Lock in Amplifier چیست

[tayebeh_it83]

با عرض سلام خدمت همه دوستان.
من مداری که در پایین براتون قرار دادم سوالاتی برام بوجود آورده. اولاً اینکه مفهوم ماژول های Lock in Amplifier ها چی هست؟ دوماً به خاطر هزینه اش نمی خوام در این مدار ازش استفاده کنم. آیا یک ناچ فیلتر میتونه کارشو انجام بده یا چیز دیگه ایه؟ اگر ناچ فیلتر میشه سوال دیگه اینکه، دوتا خروجی که از سمت INA داره بهش وارد میشه، اگر من ناچ بذارم به کدوم قسمت از اون باید این دو خروجی را وارد کنم؟ خروجی مستقیم INA که به عنوان ورودی lock in هست، درسته؟ اما خروجی نوسان ساز به کدوم بخش lock in میره؟؟؟



ببخشید عکس مقاله کمی بی کیفیت بود. در ضمن Lock in Amplifier مدلش AD630، هست و INA مدلش AD620 و بقیه TL064 هستن.

[tayebeh_it83]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

کمی هم راجع به موضوع مقاله بگم:
این مقاله برای اندازه گیری رسانایی پوست یکسری مدار رو بحث و پیاده کرده. اولاً مدار زیر رو قرار داده تا جریان ثابت تولید بشه

مدار تولید جریان ثابت:



در مداری قبلی هم که از نظرتون گذشت خروجی مدار بالایی رو بهش وارد کرده (به عنوان تولید کننده جریان ثابت) و سپس قراره که از یک Lock in (برای حذف 60Hz)، یک فیلتر بالاگذر (0.3Hz) و پایین گذر (3.5Hz) استفاده بشه. اگر سوال دیگه ای از مقاله داشتید بفرمایید یا بگید لینکشو بذارم

---

اضافه شده در تاریخ :
خواهشا اگر کسی میتونه کمک کنه :sad:

[شاهرخ مستقیمی]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

شما میخواین بدونین Lock in چیکار میکنه؟
چیزی تو اینترنت واسش پیدا نکردین؟
راستش خودم هم درباره این مدار هیچ اطلاعتی ندارم، اما از اونجایی که اول اومده بودین محله ی ما! (انجمن PIC) واسه کمک؛ گفتم چهارتا سوال بپرسم لااقل، شاید بتونم نکته ای رو متوجه بشم و کمکی بکنم یا اینکه پرسیدن سوال، باعث بشه یه راهی به ذهن شما خطور بکنه. :redface:

[2012rostami]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

برای اندازه گیری امپدانس یا مقاومت، راه اصلی و سر راست اینه که شما جریان بدی به عنصرِ تحتِ تست و ولتاژ دو سرش رو اندازه بگیری. مدل های مختلف از پل وتستون و روشهای دیگه هستند که نویز رو کم می کنند و حساسیت اندازه گیری رو زیاد می کنند. همه اینها برای جریان، ولتاژ و امپدانس با فرکانس خیلی کم یا عملاً DC هستند.
همونطور که می دونید حذف نویز در فرکانس DC که اطلاعات سیگنال شما هم همه ش DC ئه بسیار کار سخت و در اکثر مواقع نشدنیه.

راه حل جایگزین برای حذف نویز اینه که شما در مسئله اندازه گیری امپدانس به جای DC بیاید جریان تست رو AC تولید کنید و بدید به عنصرِ تحت تست و ولتاژ AC رو اندازه بگیرید. در این روش شما می دونید اطلاعات اصلی در چه فرکانسی قرار داره و بقیه فرکانس ها رو راحت میشه فیلتر کرد.

و اما، Lock-in Amp چیه. برای کارهای بسیار حساس، جاهایی که نویز بسیار زیاده، جاهایی که SNR در حد افتضاح کمه، جاهایی که سیگنال تقریباً هم سطحِ نویزه، میشه از این روش استفاده کرد. اتفاقاً می شه به صورت آنالوگ یا دیجیتال هم پیاده سازیش کرد. مفهوم این مدل تقویت کننده مخابراتیه؛
فرض کنید سیگنال جریان شما 20KHz ئه و نویزِ فازش کمه (سینوسیِ تر و تمیز). این جریان رو میدید به امپدانس تحت تست. شما دنبال ولتاژ 20kHz هستید. فلذا ولتاژ قرائت شده رو در فرکانس محلی (دقیقاً 20kHz و تا حد امکان هم فاز) ضرب می کنید. الآن اگه یه LPF قوی بزنید فقط سیگنال DC خواهید داشت که اتفاقاً متناظر با همون اطلاعات شماست (اطلاعات 20kHz ضرب بشه در سینوسیِ 20kHz دو تا مولفه در فضای فرکانس میده که یکیش 40kHz ئه و فیلتر میشه و دیگری 0Hz یا DC ئه).

یه نمونه از شرکت Michrochip که به صورت دیجیتال Lock-in Amp پیاده سازی شده:
https://www.google.com/?gws_rd=ssl#q...k-in+amplifier

[tayebeh_it83]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

خیلی ممنون از پاسختون.
اگر من نخواهم از این ماژول استفاده کنم شما چی پیشنهاد میدید؟ مداری میشه بست که تا حدودی همین کارو انجام بده؟ راستی یه سوال غیر مرتبط: چرا در مداراتی که برای اندازه گیری ECG در مقالات میذارن از این نوع ماژول استفاده نمیشه؟ یعنی اندازه فعالیت الکتریکی قلب حساسیتش کمتر از رسانایی پوست هست یا دلیل دیگه ای داره و یا در اندازه گیری فعالیت ماهیچه هم خبری ازش نیست. راستش من قبلا رسانایی پوست رو با چند تا OpAmp و AD620 بستم و چون الکترونیکی نیستم با بحث فیلترینگ آشنا نبودم و اعمال نکرده بودم و این مقاله جدیدی که پیدا کردم اولین مقاله است که lock in استفاده کرده (البته اولین برای من :mrgreen. خریداریش برام کمی سنگینه.
و یه سوال دیگه ای که برام مطرحه مگه شما نمی فرمایید که ما خروجی DC رو به عنوان خروجی Lock in برمی داریم (فرکانس 0 هرتز)، به چه دلیلی بعد از این خروجی دوباره فیلتر گذاشته (البته اگر درست فهمیده باشم)؟

[2012rostami]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

در مورد آی سی چیزی نمی دونم.
پیشنهاد می دم در مورد پردازش سیگنال (از لحاظ عملکردی و تحلیل مدارات عملی) بیشتر مطالعه کنید.

سیگنالِ ECG از نوع اختلاف پتانسیل یا همون ولتاژه. برای این ولتاژ نمی تونید روش های مخابراتی و ضرب کننده فرکانسی و Lock-in Amp استفاده کنید. چون پهنای باند مشخصی داره و توی هر بازه فرکانسی اطلاعات خاصی وجود داره.
اما، همون طور که قبلاً هم گفتم برای اندازه گیریِ امپدانس شما می تونید از سیگنال DC یا AC استفاده کنید. با توجه به همون توضیحات قبلی، بهتره از سیگنال AC برای اعمال جریان به عنصر تحت تست استفاده کنید.

برای فیلتر Lock-in توجه داشته باشید که خروجیِ این بلوک همه جور فرکانسی هست. شما باید فیلترش کنید که فقط DCش باقی بمونه.

و در آخر، تنها توصیه من به شما اینه که وقتی تصمیم گرفتید پروژه عملی و ساخت آزمایشگاهی انجام بدید، باید کاملاً مصمم باشید و علاوه بر اینکه شب و روز مطالعه و تحقیق می کنید باید هر ساعت و هر دقیقه با شبیه سازی و تحلیل و ساخت مدار و تست و سعی و خطا بر مطالعات خودتون صحه بگذارید. و گرنه بهتره کار عملی انجام ندید...

[tayebeh_it83]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

ممنون

---

اضافه شده در تاریخ :
ممنون از پاسختون. فقط خواهشاً این سوال رو هم بفرمایید.
در مقاله، مدار دوم رو گفته برای تولید جریان با دامنه ثابت و ولتاژ با فرکانس 20 هرتز هست. من با پروتئوس شبیه سازیش کردم ولی فقط یک موج DC میده. روی بردبورد چون فقط lm358n داشتم، بستم. فقط با تغییر مقاومت پتانسیومتر تغییر میکنه (البته با مولتی متر اندازه گرفتم).
مسئله ای هم که جهت مطالعه بیشتر فرمودید حرفتون کاملاً درسته. ولی در نظر داشته باشید که من تا الان 1 سالی هست درگیر الکترونیک شدم و هر چی بلدم از این در و اون دره. من واقعا فرصتم کم بوده ولی دارم تلاشمو میکنم. ممنون میشم کمک بفرمایید.

فایل پروتئوس
http://www.uplooder.net/cgi-bin/dl.c...4a88728f00543a

[2012rostami]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

مدار Wein Bridge یه نوسانساز معروفه. ولتاژ سینوسی خروجیشه. بعدش هم مبدل ولتاژ به جریان درست کرده با 2 تا پ امپ.
بعضی مدارها (مثل نوسانسازها) توی پروتئوس درست شبیه سازی نمی شن.

صورت مسئله کاملاً واضحه؛ منبع جریان با دامنه ثابت و فرکانس ثابت. بیش از 10 روش مختلف برای درست کردنِ این جریان متناوب وجود داره. لزومی نداره هر چی تو مقاله گفته شما هم انجامش بدید.

شبیه سازیتون بدون ولتاژ تغذیه آی سی هاست. تعجبی نداره که کار نمی کنه. می تونید برای سادگی اون بخشِ ضریب تقویت اتوماتیک رو حذف کنید و مقاومت 3.3k رو به زمین وصل کنید.

[tayebeh_it83]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

خیلی ممنون. مشکل نوسان ساز با راهنمایی شما حل شد. امروز که قسمت دوم رو مجدد تست می کردم یه سوال جدی برام پیش اومده.
مگه منطقاً این ولتاژ متناوب نباید به یکی از اتصالات وارد بشه (یکی از دو انگشت دست و سپس بره به 2 و 3 ماژول AD620)؟!! البته شماتیکی که در این مقاله هست هم همین رو گفته، ولی چون شماتیک خیلی واضح نبود و من دیشب عجله ای بستمش، اشتباهاً ورودی AC رو دادم به پین 8 و پین یک AD620 رو زدم به زمین. و یک خروجی متناوب ازش گرفتم که برای چند نفر که امتحان کردم، همون طور که انتظار میرفت خروجی متفاوت بود. ولی امروز صبح که متوجه اشتباهم شدم یه مقاومت 10 کیلو برای گین AD620 به پین 1 و 8 زدم و کل خازن و مقاومت و ورودی AC رو بردم روی ورودهای 2 و 3. اما درست کار نمیکنه. اینکه دو تا پراب به دست شخص باشه یا نباشه فرقی نمیکنه، خروجی یک مدل ثابت رو نشان میده. اشتباهم کجاست؟ ممنون میشم راهنمایی بفرمایید.

لینک فایل پروتئوس
http://www.uplooder.net/cgi-bin/dl.c...ec2fae15c38bea

[2012rostami]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

خیلی ممنون. مشکل نوسان ساز با راهنمایی شما حل شد. امروز که قسمت دوم رو مجدد تست می کردم یه سوال جدی برام پیش اومده.
مگه منطقاً این ولتاژ متناوب نباید به یکی از اتصالات وارد بشه (یکی از دو انگشت دست و سپس بره به 2 و 3 ماژول AD620)؟!! البته شماتیکی که در این مقاله هست هم همین رو گفته، ولی چون شماتیک خیلی واضح نبود و من دیشب عجله ای بستمش، اشتباهاً ورودی AC رو دادم به پین 8 و پین یک AD620 رو زدم به زمین. و یک خروجی متناوب ازش گرفتم که برای چند نفر که امتحان کردم، همون طور که انتظار میرفت خروجی متفاوت بود. ولی امروز صبح که متوجه اشتباهم شدم یه مقاومت 10 کیلو برای گین AD620 به پین 1 و 8 زدم و کل خازن و مقاومت و ورودی AC رو بردم روی ورودهای 2 و 3. اما درست کار نمیکنه. اینکه دو تا پراب به دست شخص باشه یا نباشه فرقی نمیکنه، خروجی یک مدل ثابت رو نشان میده. اشتباهم کجاست؟ ممنون میشم راهنمایی بفرمایید.

لینک فایل پروتئوس
http://www.uplooder.net/cgi-bin/dl.c...47ab57c316df60

کلاً متوجه نشدم مشکلتون چیه!
فکر کنم شما می خواستید امپدانس اندازه بگیرید. به امپدانسِ تحت آزمایش جریان بدید و ولتاژ دو سرش رو بخونید.

[tayebeh_it83]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

من مدار رو به این شکل بستم آیا روش درست هست یا نه؟ من در قسمت پایین مدار که مربوط به AD620 و فیلترهاست دچار مشکل شدم(بخش بالایی به درستی کار میکنه). من دو عدد پرابی که قراره به انگشت شخص وصل بشه رو به پین 2 و 3 ماژول AD620 زدم، ولی پاسخش ار روی پین 6 غلط هست، یعنی چه پراب ها وصل باشن و چه نباشن ولتاژ خروجی از پین 6 یکجور هست (در یک بازه مشخص تغییر میکنه بین حدوداً 0.98 ولت تا 1.20 ولت). همین عکس مربوط به آخرین لینک فایل پروتئوس است که پلود کردم (مجددا اصلاح شد). ممنون میشم نظر بدید

[2012rostami]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

من مدار رو به این شکل بستم آیا روش درست هست یا نه؟ من در قسمت پایین مدار که مربوط به AD620 و فیلترهاست دچار مشکل شدم(بخش بالایی به درستی کار میکنه). من دو عدد پرابی که قراره به انگشت شخص وصل بشه رو به پین 2 و 3 ماژول AD620 زدم، ولی پاسخش ار روی پین 6 غلط هست، یعنی چه پراب ها وصل باشن و چه نباشن ولتاژ خروجی از پین 6 یکجور هست (در یک بازه مشخص تغییر میکنه بین حدوداً 0.98 ولت تا 1.20 ولت). همین عکس مربوط به آخرین لینک فایل پروتئوس است که پلود کردم (مجددا اصلاح شد). ممنون میشم نظر بدید

من متوجه نمی شم شما دارید فقط شبیه سازی می کنید؟ یا دارید به صورت عملی مدار رو روی یه نفری تست می کنید؟!
در مورد فیلترها نگران نباشید. اسمش فیلتر Sallen-key هست، جستجو کنید همه چیزش مشخصه.
من اگه جای شما بودم، برای رفع ابهام یکم شماتیک رو دقیق تر می کشیدم؛ مثلاً تغذیه های مثبت و منفی هیچ کدم از آی سی ها مشخص نیست که چقدره.

علاوه بر اینها، امپدانسی که می خواید اندازه بگیرید در چه حدودی هست؟ مثلاً بین 10k تا 50k اهم؟! یا بین 100 اهم تا 400 اهم؟!
دامنه و rms جریانی که قراره از این امپدانس بگذره چقدره؟ میلی آمپره؟ میکروپره؟!
برای مقاومتِ 20k اهم که اینجا گذاشتید، اگه فرض کنیم جریان عبوری در حد 500 میکروآمپر باشه، تغذیه مدارتون باید حداقل +15 , -15 ولت باشه!
به محدودیت ولتاژ توجه داشته باشید. شما نمی تونید هر دامنه دلخواهی از جریان رو تولید کنید چون که تغذیه تون محدوده، پ امپ ها اشباع دارند، جریان از مقاومت RV1 می گذره و ولتاژ تلف می شه و هزار جور دنگ و فنگ دیگه.

[tayebeh_it83]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

من عملی هم دارم کار میکنم و روی چند نفر تست کردم. در مورد فیلترها هم فعلا حذفشون کردم که مرحله به مرحله جلو برم تا اشکالش دربیاد. امپدانس اندازه گیری شده بین 10KΩ تا 10MΩ هست (طبق مقالاتی که خوندم). در چند تا مقاله معتبر که خوندم گفته سطح رسانایی پوست انسان در حد میکروزیمنس هست و دقیقا نمودارهای مربوط به رسانایی پوست رو هم بر حسب میکروزیمنس کشیده و یکی از مقالات در پروژه ای (مداری) که پیاده کرده بود سطح رسانایی پوست رو برحسب میلی ولت درآورده بود. ولی مداراتی که قرار دادم، در مقاله مربوط به آن گفته نشده دامنه جریان عبوری از پوست چقدره. فقط اشاره کرده تولید یک جریان ثابت و ولتاژ با دامنه 20 هرتز (همون بخش از مدار که Wien Bridge Oscillator و V-I Converter داره). و مورد دیگه اینکه من با توجه به محدودیت هایی که دارم نمی تونم بیشتر از +5 , -5 ولت را برای بردم تامین کنم. جریان ورودی رو خودم میتونم حساب کنم؟ دقیقا نفهمیدم دامنه جریان ورودی دست خودمونه یا با توجه به محدوده امپدانس تحت اندازه گیری هست؟
میدونید مشکلی که در همه مقالات مربوط به اندازه گیری رسانایی پوست هست چیه؟ اینکه همشون ناقص هستن و فقط اومدن بخش مربوط به تقویت کننده INA رو گذاشتن، تازه خیلی هاشون هم که اصلاً INAی در کار نیست و فقط چند تا پ امپ به صورت تفاضلی و ... گذاشتن و گفتن رسانایی اندازه گرفتیم. همین مقاله مثلاً یه خورده کامل بود و نوع جریان ورودی و فیلترها رو قرار داده. با توجه به تغذیه +5, -5 ولت باید مقاومت های 100 اهمی که وارد پین 2 و 3 میشن رو بزرگتر کنم تا AD620 به اشباع نرسه؟ یا 20K تغییر بدم؟ (در واقع با بررسی ولتاژ ورودی ها، می تونم بگم آی سی به اشباع نرسیده، درسته؟)



تمام ولتاژهای تغذیه برای همه ای سی ها +5 و -5 ولت هستن

[tayebeh_it83]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

من هم در شبیه ساز و هم در واقعیت مشکل دارم.
در مدار واقعی: برای اینکه با قاطعیت بگم کار نمیکنه، به جای دو پرابی که می خوره به پین 2 و 3 از AD620، یکبار مقاومت 10کیلو و یکبار 10مگا گذاشتم و AD620 عوض کردم، اما خروجی برای همه حالات بین 1.02 تا 1.22 ولته و ورودی مثبت بین 0.34 تا 0.46 ولته و ورودی منفی نزدیکه صفره. آخه چرا ولتاژ به ازای ورودی های متفاوت سر پین 2 و 3 تغییر نمیکنه :angry: :angry: :angry:

در مدار شبیه سازی: هم تا وقتی همین AD620 اضافه نشده بود همه چی خوب بود و یک سیگنال AC تولید می شد، اما از اون موقع که این ماژول به ادامه مدار اضافه شد دیگه خبری از سیگنال AC نیست و تازه کلش هم اجرا نمیشه :-S

[2012rostami]

پاسخ : Lock in Amplifier چیست

سلام
در مورد مقالات باید بگم که اصولاً اندازه گیری امپدانس کار چندان سختی نیست که بشه بهش افتخار کرد. احتمالاً روی مباحث دیگری مانور دادند و همه ش الکترونیک نبوده.

در مورد AD620 شک نکنید. آی سی بسیار کارآمد و مناسبیه.

در مورد موج سینوسی دو تا مولفه داریم که یکیش فرکانسه و دیگری دامنه. با توجه به تغذیه مدار، شما می تونید +-3 ولت سینوسی داشته باشید و این یعنی برای اینکه از 1M مقاومت رد بشه، باید دامنه جریان در حد 3 میکروآمپر (6 میکرو آمپر قله تا قله) باشه.

در مورد مدارتون، کارهای زیر رو انجام بدید مشکلتون تا حد زیادی رفع میشه؛
بعد از خروجی جریان، یه مقاومت حدود 1 کیلو بذارید و جریانش رو بخونید. قله دامنه جریان رو روی 3 میکرو آمپر تنظیم کنید.
جستجو کنید Howland Current Source تا بفهمید اون مدار چی کار انجام میده.

حالا، وقتی دامنه جریان رو تنظیم کردید، مدار رو کامل کنید و شبیه سازی کنید.