FMR - Разрядность АЦП

[MadKid]

Случилось мне применить аналоговые входы FMR-1020-10-0.

Датчик 4-20, измеряем давление в диапазоне -100...1500 кПа.
По пдф-ке на FMR, разрядность АЦП = 12 бит,
то есть ожидаемая дискретность измерения (1500- -100) / 4096 ~ 0.4 кПа

Смотрим на то, как постепенно поднимается давление, и что выдаёт FMR:
на рис 1 голубая линия это давление. Выборка раз в секунду, да не принципиально.

Отчётливо видим ступеньки и свистопляску ±(мл.разряд) на границах дискретизации (фильтр на входе FMR, видимо, выключен, хотя коллега уверяет что фильтр есть).

Если посмотрим на цифры слева, то увидим, что высота ступеньки - вовсе не 0,4 кПа, а все 8, то есть дискретность диапазона измерений - всего 200 уровней, а не 4096. Как следствие, дробовой шум квантования 8 кПа, в 20 раз выше по уровню (и в 400 по энергии). Темная линия на графике - это тот же сигнал после усредняющего фильтра в 64 точки, который в данной ситуации бессилен. И даже пороговый элемент нам не поможет, т.к. нам надо каждую минуту считать производную, и разрешение 8 кПа/мин - это примерно в 10 раз хуже, чем нам надо.

В датчике, диапазонах, вычислениях, в оборудовании и ПО в целом сомнений нет: система отлажена и работает уже давно, а FMR встал на замену почившему овеновскому модулю.

Неужели 8 бит, Карл?? Ну как же так?

[Arsie]

Сообщение от MadKid

Случилось мне применить аналоговые входы FMR-1020-10-0.

Датчик 4-20, измеряем давление в диапазоне -100...1500 кПа.
По пдф-ке на FMR, разрядность АЦП = 12 бит,
то есть ожидаемая дискретность измерения (1500- -100) / 4096 ~ 0.4 кПа

Всё, что вы можете ожидать от аналогового входа в режиме 4..20мА, написано в РЭ, в строках таблички, соответствующей режиму 4..20мА.

Скажите, пожалуйста, ваши измерения укладываются в наши допуски, прописанные в РЭ?

[MadKid]

Разрядность АЦП задана, как общая для всех режимов, прямым текстом (скриншот 1).

По второму вопросу ваш намёк понимаю, однако позвольте возразить. Шаг квантования и погрешность - понятия связанные, но не одно и то же. Да, конечно, 200 делений шкалы - это как раз заявленные 0,5%.

Но одно дело, когда это систематические 0,5%, которые при измерениях компенсируются, как постоянная составляющая (а для вычисления производной вообще роли не играют). Но совсем другое дело, когда 0,5% - это уровень шума во всей полосе сигнала, вплоть до половины ч. дискретизации. При медленном изменении сигнала, на границе разрядов это чудовищный ср@ч!

Давайте разберёмся в спецификациях
Во-первых, разрядность 12 бит - имеет принципиальное значение, т.к. она гарантирует максимальное значение энергии шумов квантования. В моём приложении они имеют решающее значение. И раз заявлено 12 бит, значит, я в праве ожидать соответствующих свойств сигнала.
Во-вторых, смотрим параметры для режима 4-20: эффективное разрешение (скриншот 2) не хуже 12 мкА. Мы видим в 6,5 раз хуже, (80 мкА). Опять не соответствует, и по всё той же причине - вместо хорошего АЦП засунули.... плохой.

Вы можете быть формально правы, говоря про 0,5%, но это не отменяет факта: FMR оказался непригоден там, где мог бы, если бы отвечал спецификациям честно и без натяжек. Школьнику же видно, что нет там 12 бит, а на самом деле только 8. И спецификация - ай-яй-яй - ВРЁТ.

[Arsie]

Сообщение от MadKid

По второму вопросу ваш намёк понимаю, однако позвольте возразить. Шаг квантования и погрешность - понятия связанные, но не одно и то же. Да, конечно, 200 делений шкалы - это как раз заявленные 0,5%.

Если погрешность укладывается в заявленную, то какая разница, достигнуто это на 4-битном или 400-битном АЦП?

Сообщение от MadKid

это не отменяет факта: FMR оказался непригоден там, где мог бы, если бы отвечал спецификациям честно и без натяжек.

Тогда я не понял вашего ответа и спрашиваю повторно: Скажите, пожалуйста, ваши измерения укладываются в наши допуски, прописанные в РЭ?

Сообщение от MadKid

Школьнику же видно, что нет там 12 бит, а на самом деле только 8. И спецификация - ай-яй-яй - ВРЁТ.

Вы подходите к вопросу не как школьник, а как инжернер. Школьники ведутся на второстепенные детали. Инженеры смотрят на первостепенные: декларируемый диапазон и погрешность. Если погрешность укладывается в заявленную, то какая разница, достигнуто это на 4-битном или 400-битном АЦП?


PS. Кстати, об АЦП и их разрядности. Мне приходилось пользоваться прибором, который на эффективных 6 битах и фактических 8 битах выдавал шаг 0.01В в диапазоне 0..10В при погрешности не более 0.1%


Добавлено через 8 минут

Сообщение от MadKid

При медленном изменении сигнала, на границе разрядов это чудовищный ср@ч!

Без фильтров ср@ч будет при любом изменении сигнала на любых АЦП.

[MadKid]

Если ещё повнимательнее помсотреть на сигналы в начальном посте, то мы видим, всё врообще не так просто.
Шаг квантования неодинаковый в диапазоне измерений. То есть вообще непонятно, как оно работает. Что за...

[Arsie]

Сообщение от MadKid

Опять не соответствует, и по всё той же причине - вместо хорошего АЦП засунули.... плохой.

https://www.st.com/en/microcontrolle...stm32f2x7.html


Добавлено через 40 секунд

Сообщение от MadKid

Если ещё повнимательнее помсотреть на сигналы в начальном посте, то мы видим, всё врообще не так просто.
Шаг квантования неодинаковый в диапазоне измерений. То есть вообще непонятно, как оно работает. Что за...

Я рад, что вы начали сомневаться.

[ATS]

Сообщение от MadKid

Если ещё повнимательнее помсотреть на сигналы в начальном посте, то мы видим, всё врообще не так просто.

Вообще не вижу никаких данных для оценок. Укажите тип датчика давления и его диапазон.

[MadKid]

Нда, надо бы кое-что проверить! Может это и не фмрка вовсе.
Так что пока аккуратненько прибираю свой наезд.

Но если это датчик, что весьма подозреваемо, то тогдаааа... всё это время... всё должно было не работать! Обожаю загадки.

Сообщение от Arsie

Без фильтров ср@ч будет при любом изменении сигнала на любых АЦП.

Вопрос в размере. При достаточной разрядности АЦП на него можно и без фильтров не обращать внимания, а при таком квантовании, как на картинке - никакие фильтры не помогут, я уже упоминал об этом.

[ATS]

Сообщение от MadKid

Датчик 4-20, измеряем давление в диапазоне -100...1500 кПа.

Тут важен верхний предел датчика а не ваш измеряемый диапазон. Да и какой датчик. Может он сам восемь бит имеет.[/QUOTE]

Смотрим на то, как постепенно поднимается давление, и что выдаёт FMR:

Это суммарная каша всей системы да еще похоже и с регулированием. А оцениваем FMR.

[MadKid]

Сообщение от ATS

Тут важен верхний предел датчика а не ваш измеряемый диапазон. Да и какой датчик. Может он сам восемь бит имеет.

Измеряемый диапазон я назвал для того, чтобы вы могли соспоставить цифры на вертикальной оси на рисунке. Верхний предел датчика 1500 кПа, он же 20 мА.

Сообщение от ATS

Это суммарная каша всей системы да еще похоже и с регулированием. А оцениваем FMR.

Давление поднимается естественным образом - набегает в объём через открытую подачу. Регулирования нет. Датчик подключен к ФМР, у них отдельная земля, экранирование, свой развязаный источник питания. На графике:
голубой - значения, взятые напрямую из регистров ФМР,
синий - результат усреднения голубого по 64 выборкам

каша возникает тогда, когда сигнал находится в окрестности переключение младшего разряда (вопрос - чего!) либо АЦП ФМРки либо ЦАП датчика. И таки да, он может быть 8 бит. Но как тогда всё работает?
Вероятно, дело и правда в датчике. А спасать нас мог жирный фнч на старом модуле расширения. если он там был.

[MadKid]

Снова здравствуйте!
Решил не создавать новую тему, а продолжить здесь, но:

Новый вопрос по ФМР.

В свете всех предыдущих изысканий решил использовать фильтрацию на аналоговом входе. Моими ожиданиями от фильтра были:
- наверное, это цифровой ФНЧ (даже скорее всего).
- наверное, это усредняйка, а может, и второго порядка, кто знает?
- частота выборок.... количество выборок... да хз... ну уж 10 Гц наверное будет

Выставил время фильтрации 20 сек. Больше не могу, иначе регулятор меня не так поймёт. Ну наверное, думаю я, уж за 20 секунд он 200 выборок сделает. А может и больше, кто знает!

Результат:
Голубой сигнал - это данные из регистра ФМР
Тёмный - это контроллер усредняет по 64 выборкам за 15 сек.

Рис. 1 - после включения фильтрации
Похоже, что фильтр не включился

Рис. 2 - то же, крупно

Выглядит так, будто фильтрация не работает.

[Arsie]

Сообщение от MadKid

Снова здравствуйте!

В свете всех предыдущих изысканий решил использовать фильтрацию на аналоговом входе.

Вот действительно "здравствуйте, я ваша тётя"! Работать с аналоговым сигналом без фильтрации это... ну реально это глупо. По другому и не сказать даже

Сообщение от MadKid

Выглядит так, будто фильтрация не работает.

Спасибо, проверим. Вы точно кофигурацию в модуль не забыли загрузить? А можете ей выкачать из FMR и приложить сюда?

[MadKid]

Сообщение от Arsie

Вот действительно "здравствуйте, я ваша тётя"! Работать с аналоговым сигналом без фильтрации это... ну реально это глупо. По другому и не сказать даже

Ойй, лишь бы подколоть...
Разумеется, не без неё, но до этого хватало гораздо меньшего.
На овновском аналоговом модуле фильтра были по 3 с, и ничего - сигнал был гладенький!

Сообщение от Arsie

Спасибо, проверим. Вы точно кофигурацию в модуль не забыли загрузить? А можете ей выкачать из FMR и приложить сюда?

Фото экрана ноута с выгруженой конфигурацией прилагаю. На нужном канале (и прочих) фильтр 20040 мс. Или лучше файл прислать?

[Arsie]

Сообщение от MadKid

Фото экрана ноута с выгруженой конфигурацией прилагаю. На нужном канале (и прочих) фильтр 20040 мс. Или лучше файл прислать?

Лучше файл.


Добавлено через 2 минуты

Сообщение от MadKid

Ойй, лишь бы подколоть...
Разумеется, не без неё

Тогда зачем ставите изначальный опыт без фильтрации? Подкол-то был в сторону того, что вы сравниваете, как постепенно выясняется, несравнимое. А что до 3 сек, то Конструкторские проекты используют фильтры на 800 мсек, всё гладенько обычно.

[ATS]

Сообщение от Arsie

Тогда зачем ставите изначальный опыт без фильтрации?

А в контроллере она вроде изначально была.

темная линия на графике - это тот же сигнал после усредняющего фильтра в 64 точки, который в данной ситуации бессилен.

[Arsie]

Сообщение от ATS

А в контроллере она вроде изначально была.

Как я понял, претензия была по нефильтрованному сигналу.

Ну и фильтры разные бывают. Я люблю использовать перед фильтром детектор выпадений, который игнорирует выбросы и люблю модовые фильтры и переключаемые экспоненциальные, а не не очень полезные усредняющие, которые в принципе неспособны дать гладкую картинку.

Модовый фильтр, кстати, при подмешивании белого шума в 0.75 дискрета, способен вытащить из сигнала дополнительно 1-2 разряда разрешения.

[MadKid]

Сообщение от Arsie

Тогда зачем ставите изначальный опыт без фильтрации?

Любите вы, Арсений, докопаться.
В первую очередь нам надо было увидеть, что

1) FMR и его входы живы
2) я правильно понял его карту
3) я понятно к нему обращаюсь
4) он отдаёт адекватные цифры.

В этот момент было не до тонкостей, но если уж хотите знать - изначально было настроено (не мной) 1,5 секунды фильтра, но я на это не обращал внимания.
Я в ваших глазах по-прежнему ваша тётя? Спросите ещё что-нибудь важное и необходимое.
А между тем, без фильтра стало видно то, чего с ним и не увидишь. Я кое-что узнал о датчике, например.

Сообщение от Arsie

Подкол-то был в сторону того, что вы сравниваете, как постепенно выясняется, несравнимое.

Я даже не понял, что вы имеете в виду. Туманно как-то изъясняетесь.

Картинка показала, что эффект фильтра подозрительно исчезающ.
Дальше вы всё знаете - радикальное увеличение постоянной ничего не дало, и похоже, она изначально не работала.
Форма сообщения не пропускает файл .fmrc, поэтому вот ссылка:
https://drive.google.com/file/d/15g7...ew?usp=sharing

[Arsie]

Сообщение от MadKid

Любите вы, Арсений, докопаться.

Да, люблю. Именно поэтому мои программные компоненты обычно работают хорошо.

Сообщение от MadKid

А между тем, без фильтра стало видно то, чего с ним и не увидишь. Я кое-что узнал о датчике, например.

Я помню: "вместо хорошего АЦП засунули.... плохой", "В датчике [...] в целом сомнений нет" (c)

Сообщение от MadKid

Форма сообщения не пропускает файл .fmrc

На будущее: https://ru.wikipedia.org/w/index.php?oldid=116691686

С ФМР сейчас разберёмся.

[MadKid]

Сообщение от Arsie

.. люблю модовые фильтры и переключаемые экспоненциальные, а не не очень полезные усредняющие, которые в принципе неспособны дать гладкую картинку.
Модовый фильтр, кстати, при подмешивании белого шума в 0.75 дискрета, способен вытащить из сигнала дополнительно 1-2 разряда разрешения.

Не подскажете, что за модовый фильтр?
Дайте ссыль на статью или учебник с теорией. Ну или хоть намёк на автора/определение.
Гуглятся только оптические приложения, а мы говорим явно о другом.

И да, да, в датчике сомнений не было. Под..б засчитан, и мы это уже отметили несколько сообщений назад. Но если вам нравится, вы можете ткнуть ещё разок. Никто не будет против.

[Arsie]

Сообщение от MadKid

Не подскажете, что за модовый фильтр?

Это вычисление моды сигнала. Т.е. в какую точку попадает большинство проведённых изменений. Он принципиально отбрасывает одиночные импульсные помехи любой амплитуды. В отличии от детектора выпадений, который отбрасывает только крупные импульсы.

В поведении похож на экспоненциальный с большой постоянной времени, но при этом реагирует на реальную смену сигнала гораздо быстрее.

Учебник не расскажу, я его попробовал сделать исходя из теоретической части, что такое "мода" сигнала. Я тоже как-то не нагуглил. Но вот это самое в переложении на астрономию: https://ru.wikipedia.org/w/index.php?oldid=117121985 - очень близко к нам.

Сообщение от MadKid

Под..б засчитан

Проехали

[Ilya J.]

На моем фмр фильтр отрабатывает. Это видно глазами из фмр-конфигуратора. Настроил вход как RTD, изменял значение с обрыва на КЗ, в случае с фильтрацией = 0 вход отрабатывал мгновенно, в другом случае такого не наблюдалось, до значения КЗ вход дошел за время фильтрации.


Какой серийный номер ФМР?
Какая версия ФМР конфигуратора?
Обновляли из фмр конфигуратора ПО фмр?

[MadKid]

На будущее: https://ru.wikipedia.org/w/index.php?oldid=116691686

На настоящий момент:
1) Упаковать одиночный файл, размером 15 кБ, в зип: что может быть логичней? Чтоб его с той стороны кто-то распаковывал - это ли не красота! Каждый на моём месте поступил бы именно так.
2) Ограничивать на форуме пресылку типов, имеющих прямое отношение к теме - вот настоящая древняя и скрепная традиция, дающая хороший повод поучить неучей: что такое архиватор и зачем он нужен. Браво!

Что вы такой ядовитый, Арси? Чем я вам не угодил? Или под горячую попался?

в какую точку попадает большинство проведённых изменений

Ага, ну понял. Мода в смысле матожидания. Ну хоть что-то, спасибо. Дальше сам размотаю.

[ATS]

Сообщение от MadKid

Не подскажете, что за модовый фильтр?
Дайте ссыль на статью или учебник с теорией.

Модовый не знаю. А теорию - смотрите оверсемплинг (oversampling).

Сообщение от Arsie

Модовый фильтр, кстати, при подмешивании белого шума в 0.75 дискрета, способен вытащить из сигнала дополнительно 1-2 разряда разрешения.

Что-то мне помнится что шум должен быть не менее дискрета.



Посмотрел конфигурашку. Датчик значит все же на 1.6 МПа (зачем его сместили?) и он на AIN4. Указали бы тип - даже интересно.
А что на остальных входах? Там как с дискретизацией.

[MadKid]

Какой серийный номер ФМР?
Какая версия ФМР конфигуратора?
Обновляли из фмр конфигуратора ПО фмр?

серийник 0612980
конфигуратор свежайший
прошивку модуля не обновляли, а мысль-то хорошая! Завтра сделаем, у нас уже 6 часов - монтажники ушли, а я человек удалённый.

А теорию - смотрите оверсемплинг (oversampling).

Что такое оверсемплинг, я в курсе.
Но это слишком общее понятие, я хотел конкретики.

[Arsie]

Сообщение от ATS

Что-то мне помнится что шум должен быть не менее дискрета.

0.5, если нужно разряд вытащить.


Добавлено через 7 минут

Сообщение от MadKid

2) Ограничивать на форуме пресылку типов, имеющих прямое отношение к теме - вот настоящая древняя и скрепная традиция, дающая хороший повод поучить неучей: что такое архиватор и зачем он нужен. Браво!

Нет, показан как способ обойти ограничения "здесь и сейчас". Что до типов, то не боги горшки обжигают, тип добавил когда увидел ваше сообщение, что нельзя прикрепить. Спасибо вам, что сообщили.

Сообщение от MadKid

Что вы такой ядовитый, Арси? Чем я вам не угодил? Или под горячую попался?

Не люблю, когда с ходу назначают виновных без проведения надлежащего исследования. Это было крайне ядовитое поведение с вашей стороны. Вам не понравилась ответочка? Ну да, мало кому нравится своё отражение в зеркале

Это другая сторона медали, когда вы общаетесь как минимум с равным себе специалистом, а не с тупенькой девочкой из техподдержки, которая тяжелее клеммника в руках ничего не держала и ничего толкового вам никогда не посоветует. Зато будет милой и хлопать глазками.

Сообщение от MadKid

Ага, ну понял. Мода в смысле матожидания. Ну хоть что-то, спасибо. Дальше сам размотаю.

Ну да, типа того.

[MadKid]

Посмотрел конфигурашку. Датчик значит все же на 1.6 МПа (зачем его сместили?) и он на AIN4. Указали бы тип - даже интересно.
А что на остальных входах? Там как с дискретизацией.

Датчик от -0,1 до + 1,5 мПа, это его реальный диапазон (атмосферное считаем за 0). Никто его никуда не смещал. Впрочем, как данный вопрос связан с сутью проблемы? Датчик Эталон ДИВ-62, но он с кастомным диапазоном, не соответствует шильду. Это всё согласовано с производителем.
На первых трех входах - датчики температуры с теми же параметрами фильтрации. Дискретизации не видно даже без фильтра - там вообще грязный сигнал, ничо не проверишь.
На 5 и 6 - резистивные датчики положения, фильтр 960 мс. Там дискретизацию тоже не увидишь - привод ездит с постоянной (и довольно большой) скоростью, а сам потенциометр изрядно шумит.
Остальное не используется.

И тут его осенило! Модовый - это ж МЕДИАННЫЙ, ёлы-палы... Блин, вот вы мастера ребусов...

[ATS]

Сообщение от MadKid

Датчик Эталон ДИВ-62

Ну раз бывает с HART-ом значит точно не аналоговый. Но в восемь бит DAC не очень верю.

На первых трех входах - датчики температуры с теми же параметрами фильтрации. Дискретизации не видно даже без фильтра - там вообще грязный сигнал, ничо не проверишь.

Вот с этим медленным аналогом и лучше параметры FMR оценивать.
А почему грязный?

[MadKid]

Сообщение от ATS

Но в восемь бит DAC не очень верю.

Может, и не восемь. Там видно, что чем дальше от нуля, тем выше ступеньки, то есть квант дискретизации зависит от абсолютного текущего значения. 8 бит (а точнее, 200 дискретов) - это я прикинул, глядя на сигнал в конце диапазона, где дискреты крупные. Дальше вниз они уменьшаются, так что вполне может быть и не 8, а 10 бит, но нелинейных.

Сообщение от ATS

Вот с этим медленным аналогом и лучше параметры FMR оценивать. А почему грязный?

Какая-то периодическая помеха (рис. 1, коричневая линия). Может быть, не внешняя помеха, а опять же - так работает датчик (я не знаю тип, спрошу завтра).
Впрочем, если посмотреть получше, до дискретность можно разглядеть!
И вообще, у этой периодической составляющей интересные свойства: её размах составляет ровно 1 °С, и ровно столько же составляет ступенька.
Совпадение? Не думаю!
Я сразу этого как-то не увидел, бегло посмотрел - чё-то пила какая-то. Ну и ладно, не так важно. У них тут температура чисто для красоты, никакой критической функции.

У датчика температуры диапазон 840 градусов, значит его ЦАП не меньше 10 бит. А внутри 1°С, на падающей полке пилы, FMR чётко расставляет свои 5 отсчетов, что как бы намекает на 12 бит АЦП. Так что к АЦП FMR претензий нет, а вот к фильтру - есть.

Кстати, я неплохо зафильтровал давление скользящим средним (рис. 2). Можно сказать, взял брутфорсом: 30 сек, 256 отсчетов. Производительность контроллера никак не пострадала, ну и слава богу. Да, внёс задержку, ну что ж, пришлось ещё и шаг регулятора увеличить. Ничего, вписался.

[ATS]

Сообщение от MadKid

Так что к АЦП FMR претензий нет, а вот к фильтру - есть.

Что-то мне этот шум кажется каким-то похожим на сигнал датчика давления.

Кстати, я неплохо зафильтровал давление скользящим средним (рис. 2). Можно сказать, взял брутфорсом: 30 сек, 256 отсчетов. Производительность контроллера никак не пострадала, ну и слава богу.

Я бы все же попробовал экспоненциальный. он лучше подрежет ВЧ помеху.

Да, внёс задержку, ну что ж, пришлось ещё и шаг регулятора увеличить. Ничего, вписался.

Задержку внесет любой фильтр.

[MadKid]

Что-то мне этот шум кажется каким-то похожим на сигнал датчика давления.

Вы совершенно правы - вам кажется.

Я бы все же попробовал экспоненциальный. он лучше подрежет ВЧ помеху.

В данном случае, у меня есть свои мотивы сделать костыль именно с синей изолентой, а не с чёрной.

Задержку внесет любой фильтр.

Очень скрупулёзное наблюдение. Спасибо, кэп!

И всё-таки, как нам быть с фильтром на FMR?
Где можно взять свежую прошивку для FMR-1020-10-0?
Чем её прошивать? FMR-конфигуратором?