Zero crossing detector sensore a riluttanza magnetica

[elektrojack]

Eccomi.
Ho fatto una prova con il setup descritto nel post 41 dove ho provato esclusivamente il rilevatore di picco positivo e il comparatore (parte bassa del circuito).
Ho usato un condensatore da 100nF un diodo 1n4148 e un opamp LT1498.
Il trimmer come partitore di tensione è da 500K. Resistenza di retroazione sul comparatore da 1M.
Sinusoide generata da un function generator, ampiezza di picco 2V.
Ho settato il trimmer in modo da ottenere un fronte dell'uscita del comparatore (blu) sul picco del segnale.
Ciò che noto è che al variare della ampiezza del segnale d'ingresso (giallo), il picco non viene più rilevato.
Di seguito le 2 immagini che documentano quanto dico.

Picco OK

ampiezza aumentata, picco NON ok

[venexian]

Allora... tutto sbagliato (perdonami la franchezza).

Non puoi cercare di mettere il trigger all'apice della curva, è un non-senso perché basterebbe una minima deriva dei livelli e non piglieresti più il picco. Devi invece convincerti che quando un circuito è progettato per svolgere una funzione specifica, se realizzato da progetto, garantisce quanto richiesto.

Guarda la figura qui sotto.

In nero ci sono due curve che simulano il segnale di ingresso con una ampiezza differente di un ordine di grandezza. Quella a sinistra ha un'ampiezza di picco pari a 10 V, quella di destra pari a 1 V. La curva è esattamente la stessa, solo scalata in Y di 10 volte.

Ponendo la soglia del comparatore al 90 % dell'ampiezza massima ottenuta dal rivelatore di picco, come mostrato dalla parte in arancione nel disegno, il trigger (in rosso) avviene sempre con lo stesso anticipo di tempo (in blu) rispetto al picco.

Quando valuterai il segnale digitale di trigger, saprai anche la velocità di rotazione e potrai associare a quel tempo il corrispondente angolo di cui tenere conto nei calcoli per la determinazione dell'istante di accensione.

Il circuito in [41] è progettato per ottenere quanto mostrato del disegno qui sopra. E lo fa, garantito. Se non riesci a ottenere questo funzionamento è una questione di scelta dei valori dei componenti. Possiamo lavorare per scegliere quelli più adatti. Ad esempio, ti avevo già fatto notare che l'isteresi dei comparatori (500 kohm / 1 Mohm) era decisamente eccessiva, rendendo impossibile posizionare la soglia al 90 %.

Io ti consiglio di procedere con i calcoli prima di simulare... altrimenti non ne vieni fuori.

[elektrojack]

Ok, molto bene. Ora è più chiaro che la dicitura "rilevazione di picco" non è esattamente il significato più adeguato.
Perdonami ma io intendevo esattamente la ricerca del picco in senso stretto.
Ora è tutto più chiaro
Mi adopererò per trovare i valori più adeguati, anche se in partenza la simulazione sulla quale non eri d'accordo non riportava i valori che ho testato (500K e 1M).

Grazie per il chiarimento

[elektrojack]

Sto cercando di ricavarmi i valori dei vari componenti.

Supponendo il valore di picco del segnale di 4V (100%), all'uscita del partitore devo trovarmi il 90% del segnale, quindi 3.6V. Usando questo tool (http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Electronic/schmitt.html#c2) per il calcolo delle resistenze trovo che la R alta del partitore è 12K, la R bassa è 100K e la R di retroazione è 510K: con questi valori ottengo il trigger del comparatore al 90% della tensione nel condensatore con una isteresi di 0.1V.
La scelta del condensatore è basata solo sulla banda passante del R-C formato con il partitore?

[venexian]

La scelta del 90 % per la soglia come frazione della tensione di picco è un esempio. La miglior scelta dovrà essere dettata dalle prove sul campo. Per ora è una buona scelta per la simulazione e i primi test.

Non occorre utilizzare le 'app' per quel calcolo di resistenze (1): basta prendere la R bassa pari a 9 volte la R alta, e la R di retroazione molto più alta del loro parallelo. Quei valori che hai trovato vanno comunque bene nell'ottica di valutazione del circuito.

La scelta del condensatore, unitamente alla resistenza formata dalla serie del partitore, dipende dalla velocità di 'decay' del rivelatore di picco. Deve essere sufficientemente lento da non scendere troppo quando i tempi sono lunghi e le tensioni basse (motore al minimo). Allo stesso momento deve essere sufficientemente veloce per seguire una brusca decelerazione (staccata all'ingresso in curva) senza 'missing fire' alla candela che porterebbe all'accumulo di miscela nel cilindro e successivi problemi di combustione alla ripresa del funzionamento corretto.

Quando all'inizio ti dicevo che questo tipo di circuiti richiede un gran lavoro di messa a punto, mi riferivo proprio a questa parte. Ai tempi in cui ci ho lavorato io, l'approccio è stato di due tipi:

1. Collaborazione con l''ingegnere di pista che 'a orecchio' sapeva dire se c'era stato 'missing fire', ascoltando il rumore del motore in percorrenza di curva. Metodo empirico ma che aveva dato risultati più che soddisfacenti.

2. Telemetria in tempo reale con tutti i dati necessari alla messa a punto della ECU (2).

Se non puoi fare questi test, devi determinare la massima velocità di discesa del numero di giri che vuoi mantenere senza 'missing fire' (3) e poi simulare il decay minimo che te lo possa garantire. Prova intanto con una capacità abbastanza grande, che assicura il funzionamento del circuito. Poi, la sua riduzione sarà parte delle prove sul campo.


(1) E' sempre meglio applicare l'analisi circuitale che affidarsi ai risultati che vengono dall'alto. In casi come questi, poi, il calcolo è talmente immediato che è eseguibile senza neppure carta e penna.

(2) La disponibilità di questo approccio ha portato poi alla revisione del progetto e allo sviluppo di una ECU full-digital, senza il circuito analogico di cui stiamo discutendo.

(3) Considera comunque che in una staccata violenta, il 'missing fire' non solo è accettato, ma anche desiderato, dato che avviene a gas totalmente chiuso. Quando si parla di massima velocità di discesa del numero di giri si intende una staccata che non tolga totalmente il gas, ma che mantenga il motore alimentato, come avviene nel passaggio da un lungo rettilineo a una curva di medio raggio.

[elektrojack]

Sono d'accordo con te che l'analisi si debba fare analiticamente ma l'uso di un tool non pregiudica la bontà del risultato.
Sicuramente in questo caso il calcolo è immediato, sono d'accordo.

Vorrei cercare però di arrivare al dunque con le mie possibilità, dato che non ho un tracciato su cui determinare la velocità di discesa degli rpm, non ho un ingegnere con esperienza che mi segua e devo farmi le cose da solo a casa con quello che ho.

Tu mi hai aperto gli occhi su tanti aspetti e te ne sono grato, ma al momento posso girarti i risultati che trovo testando il circuito con generatore e oscilloscopio; il mio obiettivo è avere quel circuito funzionante, l'affinamento lo farò sul motore.

Al momento ho simulato con i valori trovati e una C da 22n. La simulazione non da il risultato atteso, ovvero il primo trigger (prima del picco della sinusoide) avviene molto prima di 3.6V. Cambiando il valore di C non cambia l'istante di trigger; cambiando il valore della R di retroazione cambia invece.

[venexian]

Se il trigger avviene in un momento diverso da quello atteso, le cause sono facilmente individuabili:

1. La tensione di soglia non è quella di progetto
2. La tensione di segnale non segue quella di ingresso
3. L'operazionale non lavora nelle condizioni previste (alimentazione, ingressi, uscita)

Ipotizzare altre cause vuol dire scavare nei decimali di percentuale di probabilità.
Se il circuito è simulato si deve necessariamente aggiungere una quarta possibile causa

4. La simulazione non è condotta correttamente (ventaglio molto ampio)

Con gli elementi a disposizione non posso fare molto di più.

[elektrojack]

Lho replicato anche a banco ed ho circa gli stessi risultati della simulazione....
domani ti aggiorno meglio.

Grazie

[elektrojack]

Ciao,
dalle prove condotte e dalla simulazione sia in SPICE che in Multisim ho notato che la tensione sul condensatore nella prima fase di inseguimento del segnale crescente, segue il segnale d'ingresso ma il comparatore poi lo triggera ad un valore diverso da quello impostato.

Vn002 è la tensione sul condensatore.
Dalla semplicità del circuito non mi pare ci sia molto altro su cui indagare.
Ho provato a cambiare anche tipo di op-amp e dimensione del condensatore ma non cambia significativamente.

Il comparatore si trova all'ingresso negativo il segnale intero, mentre a quello positivo il 90% del segnale: quando la tensione cresce ed arriva ad un valore comparabile per il comparatore, il segnale intero prevale sull'ingresso + e quindi l'uscita va bassa.

[venexian]

Un paio di cose che non vanno bene:

1. L'operazionale non va bene per questa applicazione. Ha 10 uA di corrente di bias, corrente sufficiente a scaricare il condensatore. E' un OPA per usi speciali (100 MHz, basso rumore, ecc.). Usa un normalissimo LM324 e il condensatore dovrebbe scaricarsi in un tempo molto più lungo.

2. Stai analizzando la prima sinusoide. In questa situazione particolare, il circuito non lavora come dovrebbe, perché il rivelatore di picco segue la tensione di ingresso a partire da 0 V. In questa condizione, il primo fronte di salita può accadere in qualsiasi momento. Visualizza la seconda sinusoide o imponi al condensatore una tensione iniziale pari a 4 V.

Sistemate queste cose, dovrebbe funzionare.