinus macht ist das übliche Wobbelei bzw. Chirp.
man kann "white noise" einspeisen. Für Rechtecksignal: PRBS "Pseudo-Random-Binary-Signal". Man hat (Quarz)osillator der LFSR-Zähler steuert der Sequenz abarbeitet. Das ist relativ einfach mit allen Logikfamilien baubar. Es gab mit Delaylines statt Schieberegistern schon Vorschläge Richtung GHz. Bezüglich der Flankensteilheit: bei Hydaulik hat man in der Anregung mit Rechtecksignalen meist auch keine zackige Flankensteilheit sondern Trapezsignale. Man berücksichtigt das nichtideale Spektrum bei hohen Frequenzen dann eben rechnerisch in der Auswertung.
Das sind scheinbar sehr gute Vorschläge. Die Theorie kommt mir schon bekannt vor, aber ich habe es nie richtig studiert, viel weniger gemacht, und stutze mich auf ein Vorlesungsband. Ich lerne also mit.
Nach diesem Band: * Eine periodische (Zeit-)funktion wird durch Fourier-Analyse in ein Spektrum diskreter Frequenzen zerlegt. * Eine einmalige Zeitfunktion wird durch Fourier-Integral in ein kontinuierliches Frequenzspektrum zerlegt.
Ich denke das stimmt überein mit deinem Hinweis auf Nullstellen. Mit dem Rechteck fester Frequenz wird die Analyse nur diskrete Frequenzen liefern.
Das richtige Messkreis, das evaluiert werden soll, ist ein drei-phasiger, metallenkapsulierter Schalter in einem Energienetzwerk, mit Sensoren an gewisse Messstellen die das elektrische Feld im radiofrequenten Bereich auskoppeln. Ganz schön komplizert im VHF Bereich und natürlich teuer für Messungen -- darum mache ich einen reduzierten Kleinlaborversuch, der es bloss simuliert um nach den wichtigsten Parametern zu suchen.
Meine Idee ist, der anregende Puls in dieses System einzusetzen und bei den Messsensoren das resuliterende Signal mit Spektrumanalysator zu evaluieren; als solches, dachte ich, ist ein periodisches Signal geeigenter. Wichtig dabei (für meinen Zweck) ist nicht wirklich die absolute Antwort des Systems zu entdecken, sondern die Antworten bei den verschiedenen Messstellen zu vergleichen, damit ich Hinweise bekomme, welche Frequenzen bei den verschiedene Stellen besser durchkommen. Wahrscheinlich ist das Unsinn...
Die Methoden bzw. Geräte die du beschrieben hast klingen für mich wie fix-fertige Systeme. Vielleicht helfen die weiter. Danke!
"Systemidentifikation" basierend auf den geschilderten Verfahren ist steinalt. Leicht lesbare oder gar praxistaugliche Bücher gibts allerdings weniger.
Klären ob man nur Betrag oder Betrag&Phase will:
Der macht nur Betrag. Wenn es sich um konzentrierte ideale Bauelemente handeln würde könnte man daraus Phase berechnen, funktioniert in Praxis nie.
Klären ob das System bei Großsignalen nichtlinear wird. Die meisten realen Systeme haben das Problem. Auch deshalb mißt man nicht mit großen, kurzen Signalen ( a la Dirac ) sondern mit kleinen Signalen a la Rauschen oder Sinus. Bei Hf hat man wohl wegen Bandbreite genau wie bei Regelungstechnik immer das Problem mit Rauschen. Weshalb man Korrelatoren verwendet. Bei Regelungstechnik gibts den mit sin/cos der macht Betrag&Phase. Bei Hf gibts zumindest den Tracking/ Mitlaufgenerator am Spektrum-Analyzer ( das ist ein Korrelator ) der wobbelt mit Sinus durch. Die Variante mit weissem Rauschen ist bei Regelungstechnik nicht so populär wegen der langen Meßzeit. Bei Hf ist die nicht so das Problem, eine weisse Rauschquelle ( "Rauschdiode" ) paßt gut zu Spektrumanalyzer.
LFSR-Generatoren sind in meiner Hauspostille
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Heft 5 S. 10 behandelt. Es sind Schieberegister die extern XOR-Gates brauchen. Vgl Heft 16 S. 15: viele XOR-Gates gibts auch in Parity- generatoren.
Mit reiner Betragsmessung nicht so optimal. Ansonsten nennt sich das Kohärenzmessung D.h. jemand pappt verschiedene Beschleunigungsaufnehmer auf Karosserie eines Autos und haut mit dem Hammer aufs Blech. Der Datenlogger nimmt alle Signale gleichzeitig auf, PC rechnet Kohärenzfunktion aus. In dem Frequenzbereich in dem diese z.B. grösser
70% nimmt man an das die Signale gültig sind. Also eine Sicherheit um Fehlmessungen zu vermeiden Bendat & Piersol haben schöne Beispiele in ihrem Buch, kann ich bei Bedarf einige Seiten scannen.
Nominell lässt sich Elektrotechnik leicht skalieren. Für Bereiche wo das nicht so leicht ist ( Froude, Reynolds & Co ) gibts Literatur a la Schuring "Scale Models in Engineering" Pergamon 1977 bzw. zu "Dimensional Analysis" im allgemeinen. Ob allerdings Hochspannung/Gasdynamik unproblematisch skaliert wäre ich mir nicht so sicher.
Das Ohm'sche Gesetz ist noch älter, aber nicht jeder Idiot (ich) kann es richtig benutzen. :)
Betrag ist füllig ausreichend. Ich messe zur Zeit breitbändig, und such einen schmallbändigen Arbeitsbereich wo ich vielleicht einen Vorteil finde.
Das System ist bestimmt nichtlinear. Es geht um folgendes. Wenn ein Hochspannungsleistungsschalter Strom unterbricht, EM-Felder werden in einem extrem breiten Band produziert. Ich will einen Teil von den RF-Felder benutzen um die Lichtbogendauer zu messen. Dazu benutze ich einen Sensor, der als mit 50-Ohm belasteter kapazitiver Teiler funktioniert. In diesem Messsystem will ich den Lichtbogen mit einem anderen Anreger ersetzen. Die Wellen werden hin und her laufen, reflektieren und auch gekoppelt werden bis zur anderen (es sind zur Zeit 2) Messstelle.
Ich glaube das nur teilweise gefolgt zu haben. Was ich daraus verstehe ist, dass man mit HF üblicherweise mit einem sinus Durchlauf arbeitet. Nicht so einfach ohne einen aufwendigen Generator, oder? Das Problem wie ich es verstehe ist immer noch das Anreger-Gerät ins System einzubringen. Ich will nicht von einem externen Generator mit einem Kabel in das (teilweise) enkapsulierte Gehäuse hineingehen, sondern ein kleines, Batterie-getriebenes Gerät innerhalb des Gehäuses anschliessen.
Ich habe embedded_5 (Heft 5?) angeschaut, aber Heft 16 nicht gefunden. Wie ist der LFSR Generator verwandt? Wäre so was als Anreger benutzt?
Eigentlich suche ich nicht Kohärenz, sondern möchte sehen in welchem Frequenzbereich das Signal am meisten gedämpft wird zwischen den beiden Messstellen. (Das Signal wird indirekt gekoppelt bevor es bei der 2. Messstelle auftaucht.) Mit so was wie einem Spektrumanalysator kann man den Betrag doch auch ohne PC vergleichen. Optimal ist das nicht, aber ich hoffe, dass es so zumindest einen Hinweis gibt.
Ich auch nicht. Das eigentliches Verhalten des Systems ist bei HF sehr Geometrie abhängig. Aber das ist eigentlich ein Vorversuch. Es werden keine Produkte direkt daraus produziert, ich suche einen Ansatz.
Ich sehe wie wenig ich von diesem Thema verstehe...
Solange das Ohm'sche Gesetz nicht im Bundestag widerrufen wird...;-)
Ein Kabel hineinzubringen ist kein Problem. Wenn genuegend Ferrit Ringkerne daruebergeschoben werden (alle kurz vor dem Schaltergehaeuse), koppelt nicht viel in den Analyzer.
Hier ist, was Profis in solchen Situationen manchmal machen: Eine kraeftige Rauschquelle in das Schaltergehaeuse. Diese erzeugt breitbandiges Rauschen und muss wohl in diesem Fall bis 200MHz arbeiten. Wenn das zu schwierig ist, kann man auch einen Pulsgenerator bauen. Sagen wir mal 1kHz, wenn diese Schrittweite reicht. Oder mehr. Wenn dessen Flanken im nsec Bereich sind, erzeugt er genug Oberwellen bis ueber 200MHz. Dann wird er aussen normalisiert (weil die Oberwellen zu hoeheren Frequenzen hin schwaecher werden) und danach kommt er hinein ins Messobjekt.
Natuerlich kannst Du auch eine durchlaufende PLL bauen und mit dem Analyzer aussen alle paar kHz den "Durchlauf" abpassen. Das dauert aber laenger beim Messen.
Fuer ordentlich Amplitude wuerde ich NiMH Akkus empfehlen. Die koennen viel Strom liefern.
Wenn der Lichtbogen abbricht müsste damit ja der Stromfluß zuende sein. Natürlich breiten sich Felder dann immer noch aus vgl. Radarpuls. Das kann aber bei begrenzten mechanischen Abmessungen kaum nennswert sein. Bzw. wenn der Abstand des Sensors bekannt wäre die Zeit rückrechenbar. Allerdings ist mir suspekt, warum für solche Messung Spektrumanalyzer und nicht GHz-Oszilloskop verwendet werden soll.
Kann man den echten Lichtbogen nicht durch einen besser kontrollierten Lichtbogen ersetzen ? Z.B. Hochspannungsquelle lädt über hochohmigen Widerstand eine Bank Folienkondensatoren auf. Parallel zu diesen liegt im Modellaufbau ein handelsüblicher ( Epcos/Siemens ) Überspannungs- (-Gas-)Ableiter. Wird dessen Spannung überschritten schaltet der durch. Das Ding läuft also als Oszillotor der kontinuierlich Pulse erzeugt. Der Gasableiter ist in Keramik/Glasrohr, also ungeschirmt.
Das Orginalsystem hat aber auch Zuleitung die auch strahlt. Wenn man nur lokal messen will: z.B. Koax schirmen.
Tippfehler: Heft 6.
Wie groß ist der Orginalschalter daß man ihn nicht 1:1 nachbauen kann ? Wenn man ihn mechanisch runterskaliert, skaliert man die Frequenzen rauf. Bei Lichtbogen ist man aber eh schon tief im Hf-Bereich. Vgl. Modellaufbauten zur Raumakustik bei Konzertsälen: die müssen dann mit miniaturisierten Ultraschalllautsprechern und Mikrofonen messen. D.h. der Aufwand an Gips&Styrophor geht runter, aber der Aufwand für Instrumentierung geht fühlbar hoch.
Bin noch nicht überzeugt, aber werde es mit ein paar Kollegen besprechen.
Um zu klären, was du im anderen Beitrag zu Flanken/Frequenz gesagt hast: das ist ganz richtig. Ich wollte es nur betonen was ich gemeint habe mit Bandbreite, weil ich dich vermutlich misverstanden habe. Was ich suchte/suche sind die Flanken.
Die Idee mit der Rauschquelle klingt auch in Ordnung, aber ich habe noch weniger Ahnung wie sowas realisierbar ist. Das ist auch was ich probiere zu verstehen mit dem Pulsgenerator: "Wie realisiere ich einen Pulsgenerator mit Flankensteilheit < 2 ns, der kompakt und Batteriebetrieben ist?" Die Idee von einem VCO auf eine Lochplatte mit Batterie, aber scheinbar sind VCOs nicht so schnell.
Guter Tipp. Ich würde sonst Li Batterieen oder ein 9V mit Spannungsteilung nehmen.
Da sollte ich präzisieren was ist was. Ich meinte "während ein HSLS Strom unterbricht," und nicht "nachdem es den Strom unterbricht." Ich untersuche eine Messmethode. Die Methode soll die Lichtbogendauer messen. Eigentlich kann ich das schon, allerdings nur für einen einzelnen Lichtbogen. (Die Methode kann nicht zwischen zwei gleich starke LB-Signale unterscheiden.) Der zeitliche Verlauf des LB-Signals wird im Labor schon mit Oszi aufgenommen.
Für den Fall eines echten Schalters, der 3 Phasen hat, funktioniert die Methode dann eben nicht guarantiert, weil die Lichtbögen der 3 Phasen existieren teilweise gleichzeitig; die verschiedene Signale sollen unabhängig gemessen werden, doch gibt es natürlich eine Art Übersprechen. Deswegen suche ich einen Ansatz um diese Komplikation zu lösen. Dazu probiere ich die Kopplungen zwischen den Phasen besser zu verstehen. Das Spektrumanalyzer sollte nur für eine Frequenz-Analyse Messung verwendet, bsp. eine Schritt-Antwort.
Da es darum geht die Reaktion des Systems besser zu verstehen, braucht man ein bekanntes Verfahren.
Die Zuleitung des Originalsystems soll auch immer noch anhanden sein. Aber die Strahlung im Originalsystem geht vom LB aus, und wird nicht ins System durch diese Leitung gebracht. Vielleicht könnte ich aber eine spezielle Zuleitung bauen, die zB einen BNC-Kabel beinhaltet; das wäre wie das Koax schirmen.
Ist also ein Rauschgenerator! :-) Siehe unten...
Typische Schalter können mehrere Meter gross sein. Der relevante Teil eines ganzen Systems dürfte mehrere zehn bis hundert Meter lang sein, und Transformator und Generator darin haben. Ich probiere nicht, ein spezifisches System zu analysieren, sondern das allgemeine Problem darzustellen. Es ist mir bewusst, dass die Resultate keine direkt übertragbare Korrelation haben zur Wirklichkeit.
Danke fürs Mitdenken! Es ist gut, mit neuen Menschen das Problem zu besprechen. Ich wünschte, ich könnte euch einladen um den Aufbau anzuschauen. Nun möchte eine konkrete Idee schaffen, wie ich eine "halbwegs akzeptable" Frequenz Analyse aufbaue. Jetzt habe ich Hinweise bekommen, wie das in der Realität gemacht wird, kenne mich aber nicht mit der Elektronik aus. Ich brauche zu wissen so was wie, "du kannst diese Elektronik, Teil #XYZ benutzen als Pulsgenerator für diese Flankensteilheit," oder "nutze diesen Rauschengenerator in dieser Schaltung." Wenn nur es so einfach wäre. (Oder ist es?) Ich werde bald irgendwelches Verfahren und Teile wählen mussen, weil die Zeit mir davon läuft.
Also wenn ich nochmals deine frühere Post (wie nennt man diese Nachrichten/Beiträge/Messages?) mit dem LFSR Rauschengenerator lese und die PDF-Dateien anschaue, komme ich auf die Idee, dass dieser Schieberegister in einer mir unbekannten Schaltung gut in meinem Messkreis weisses Rauschen strahlen soll. Auch möglich wäre eine Rauschdiode, vermutlich in serie mit Batterie und Widerstand.
Ich suche nach bei Distrelec, ob ich Rauschdiode nicht finde, die bis ins obere VHF-Bereich rauschen. Ich muss auch nachschauen, wie ich die empfangene Signale evaluieren soll, und was für Vergleichsmessung notwendig ist.
Die Rauschquelle ist nur etwas, wenn man sich damit auskennt. Der Pulsgenerator ist viel einfacher: Man nimmt einen sehr schnellen Logikbaustein, einen mit sechs Invertern. Schmitt Trigger waeren am besten, aber es geht auch mit normalen Invertern. Dann baut man aus zwei Gattern einen Oszillator, sagen wir mal mit 1kHz Frequenz. RC reicht aus, es muss ja nicht stabil sein. Dieses Signal wird durch die weiteren Gatter geschickt, wobei 1-2 davon reichen. Dann auf eine kleine Antenne im Schalter (Kugel?). Nicht vergessen, die Eingaenge der nicht benoetigten Gatter auf Masse zu legen.
Sieh mal nach, was vorhanden ist. ECL ist gut, aber Texas Instruments hat auch modernere Logik, welche Flanken unter 1nsec erzeugen kann. Sieh Dir mal zum Beispiel den 74AUC14 an. Der sollte um 1nsec Flanken schaffen und koennte mit 2.4V (zwei NiMH Zellen) betrieben werden. Diese Zellen kann man etwa aus Ersatzakkus-Paketen fuer schnurlose Telefonen herausloesen. Das wird dann schoen klein und kann stundenlang laufen.
Jetzt hast Du eine sehr kleine HF Quelle, die alle 1kHz eine Spektrallinie hinsetzt. Dieser "Lattenzaun" sollte bis einige hundert MHz hochreichen. Je schneller der Logik Chip, desto hoeher. Man muss es nur noch ausserhalb mit dem Analyzer normalisieren und dann alles "einpflanzen".
Wenn Du Elektronik nicht gut kennst, frag mal jemanden vom HF Institut, wenn dies ein Uni Projekt ist. Man muss die Sache naemlich HF-gerecht aufbauen (kurze Verbindungen, Masseflaeche etc.). Wenn es eilig ist, koennen die auch gleich ein paar ECL Gatter aus der Schublade mitbringen. So etwas sollte dort immer herumliegen.
Nur aus Neugier: Deine Schreibweise klingt, als wenn Du zu Hause eine andere Sprache benutzt. Wenn ja, welche ist es? Ist bei uns auch so. Zu Hause deutsch, sonst immer englisch.
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