请教如果我的低通滤波频率约等于 5Hz 那么设计方法仍是经典的二阶三阶电路吗？

崂山清茶

有这样的一个学生课题模型，电路方案各位看看该怎么设计

12马力单杠柴油发动机拖拉机    匀速直线行驶在较为颠簸的农村土路上 。
在发动机身上有一个大直径旋转轮毂，   转速 大约= 5转/秒   轮毂的转盘平面垂直于地面（也即转轴平行于地面）   
题目规定死：在轮毂边缘安装一个单轴加速度传感器，测轴始终与半径垂直 且 处于旋转中，如下图所示




从图中分析，单轴加速度测轴实际测量的，也就仅仅是受到重力加速度的周期影响，
由于测轴与半径垂直，因此测轴数据与离心加速度无关。

那么由于测得的实际是重力加速度 在旋转的单轴加速度轴上的投影，
因此传感器输出的数值  实际   是一个最大幅值为重力加速度G的三角函数   其旋转频率=5Hz
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题目任务电路设计要求： 给出    单轴加速度传感器所测得的重力加速度信号输出滤波处理电路
                  
要求最大限度地滤除掉道路颠簸和发动机颠簸导致的振动加速度，保留输出干净的  旋转重力加速度信号

应用解释：得到的重力加速度信号实际包含了转角和转速信息。
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可能有些同学看糊涂了，我简单形象地总结一句话：

就是在颠簸道路行驶的拖拉机上做生意，有个电子称要准确称量出2斤爆米花来吃。
而且这个2斤还不固定，是个周期波动到0的三角函数



我们应该怎么设计这个电路，能够滤除掉道路和发动带来的颠簸影响。

用经典的  2阶  3阶   低通滤波器（截至频率 5Hz）行不行，，

现代技术，还有更好的办法吗   ？   


                 

w6955

ADC抽样，数字滤波。

小鬼头

我觉得，其实原信号就是一个有用信号（传感器信号）被一个固定频率（5hz）信号调制后的产物。所以，任务就是，把有用信号解调出来。

这有些类似am收音机的调幅方式，但是，5hz调制的相位角也参与了调制。因此

1、可以用am收音机的方法，把有用信号的幅值解调出来。

2、利用低通滤波器把5hz调制信号单独恢复，恢复出来的5hz信号含有有用信号对应的相位角。

3、设置一个运算电路，将上面得到的幅值、相位角输入电路中，得到真正想要的加速度信号。

熟悉数学的朋友，可以用公式来推导，推导后甚至可以用全数字解调（事先进行A/D变换）的方法来实现。

小鬼头

小鬼头 发表于 2022-9-26 08:42
我觉得，其实原信号就是一个有用信号（传感器信号）被一个固定频率（5hz）信号调制后的产物。所以，任务就 ...

噢，应该就是普通的am调制（相位角的调制已被包含在里面）。所以，像am收音机那样解调，然后经过一个高通（不是低通）滤波器，就可以得到所想要的加速度信息。

jimtien

关键还是要了解道路颠簸和发动机颠簸产生信号的性质吧，如果频谱落在有用信号频谱之内，低通滤波器是滤除不了的。

崂山清茶

现在使用传统的  2  阶低通滤波器   频率选择5 Hz    实测结果是：
拖拉机不走和发动机停转     测加速度的轮也不转的话    测量出的重力加速度很准  很准
慢慢 转动测力 轮，也能   大小  0  正负变化    效果理想。


但是当有 发动机震动和行进道路颠簸，测出的重力加速度值就有干扰了，发现重力加速度的大小正负也能大致看出变化来，但综合误差太惨了高达20以上%


有没有绝招能够理论上彻底消除颠簸和震动干扰呢

我知道2楼也许是正解，但我暂时还没有条件试验   不懂数字滤波算法
可能需要什么 傅里叶 FFT算法啥的   不甚了了。

   

崂山清茶

jimtien 发表于 2022-9-26 13:49
关键还是要了解道路颠簸和发动机颠簸产生信号的性质吧，如果频谱落在有用信号频谱之内，低通滤波器是滤除不 ...

用2阶低通  滤除颠簸震动是虑不干净

要是发明一个巧妙的  什么减法电路   差动电路   从理论上彻底消除颠簸振动的影响   

就好了，

这个问题在数学理论指导上，谁来研究研究。类似卡拉OK  歌声滤除数学原理。

可惜，我数学基础不行。

小鬼头

崂山清茶 发表于 2022-9-26 15:04
用2阶低通  滤除颠簸震动是虑不干净

要是发明一个巧妙的  什么减法电路   差动电路   从理论上彻底消 ...

你这里的题目要求有些怪。我看你上面所说并再看了一次题目才弄清，需要输出的信号是5hz信号与没受震动干扰的加速度传感器信号互相调制的产物。与我前面帖子所指向的，反了过来。

那些震动干扰的频谱，应该也落在5hz周围。因此，单纯依靠滤波器，是难于滤干净。我记得，是有一种技术手段，可以从这种极差的噪声环境中提取出有用的信号。

方法是，使用锁相环放大器。日本远坂俊昭写过这方面的书，可找他的中文译本来看看。见附图（不一定就是图中这本，但我记得肯定是此丛书的其中一本，内有锁相环放大器技术介绍）

崂山清茶

小鬼头 发表于 2022-9-26 16:54
你这里的题目要求有些怪。我看你上面所说并再看了一次题目才弄清，需要输出的信号是5hz信号与没受震动干 ...

那个旋转的轮毂　　理解成不是发动机的　　和发动机无关　　转数有个范围是　　０－－－５转／每秒
就是又是转的快　有时慢　　有时停转
我们得目的，就是用单轴加速度传感器　输出得到重力加速度值。（以便于判定轮毂的转角和转速）



而锁相环电路似乎都是固定转速，也不知道是否有参考意义　　　我还得买书　
但是常见锁相环片子　４０１７还是４０２０　　　　LM５６７　　等频率没有这么低的　　才几个赫兹，哪有这样低频的锁相环啊　　　

估计难办，还得详细研究一番原理。　

小鬼头

小鬼头 发表于 2022-9-26 16:54
你这里的题目要求有些怪。我看你上面所说并再看了一次题目才弄清，需要输出的信号是5hz信号与没受震动干 ...

找到了，是另一本。

锁相环放大器是比较前沿的技术。如果不想自己搞，可以买成品，书中有成品的性能介绍，不过，估计会是天价。

崂山清茶

小鬼头 发表于 2022-9-27 10:31
找到了，是另一本。

锁相环放大器是比较前沿的技术。如果不想自己搞，可以买成品，书中有成品的性能介 ...

谢谢坛友推荐的书籍，

尽管这本书不一定解决我这个问题，但是这本书还是有用的不错的,





因此我上传这本书    但是发现我只能上传550k   而这本书19M    因此只能作罢兴叹。

资深技术

可能要使用锁相放大器，输出与参考信号同步的5Hz信号

南飞

另加一套传感器只检测振动信号，位置放到轮子中心或轴心。如果传感器输出不用考虑相位什么的，也可以固定到别的地方。传感器输出如果是模拟量应该可以直接用运放了，一路接同相另一路接反相输入端。

w6955

在你的图上传感器位置的对面也装一个传感器，当然是同样规格型号的，从地面的观点看，两个传感器的信号是相加与相减的，先用模拟方法来上一道再说其他办法。

崂山清茶

w6955 发表于 2022-10-1 19:08
在你的图上传感器位置的对面也装一个传感器，当然是同样规格型号的，从地面的观点看，两个传感器的信号是相 ...

怎么样设计，才能把两只传感器的震动干扰信号互相抵消掉， 而剩下有用的重力加速度信号。

我也试着画了运放电路，结果是把有用的重力加速度，也给抵消掉了啊。