¿Cómo condicionaría la señal de un acelerómetro para una entrada de micrófono?

Question

Estoy buscando a la medida de vibraciones utilizando una de 3 ejes acelerómetro analógico conectado a la entrada de micrófono en un PC. Idealmente quiero combinar los 3 ejes en una señal como yo realmente no se preocupan por la x,y y z de los componentes, sólo la amplitud y la frecuencia de la vibración.

Yo estaba mirando el Freescale MMA7361L, pero me imagino que algo similar va a ser suficiente.

Hice una Electrónica grado, pero después de muchos años de utilizar sólo la digital, integrado y el software de lado, mi analógico conocimiento es bastante oxidado.

• Puedo combinar el uso de señales adecuadamente seleccionados condensadores o debo búfer de ellos primero?
• Estoy creo que me voy a tener que hacer algún ajuste de nivel y de igualación de impedancia de la señal a ser adecuado para la entrada de micrófono?
• Se puede utilizar un simple filtro pasivo para eliminar las frecuencias de más de 20 khz? Qué necesito para hacer esto?
• ¿Qué otras consideraciones deben tenerse en cuenta si quiero la muestra señales entre 20Hz y 20kHz?

Answer 1

Construiría un simple "mezclador de tierra virtual" alrededor de un modo de inversión operado por un amplificador operacional, seguido de otro amplificador operacional para amortiguar la señal, deshacerla y proporcionar un poco de ajuste de ganancia.

Answer 2

La única manera que se me ocurre de hacerlo que es para modular las tres señales utilizando tres diferentes, audio-frecuencia de portadores, probablemente con el uso de AM (ya que es la más fácil y barata de implementar). Usted probablemente será capaz de encontrar un IC que simplemente no ESTOY de modulación, pero no conozco la parte superior de mi cabeza.

Esencialmente, usted va a tomar cada señal y multiplicando por una diferente frecuencia de la portadora, la cual va a producir una frecuencia de la portadora varía en amplitud como el acelerómetro de los cambios de señal. Ya que va a ser un bajo nivel de ruido de la señal, puede demodular es el uso de un filtro de paso de banda (para seleccionar una de las tres señales de interés) y, a continuación, utilizar un detector de pico para encontrar el valor promedio de la señal.

Usted va a hacer esto para cada señal simultáneamente.

Por ejemplo:

Digamos que usted asigne el eje X a 1 kHz, el eje de las Y a 10 kHz y el Eje z a 20 kHz. Vas a empezar por la multiplicación de los X-eje de salida con un 1 kHz de la señal, el eje de salida con un 10 kHz de la señal, y el Z-eje de salida con un 20 kHz de la señal. A continuación, podrás combinar estas señales utilizando un Amplificador operacional Sumador (asegúrese de utilizar un amplificador operacional con un alto ancho de banda suficiente!). Esto producirá una señal única que superposiciones de las tres señales en la parte superior de uno al otro. Si has mirado en el análisis del espectro de la salida, había tres picos, uno en cada frecuencia. La altura de cada pico sería el valor de cada uno de los asociados del eje.

La extracción de la señal

Una vez que está en el equipo, vas a tener que utilizar técnicas de DSP para cada una de las frecuencias de paso de banda, y la detección de su amplitud promedio (después de tirar de datos negativos, de lo contrario, la amplitud promedio será de 0!)

Trampas

• Tendrás que pre-filtro de la acelerómetro de datos con un filtro de paso bajo para asegurar el contenido de alta frecuencia, es eliminado. Si no, usted obtendrá una gran cantidad de diafonía entre los canales
• Escrito el DSP software en el ordenador no es un proceso trivial, y no hay off-the-shelf programas sé que puede hacerlo. Puede crear secuencias de comandos en MATLAB o Mathematica con bastante facilidad, pero va a ser mucho tiempo para desarrollar.
• Desde sus señales serán bandpassed, que no va a reaccionar bien a los cambios bruscos de aceleración (que generar contenido de alta frecuencia).

Esta es una idea terrible. En su lugar, hacer esto:

Estoy respondiendo a la pregunta dentro de las limitaciones que usted proporcionó, sin embargo, no siempre realmente implementar un sistema como este, ya que cada equipo en el mundo tiene un puerto USB. Comprar un acelerómetro que tiene un i2C/SPI de la interfaz, y dar una palmada a un equipados con USB del microcontrolador. Configurarlo como un dispositivo HID y usted incluso no necesita preocuparse acerca de los controladores.

Hecho.

Answer 3

Para hacer de este derecho, usted necesita para calcular la magnitud del vector de aceleración de la X, y y Z del sensor de valores ( \ $\sqrt{x^2+y^2+z^2}\$ ) y, a continuación, convertir este resultado en la señal del micrófono.

Si usted sólo tiene que añadir los tres componentes juntos, como las otras respuestas han sugerido, vibraciones en ciertas direcciones simplemente cancelar, sin dar ninguna señal. Específicamente, cualquier componente de la vibración en el plano definido por la ecuación x+y+z=0 será "invisible", que es otra manera de decir que usted sólo tendrá que ser sensibles a las vibraciones a lo largo del eje perpendicular a este plano (x=y=z). En otras palabras, este esquema no es mejor que la simple utilización de la señal de uno de los ejes por sí mismo.

Por desgracia, la magnitud de cálculo también rectifica la señal (el resultado es siempre positivo), por lo que la señal del micrófono no ser una representación directa de el ± el valor real de la vibración. Yo no puedo pensar inmediatamente en una solución para esto; tal vez no importa en la aplicación. O usted podría, por ejemplo, basta con multiplicar la magnitud de la señal de uno de los originales x, y o z componentes, elegido arbitrariamente.

Answer 4

Después de aclarado tu pregunta para indicar que no es necesario diferenciar las señales separadas, elaboré un esquema para usted:

Es un no inversor amplificador sumador. Usted querrá ajustar la ganancia (mediante el ajuste de la R4 pot) para que la señal no clip.

Usted no será capaz de utilizar un "virtual suelo" de configuración que otra respuesta se menciona debido a que su señal no es de corriente ALTERNA, y por lo tanto, no puede ser capacitivo-junto. Debido a eso, usted tendrá que usar un no inversor amplificador sumador, en lugar de la más tradicional de la inversión.

Por supuesto, si usted tiene acceso a una bipolar de suministro, puedes usar el amplificador sumador inversor en su lugar.

Answer 5

Ya no se preocupan por cada componente (x-, y-, z-) por separado la solución más fácil es medir sólo uno de los componentes y de ignorar los otros dos (Esto es al menos tan buena como la adición de todos los componentes juntos, que no es otra cosa sino un especial de la multiplicación de la matriz del vector de aceleración. Y el mismo resultado se puede obtener si usted girar el sensor mecánicamente y considerar sólo uno de los componentes).

Por lo tanto, sugiero a medir sólo un componente de la aceleración mecánica y ajuste la dirección del sensor para la máxima amplitud.