Dobór czujnika do odczytu impulsu wysokiego napięcia

[Radhezz]

Witam. Sprawy mają się tak - potrzebuję pomysłu na odczyt (najlepiej bezstykowy) impulsu o napięciu ok. 300V, który będzie wyzwalał w Arduino przerwanie. Kiedyś widziałem w starszych autach że sygnał o prędkości obrotowej w benzyniaku niektóre sterowniki instalacji LPG brały ze zwykłego kabla owiniętego parę razy wokół przewodu wychodzącego z cewki zapłonowej. Niestety nie bardzo wiem jak określić parametry takiego rozwiązania, tzn. ile by trzeba było tego przewodu nawinąć, i czy w ogóle przy stosunkowo niskim napięciu wyzwalającym temat dałoby się jakoś "ugryźć". Pewnie bym nie miał takiego problemu, gdybym dysponował oscyloskopem, wtedy by się pewne rzeczy sprawdziło "organoleptycznie", a tak to jestem zdany na podpowiedzi i ewentualnie rozwiązania alternatywne.

[marek1707]

Pobieranie sygnału z drutu owiniętego wokół innego kabelka to sprzęganie przez pojemność. Napisz po prostu skąd się ten sygnał 300V bierze, bo od tego wszystko zależy. Układ RC jaki musisz zbudować będzie bazował na prędkości narastania tego sygnału więc musi być dopasowany. Poza tym jest wiele innych aspektów o których teraz nie ma sensu dyskutować. Musimy wiedzieć co jest źródłem sygnału, bo to daje wiele informacji o tym jak go bezpiecznie "zdjąć".

[Radhezz]

@marek1707 źródłem sygnału jest generator stroboskopowy - wyjście wyzwalające na palnik, zanim trafi na transformator zapłonowy. Także impulsy są bardzo krótkie, z mała ilością energii, z częstotliwością poniżej 6Hz. Podejrzewam że może być ciężko temat ugryźć, więc jeszcze rozważam opcję odczytu przez transoptor.

[marek1707]

Acha, to sprawa wydaje się prosta. Impulsy wyzwalające palnik, nawet te po stronie "niskiego" napięcia są szybkie tj. mają krótkie czasy narastania i opadania. Wykorzystaj to i sprzęgnij się właśnie przez pojemność. Musisz mieć rzecz jasna wspólną masę z układem generatora, bo względem czegoś musisz te impulsy odbierać. Także nie jest to żadna izolacja galwaniczna i jeśli ten generator (dlaczego pytający nie mają obowiązku zapodawania schematów układów o jakie pytają?) jest np. zasilany wprost z sieci bez transformatora, to robi się niebezpiecznie.

Zatem robisz tak:

• Owijasz kilka/naście rzadkich zwojów wokół kabelka prowadzącego interesujący Cię impuls. To nie powinna być cewka więc nie zwój przy zwoju. Najlepiej gdyby w ogóle tam zwojów nie było a jedynie twój kabelek "przytulony" równolegle do tego źródłowego na odcinku powiedzmy 5-10cm, ale to trudne - trzeba owijać jakąś taśmą czy coś więc kilka zwojów zrobić możesz.
• Kabelek doprowadzasz do swojej płytki i tam dajesz opornik, np. 10k do masy. W takim układzie masz już impulsy szpilkowe "w górę" gdy sygnał badany narasta i "w dół" (poniżej zera) gdy tamten opada. "Gorący" koniec opornika nazwiemy węzłem "A".
• Teraz, żeby nie zabić tym procesora dajesz dwie diody BAT54 albo jakieś inne małe Schottky (albo od biedy 1N4148): jedna stoi anodą na masie a katodę podłączasz do węzła A, druga anodą od węzła A do +5V. Coś takiego usuwa szpilki ujemne a dodatnie obcina do poziomu +5.2V. Masz już zatem tylko impulsy dodatnie o poprawnej amplitudzie, ale krótkie.

Czy to wystarczy? Dalej sobie poradzisz? Powyższy układzik praktycznie nie wpływa na sygnał badany, bo dodanie kilku pF niewiele zmienia. Jak chiałbyś włączyć transoptor? Może schemat? Jeśli masz dostęp do wnętrza generatora a nie tylko do kabelka z impulsem wyzwalającym, to być może  gdzieś tam  w środku znajdzie się miejsce gdzie łatwo da się podłączyć diodę transoptora, ale bez szczegółów nic nie wymyślę.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Radhezz]

@marek1707 dzięki za opis, jednak Twoja wersja wydaje się lepsza niż ta z transoptorem na pierwszy rzut oka. Dojścia do generatora niestety nie ma - to elektronika samochodowa, wnętrze jest zalane żywicą. Co do opisu musiałbym narysować schemat dla potwierdzenia czy dobrze zrozumiałem wszystko - a na telefonie raczej ciężko takowy wykonać. Ale progres już i tak jest bardzo duży.

[marek1707]

O właśnie, i taki opis (ten o samochodzie i zalaniu żywicą) od razu ustawia myślenie na odpowiednie tory i stawia granice. Jak rozumiem, z tego tajemniczego modułu wychodzi sygnał do zewnętrznego (auto)transformatora, czy tak? Musisz pamiętać, że sygnał z owiniętego kabelka jest bardzo, bardzo słaby (napięcie wysokie, ale energia żadna). Drucik nie może biec przez pół samochodu a już na pewno nie po przewodzie ułożonym po karoserii (masie) pojazdu. Taka bliskość daje dodatkową pojemność (kilkanaście i więcej pF na metr) więc jest z punktu widzenia "nawijki" obciążeniem i tłumi sygnał tak jak ten opornik na końcu. Ten sam efekt pasożytniczego kondensatora który pomaga w przypadku owijania, przeszkadza przy przesyłaniu sygnału dalej. Na oporniku końcowym uzyskujesz sygnał użyteczny a dodatkowa pojemność rozproszona kabla transmisyjnego zwyczajnie i bezpowrotnie sygnał "zjada". Tak więc co najwyżej pół metra przewodu, najlepiej luźno rozłożonego/wiszącego, z dala od impulsów wysokiego napięcia z zapłonu i już Twoja płyteczka. Jeśli chcesz to dalej ciągnąć, zrobiłbym chociaż jednotranzystorowy wzmacniacz. Czy to będzie pracowało w komorze silnika, czy jednak gdzieś w ludzkich warunkach? Widzisz, takie rzeczy to jednak pogranicze możliwości przewidywania zdalnego. Może Ci zadziałać jeśli będziesz miał trochę szczęścia, ale możesz popełnić wiele przypadkowych błędów (albo chociażby czasy narastania/opadania impulsów z generatora będą za długie, nie przeniosą się przez 10pF) i całość nie ruszy. Cieszę się, że widzisz postęp. Przynajmniej masz jakiś.. plan badań? Oscyloskop w takich sytuacjach to niezastąpione narzędzie. Gdybyś jednak próbował z nim eksperymentować to pamiętaj, aby testować pełny układ tj. owinięty kabelek współpracujący z przewodem przesyłowym i koniecznie opornikiem do masy. Diody zabezpieczające procesor możesz na tym etapie odpuścić, one są konieczne tylko w przypadku podłączania tego do delikatnej elektroniki cyfrowej. Dopiero taki zestaw (C+R) jest źródłem jakie możesz mierzyć ilościowo oscyloskopem. Bez opornika jest to tylko bardzo mała pojemność, porównywalna z pojemnością wejściową sondy i pomiary tego nie będą miarodajne a co gorsza można uszkodzić wejście. Dobierając wielkość opornika np. 1-100k możesz wpływać na amplitudę impulsów, ale także na odporność układu na zakłócenia "z powietrza" - to dwa przeciwstawne kierunki i w zależności od warunków panujących w pobliżu trzeba to dobrać. No dobra, mógłbym jeszcze tak długo marudzić.. Acha, jeszcze jedno: gdyby jednak próby z owijaniem zakończyły się fiaskiem, zupełnie spokojnie możesz pobrać sygnał "kontaktowo". Zwyczajnie bierzesz kondensator ceramiczny, powiedzmy 100pF/1kV i podpinasz się wprost do kabla sygnałowego. Potem przewód, opornik na Twojej płytce, diody, wiadomo. Coś takiego zadziała na pewno a ponieważ sygnał jest dużo mocniejszy, możesz go przesłać dalej, nawet koncentrycznym kablem ekranowanym na wiele metrów. Co robisz? Chcesz mieć potwierdzenie, że stroboskop na dachu naprawdę działa? Coś włączać razem z nim, mrugać diodką?

[Radhezz]

@marek1707 samochód ciężarowy, generator jest umieszczony na ścianie grodziowej od wewnętrznej strony, więc daleko nie będzie raczej. Trochę gorzej że pół metra dalej jest reduktor napięcia 24/12.

Jaki jest cel układu? Generator stroboskopowy zasila 4 lampy błyskowe / stroboskopowe barwy niebieskiej. Układ ma wyłapywać moment wyzwolenia błysku i zapalać na wizualnie zbliżony do czasu wyładowania lampy stroboskopowej nowe lampy wykonane w technologii LED. Innymi słowy - sychronizuje stare lampy z nowymi, zapewniając wizualną zgodność. Ogólnie bardzo nietypowa jak na nasze krajowe warunki konfiguracja. Oczywiście istnieje wersja urządzenia fabrycznie przystosowana do synchronizacji z lampami LED, ale trzeba by ściągać z USA, a ten układzik w założeniu jest uniwersalny.

[marek1707]

Ech,to może prościej zrobić czujnik optyczny? Wyładowanie w xenonie ma tak dużą energię i pasmo, że nawet w pełnym słońcu fotokomórka nie pomyli tego z niczym innym. A pełna izolacja zapewniona z definicji i brak problemów z rachitycznym sygnałem, kabelkiem, transmisją itd.. Trzeba tylko gdzieś w pobliżu lampy zamocować patrzący na nią czujnik.

Z resztą są chyba fotograficzne, gotowe synchronizatory błysków?

Edytowano Luty 2, 2021 przez marek1707

[Radhezz]

Nie nie, czujnik optyczny odpada zdecydowanie, w lampach kierunkowych nie ma miejsca, już i tak jak je składałem miałem problem z izolacją (ok. 11kV przy metalowym odbłyśniku), a z dachu to naprawdę za dużo roboty, bo trzeba belkę rozbierać, ściągnąć z dachu, ciągnąć okablowanie...

[marek1707]

Ale przecież fotodioda może mieć kąt 10 stopni i patrzeć na którąkolwiek lampę (tę najwygodniejszą) z odległości metra, gdzieś z krawędzi dachu. Wcale nie musi być tam w środku ani nawet w głównym strumieniu światła. Błysk jest tak charakterystyczny, że nie do pomylenia z jakimkolwiek innym źródłem światła. No, może piorun by dał radę, ale to rzadkie i chyba można odpuścić takie odróżnianie. Można zatem zrobić filtr górnoprzepustowy wydzielający takie megaszybkie impulsy na tle całego innego świetlnego śmiecia na ulicach i spać spokojnie.

EDIT: Acha, chyba że po prostu nie chcesz tego robić na dachu a generator masz gdzieś blisko w kabinie, tak?

Edytowano Luty 2, 2021 przez marek1707

[Radhezz]

35 minut temu, marek1707 napisał:

EDIT: Acha, chyba że po prostu nie chcesz tego robić na dachu a generator masz gdzieś blisko w kabinie, tak?

Tak, w kabinie na przedniej grodzi, przy nogach kierowcy, tam gdzie reszta elektryki wisi.

[marek1707]

A transformatory i kondensatory do lamp są wewnątrz ich obudów, na dachu, tak?

To byłoby dobrze, bo transformatory są źródłem strasznego śmiecia i ich bliskość byłaby niepożądana. Szczególnie te "oszczędne", nawijane na otwartych magnetycznie rdzeniach potafią zrobić niezłą kaszanę w okolicznych kablach. Dobra, daj znać jak poszło i.. w jaki sposób ocenisz, że jest sukces?

 

[Radhezz]

4 minuty temu, marek1707 napisał:

A transformatory i kondensatory do lamp są wewnątrz ich obudów, na dachu, tak?

Gdybyśmy mówili o instalacji w pełni fabrycznej - to tak. Ta jednak jest złożona z części amerykańskich, na ichniejszą modłę. Generatorem się nie przejmuję, to sprzęt światowej klasy producenta. Zresztą w aucie jest radiostacja VHF i żadnych dziwnych zakłóceń nie zbiera. Tak czy siak muszę się zdecydować na któryś wariant, zamówić części, poskładać to... A że zajmuję się tym hobbystycznie w wolnej chwili, to może trochę potrwać.