Электронное оборудование ракет - БРЭО,часть XIV

Serge77> Оба графика - поездка на лифте на 9 этаж. На втором графике есть остановка лифта на 4 этаже.

Я не измерял этажи, это примерно 23-24 метра.

Serge77> Не понял, это как? Остановиться при подъёме и спуске на 4-м этаже? Что это покажет?
На 4 и 5, например.
Что расстояние между двумя ровными линиями остановки именно 3 (или сколько там) метра, а не 8. Этот момент, сколько я помню, ты не проверял.

Serge77> Оба графика - поездка на лифте на 9 этаж. На втором графике есть остановка лифта на 4 этаже.

У ракеты кривулька = парабола.
А не трапеции, как у лифта.
И точно приложить параболу к ступенчатому графику легко.

Повторю основную мысль:
1. Для ракеты полезнее без шума;
2. Для лифта полезнее с шумом.
Возражения?

ЗЫ
Сергей, я не ругаю добавление шума, я сам его добавлял в регулятор температуры, когда приспичило.
Но ракета - не тот случай, когда шум нужен.

Massaraksh> Что расстояние между двумя ровными линиями остановки именно 3 (или сколько там) метра, а не 8. Этот момент, сколько я помню, ты не проверял.

Хорошо, проверю на днях.

Xan> И точно приложить параболу к ступенчатому графику легко.

А к трапеции ещё легче. Ну и что?

И у ракеты совсем не парабола. Сопротивление воздуха, переменное склонение, всё это сильно искажает параболу. Хотя аппроксимации параболой на небольшом участке не мешает )))

На самом деле Serge77 прав - добавление шума - это исключение из правила мудрого полковника военно-космической академии, которое само по себе очень хорошее и правильное, просто у него свои области применимости. Добавление аналогового - обязательно аналогового - шума увеличивает разрешающую способность АЦП. Реально увеличивает. В вики Аналого-цифровой преобразователь — Википедия есть раздел про подмешивание шума, там вскользь написано про повышение эффективной разрядности. Но это касается именно разрядности и разрешающей способности, а про точность Xan уже все написал, добавить нечего.

Да, беглый поиск выдал рекомендации с форума electronix - ADS1100/ADS1110 от TI. 8/15 отсчетов в секунду с дискретностью 16 бит, или вдвое больше с 14 битами. Интерфейс i2c. Корпус миниатюрный, но вполне паяемый - sot23-6. Стоит 3-4 доллара в розницу. Про ступеньки можно забыть навсегда, тем более что это сигма-дельта, у него вообще линейность хорошая. Опору только к датчику нужно хорошую, если его применять - если питание датчика будет плавать, все потуги по повышению разрядности будут бесполезны.

Какие вообще реальные требования к "скорострельности" высотомера?

alex_zeed> Какие вообще реальные требования к "скорострельности" высотомера?

В смысле к частоте измерений? Порядка 50 в секунду. Некоторым хватает 10, кто-то любит 100-200.

Serge77> В смысле к частоте измерений? Порядка 50 в секунду. Некоторым хватает 10, кто-то любит 100-200.

А, ну значит можно искать что-то из сигма-дельта. Вот конечно почти идеал:

Xan> AD7715-3 — 16 бит, 1 канал, 0.45 мА при 3 вольтах, непосредственное подключение к пассивным датчикам (20 мВ). 16 выводов.
Xan> Очень простое программирование. Можно регулировать усиление от 1 до 128. То есть, и к датчикам с усилителем можно подключать.

Красивая штука, хотя конечно и подороже будет, чем то, что я привел. Вообще было бы здорово найти аналог ADS1110, только с внешней опорой. Тогда подключив опору к питанию датчика, можно получить хорошую стабильность показаний при изменении питания (показания mpx4115 пропорциональны питанию).

Ой, прочитал внимательнее ДШ на 1100/1110 - они мне уже не нравятся, там частота выборок колеблется в таких широких пределах, что вообще непонятно нафиг такое надо... Хотя это сигма-дельта, там частота выборок штука условная...

alex_zeed> Опору только к датчику нужно хорошую, если его применять - если питание датчика будет плавать, все потуги по повышению разрядности будут бесполезны.

Э! Э!!
Какая такая "хорошая опора"?!
Надо использовать радиометрическое подключение — на датчик (exitation) и на АЦП (ref) просто подаётся одно и то же напряжение. И тогда какое оно и плавает ли — до лампочки.
Это стандартное решение, в доках на АЦП про него постоянно пишут.

Xan> Надо использовать радиометрическое подключение — на датчик (exitation) и на АЦП (ref) просто подаётся одно и то же напряжение. И тогда какое оно и плавает ли — до лампочки.
Да знаю я это. РаТиометрическое токо оно, от слова ratio . Но у ADS1110 опора внутренняя 2.048В без вариантов. Потому и написал, что лучше бы найти АЦП с внешней опорой. Потом уже заметил, что у ADS1100 опора как раз Vcc, то что нужно - но частота выборок ниже в 2 раза.
В общем, среди TIшных сигма-дельта АЦП не нашел ничего подходящего, нужно поглядеть других производителей, и в первую очередь AD. Время появится, погляжу.

alex_zeed> Да, беглый поиск выдал рекомендации с форума electronix - ADS1100/ADS1110 от TI. 8/15 отсчетов в секунду с дискретностью 16 бит, или вдвое больше с 14 битами. Интерфейс i2c. Корпус миниатюрный, но вполне паяемый - sot23-6.
alex_zeed> Какие вообще реальные требования к "скорострельности" высотомера?
вставлю 2 копейки.
Есть практический результат, когда на атмеге8 получена дискретность АЦП на уровне 14 разрядов
со скоростью 100 Гц. Сигнал предположительно шумный - тензодатчик с усилителем. Осциллографом ан уровень шума сигнала никто не смотрел.

alex_zeed> РаТиометрическое токо оно, от слова ratio .

Ай, блин!
Смотрел в книгу, увидел фигу!
А ведь успешно применяю!!!

I.C.> Есть практический результат, когда на атмеге8 получена дискретность АЦП на уровне 14 разрядов

Насколько я понял метод с зашумлением сигнала позволяет получить реально (не теоретически) +1 разряд к дискретности АЦП, а тут +4... чудеса да и только.

I.C.> со скоростью 100 Гц. Сигнал предположительно шумный - тензодатчик с усилителем. Осциллографом ан уровень шума сигнала никто не смотрел.

Так может надо посмотреть... многое прояснится.

A.M.> Насколько я понял метод с зашумлением сигнала позволяет получить реально (не теоретически) +1 разряд к дискретности АЦП, а тут +4... чудеса да и только.
Я прекрасно из 12 бит делаю 14 на Freescale QE8. Нет чудес, засчет количества по времени усредненний результат, статистические методьi.

metero> Я прекрасно из 12 бит делаю 14 на Freescale QE8. Нет чудес, засчет количества по времени усредненний результат, статистические методьi.

Мне это напоминает анекдот

Вопрос армянскому радио: а правда академик карапетян выиграл в лотерею волгу?
Армянское радио отвечает: правда, только не академик, а профессор, не Карапетян, а Карапетов, не "Волгу", а "Жигули", не в лотерею, а в преферанс, и не выиграл, а проиграл.

Атмега8 не отличается хорошим АЦП, пользуюсь им регулярно... зачастую в младшем разряде шум

В цифрах: 10 бит и 14 бит отличается на 4, на деле 1024 и 16384 значений

На хорошем АЦП с помощью данного метода получить +2 разряда я думаю можно

На плохом АЦП +4 разряда... чудеса, хотя наверно можно и +6 вот только что это будут за величины... возможно средняя температура по больнице.

A.M.> На плохом АЦП +4 разряда... чудеса.
Мах ни меня, ни Метеро не зовут Карпетян, и Волги у нас нет
каждый говорит сам за себя.

тензодатчик. сигнал после усиления меняется в диапазоне 1,5 ... 3,5 В
датчик от 0..10 кг. по результатам АЦП регистрируемый уровень нагрузки в 1 грамм в 3 раза превышает уровень шума уровня 0.

согласен, что такой вариант возможен не на любом сигнале.

P.S. под рукой есть только данные с нагрузки в 5 грамм при частоте выборки в 100 Гц.

I.C.> P.S. под рукой есть только данные с нагрузки в 5 грамм при частоте выборки в 100 Гц.

А почему шум не на всём графике?

I.C.>> P.S. под рукой есть только данные с нагрузки в 5 грамм при частоте выборки в 100 Гц.
Serge77> А почему шум не на всём графике?
сложно сказать. я не знаю
от подвешенного грузика видать есть колебания нити, её "звон".
на больших весах эти колебания становятся периодическими с несколькими гармониками.

I.C.>> P.S. под рукой есть только данные с нагрузки в 5 грамм при частоте выборки в 100 Гц.
Serge77> А почему шум не на всём графике?

Вот с грузами: 1;2;5;10гр

Serge77>> А почему шум не на всём графике?
pillot51> Вот с грузами: 1;2;5;10гр

И что в результате, такие данные нужно статистически обрабатывать и соответственно накапливать в течение определенного времени, что бы можно было с хорошей вероятностью сказать, что это 1 грам 0 грама или 2. А если брать случайные измерения то угадать сколько там 0, 1 или 2 грама врядли возможно. Этот пример опять из области высотомера и поездки на лифте. Утверждать что тут повышена дискретизация АЦП пока рановато, то что с накоплением данных можно сказать что это 2 грама это да, результат есть. Но разрядность АЦП не повышена на 4-ре порядка. ИМХО.

И если честно основательно ушли от темы, итог то какой, Пилоту надо делать БРЭО и соответственно знать какие элементы и соответственно метод записи данных при этом использовать.

A.M.> И что в результате, такие данные нужно статистически обрабатывать и соответственно накапливать в течение определенного времени. А если брать случайные измерения то угадать сколько там 0, 1 или 2 грама врядли возможно.

Нет. Уровне 2 грамма без стат обработки можно отличить от 0 грамм.

A.M.> Утверждать что тут повышена дискретизация АЦП пока рановато, то что с накоплением данных можно сказать что это 2 грама это да, результат есть. Но разрядность АЦП не повышена на 4-ре порядка. ИМХО.

Встречный вопрос: повышена ли вообще в приведенном примере разрядность АЦП ? и если повышена то на сколько разрядов?

A.M.> И если честно основательно ушли от темы, итог то какой, Пилоту надо делать БРЭО и соответственно знать какие элементы и соответственно метод записи данных при этом использовать.

как раз не ушли. пример был приведен, что oversampling на борту полезен. Если записывать голый массив информации, то придется тащить на землю объем информации в сотни раз превышающий полезный.

I.C.> Нет. Уровне 2 грамма без стат обработки можно отличить от 0 грамм.

При таком количестве выборок видно очень хорошо. А если взять на порядок меньшшую частоту выборок или вообще случайное измерение. Видно что шумы от 2-х грамм пересекаются с 0-грамм поэтому случайная выборка м.б. как 0 так 1 так и 2. Опять таки пример лифт. За чем гонимся?

I.C.> Встречный вопрос: повышена ли вообще в приведенном примере разрядность АЦП ? и если повышена то на сколько разрядов?

В приведенном примере разрядность повышена, для данного процесса (груз на весах лежит долго) это очень хорошо реализовано. На сколько повышена судить не берусь. С помощью накопления данных и стат обработки получен очень хороший результат, что и демонстрирует данный график.

I.C.> как раз не ушли. пример был приведен, что oversampling на борту полезен. Если записывать голый массив информации, то придется тащить на землю объем информации в сотни раз превышающий полезный.

По пунктам.
1. Полезен для чего???
2. Если в БРЭО будет иметься алгоритм поиска апогея, то как облегчит данное зашумление работу этого алгоритма по сравнению с незашумленной версией?
3. На чем основано утверждение, что если запысывать голый массив то потребуется "объем в сотни раз превышающий полезный"? Судя по приведенному графику я бы осмелился утверждать обратное, для получения достоверного результата нужно значительное кол-во выборок.
4. Если п.3 верен. В чем физическая сложнось притащить на землю больше информации? Еще раз если верен п.3.

A.M.> 3. На чем основано утверждение, что если запысывать голый массив то потребуется "объем в сотни раз превышающий полезный"? Судя по приведенному графику я бы осмелился утверждать обратное, для получения достоверного результата нужно значительное кол-во выборок.

в приведенном примере для каждой точки (1-й из 100 в секунду) проводится 256 сэмплов АЦП. тащить на землю в 256 раз больше - накладно.

Еще раз повторюсь , что данный пример я выкладывал в качестве поддержки утверждения что в оверсэмплинге для АЦП есть больше, чем 1 добавочный бит разрядности.
Это не касается алгоритма определения апогея.

I.C.> в приведенном примере для каждой точки (1-й из 100 в секунду) проводится 256 сэмплов АЦП. тащить на землю в 256 раз больше - накладно.

а зачем делать 100*256 измерений в секунду с какой великой целью. Давайте отделять мух от котлет. Ракета летит со скоростью сотни метров в секунду (беру дозвук) десятка измерений в секунду хватит, что бы полностью описать динамику полета причем каждое новое измерение будет отличаться от предыдущего и это без шума.

Другой момент грамовый грузик на весах (процес не меняется динамики нет), там действительно нужно накопить 100*256 измерений чтобы по устоявшемуся среднему определить показания прибора, при этом нужен оверсемплинг т.к. разрядности АЦП не хватает или этот пресловутый лифт (процесс крайне медленно меняющийся по сравнению с ракетой)

Мы делаем 10-20-30 измерений в секунду (1-измерение 10 бит, берем 2 байта ) незашумленного сигнала и пишем его в память, т.к. по тестам Сергея шума с датчика давления нет.

I.C.> Еще раз повторюсь, что данный пример я выкладывал в качестве поддержки утверждения что в оверсэмплинге для АЦП есть больше, чем 1 добавочный бит разрядности.

Да при желании хоть все недостающие 6 разрядов до 16 разрядного АЦП. Только 0.1 грама нужно будет взвешивать минут 10 или час для достоверного вычисления среднего значения.

Судя по приведенному графику по одному измерению (сумма 256 семплов) нельзя судить о физической величине с заявленной точностью до грамма, можно только посмотрев на целую выборку - это не увеличение разрядности на несколько порядков - это накопление статистики и выдача результата (без просмотра всего графика невозможно определить 0, 1 или 2 грамма) при единичной выборке однозначно определяется 0, 5, 10 грамм. Это оверсемплинг на сколько порядков лень считать. Если больше одного то сыплю голову пеплом.

I.C.> Это не касается алгоритма определения апогея.

Как впрочем и полета ракеты. Это касается езды на медленном лифте до 30 метров и калибровки весов грамовыми грузиками.

Насчет весов предлагаю давануть на датчик пальцем килограм так на 5-7 и записать график и посмотреть с точностью до грамма на сколько даванул - это по динамике будет уже ближе к полету ракеты, а потом вернуться к обсуждению о необходимости оверсемплинга и повышения разрядности.

Xan> Но при этом надо помнить, что ступеньки у АЦП вовсе не идеально одинаковые, а могут отличаться в разы, так что метры на индикаторе будут только называться метрами. Там и аршины и лапти будут вперемежку.

На самом деле, если шум правильный, и его правильное количество (6LSB peak2peak и нормальное распределение) то неравномерность соседних ступенек тоже уменьшается. Т.е. дифференциальная нелинейность при усреднении с добавлением шума (если своего не хватает) тоже уменьшается. А вот интегральную нелинейность усреднением уменьшить нельзя.