Detecção de Raios e Amplificação de Sinais

kernex · 28 de janeiro de 2017

Boa tarde pessoal, a minha dúvida talvez seja um pouco complexa, mas espero que alguém que manja de eletrônica analógica possa me ajudar. Eu estou tentando elaborar um detector de raios utilizando 2 estágios de amplificação e 1 comparador, no entanto estou tendo problemas. Eu realizei alguns testes na protoboard mas quando montei o circuito final, não obtive os resultados esperados.

A ideia por trás do detector é a seguinte:

O sinal vindo pela antena passa por um filtro de 300 khz e logo entra em dois estágios de amplificação, e então o sinal entra num comparador. Se o sinal vindo for maior que 1200 mV o comparador emite um sinal lógico indicando um raio. Abaixo é o circuito contendo o filtro mais a amplificação.

A minha primeira dúvida é a seguinte: o sinal que sai em C4 vai possuir sinais entre, por exemplo, -2V e +2V ou vai ser entre 0V e 4V?

A minha segunda dúvida é: Como eu faço para polarizar os transistores para que os estágio de amplificação corta o sinal pela metade e deixe-o entre 0 e 4V, como na imagem abaixo?

Mais uma outra pergunta: o sinal que sai diretamente de C4 entra no comparador, é correto isso? ou eu preciso remover esse capacitor?

Agradeço desde já quem me responder.

29 de janeiro de 2017

Então;

-Experimentou retificar o sinal? Existem várias formas de fazer isso.

-Não seria um capacitor de acoplamento?

Ps.: Me parece que a alimentação não é simétrica, mas você não deixou claro.

kernex · 29 de janeiro de 2017

Olá Daniel, então cara, a tensão é 3.3V não simétrica, eu só usei essas tensões ai pra ilustrar. Se eu colocar um diodo ai em serie com o capacitor de acoplamento, ele corta pela metade o sinal? Por isso eu tenho essa dúvida também sobre qual o range de sinal que vai sair no C4, se é entre positivo e negativo ou se é sempre positivo.

MOR_AL · 30 de janeiro de 2017

Em 1976 fiz um detector e registrador do número de raios entre nuvens e totais. Pela diferença se obtém o número de raios das nuvens para a Terra.

O projeto possui alguma complexidade. Seu circuito, mesmo que corrigido o detalhe da tensão negativa, não lhe dará muita informação.

Observe o seguinte:

1 - Qual extensão, ou área de detecção que o seu instrumento deve operar? Se for muito sensível vai detectar raios muito longe, que talvez não te interesse. O contrário, se for pouco sensível, pode detectar parte dos raios do total da região que você considera.

2 - Um detector de raios opera em duas frequências. Até 10kHz e em uma pequena faixa perto de 10MHz.

Estes valores não foram chutados. Gravaram muitos sinais de raios e chegaram a estes valores. Em 10MHz se utiliza uma pequena faixa, que é uma zona de silêncio de emissões geradas por humanos. É justamente nesta faixa, que se ocorrerem emissões eletromagnéticas, podem ser consideradas provenientes de raios.

As duas frequências são necessárias para se poder diferenciar raios entre nuvens e entre nuvem e a Terra.

3 - O detector na frequência de 10MHz é formado por um receptor superheterodino. Como os tipos de receptores mais comuns utilizados para voz e música. Mas ele tem um detalhe. Possui um controle automático de ganho (CAG) bem definido. Este CAG está associado à área de atuação do receptor. Se ainda me lembro era de 72dB.

4 - Acontece, que aqui no Brasil, essa faixa de zona de silêncio não era respeitada. Certa ocasião viajei para outro estado para mostrar que o aparelho funcionava, mas havia atividade eletromagnética na faixa de silêncio, o que mascarava o valor do número de raios.

Mas se o que você procura não necessitar de precisão e nem de confiabilidade, então pesquise por "Detector de Raios" no tio Google, que vai encontrar incontáveis circuitos e aparelhos já prontos, bons e ruins.

Mas você pode alterar a saída do seu circuito e incluir um LM555 com a configuração de mono estável.

1 - remova R4 (1M) e C4.

2 - inclua um divisor de tensão entre o Vcc e a terra, como no desenho em anexo.

3 - A tensão entre o terra e o meio do potenciômetro deve ser tal, que a tensão de coletor seja quase a de Vcc. O transistor deve estar no corte, mas na eminência de conduzir. Qualquer sinal captado pela antena vai gerar uma transição negativa desde Vcc até o terra. Use este ponto (no coletor), para acionar o monoestável, criado com o 555. Pesquise no datasheet, que tem exemplo de utilização como monoestável.

MOR_AL

kernex · 30 de janeiro de 2017

4 horas atrás, MOR disse:

Em 1976 fiz um detector e registrador do número de raios entre nuvens e totais. Pela diferença se obtém o número de raios das nuvens para a Terra.

O projeto possui alguma complexidade. Seu circuito, mesmo que corrigido o detalhe da tensão negativa, não lhe dará muita informação.

Observe o seguinte:

1 - Qual extensão, ou área de detecção que o seu instrumento deve operar? Se for muito sensível vai detectar raios muito longe, que talvez não te interesse. O contrário, se for pouco sensível, pode detectar parte dos raios do total da região que você considera.

2 - Um detector de raios opera em duas frequências. Até 10kHz e em uma pequena faixa perto de 10MHz.

Estes valores não foram chutados. Gravaram muitos sinais de raios e chegaram a estes valores. Em 10MHz se utiliza uma pequena faixa, que é uma zona de silêncio de emissões geradas por humanos. É justamente nesta faixa, que se ocorrerem emissões eletromagnéticas, podem ser consideradas provenientes de raios.

As duas frequências são necessárias para se poder diferenciar raios entre nuvens e entre nuvem e a Terra.

3 - O detector na frequência de 10MHz é formado por um receptor superheterodino. Como os tipos de receptores mais comuns utilizados para voz e música. Mas ele tem um detalhe. Possui um controle automático de ganho (CAG) bem definido. Este CAG está associado à área de atuação do receptor. Se ainda me lembro era de 72dB.

4 - Acontece, que aqui no Brasil, essa faixa de zona de silêncio não era respeitada. Certa ocasião viajei para outro estado para mostrar que o aparelho funcionava, mas havia atividade eletromagnética na faixa de silêncio, o que mascarava o valor do número de raios.

Mas se o que você procura não necessitar de precisão e nem de confiabilidade, então pesquise por "Detector de Raios" no tio Google, que vai encontrar incontáveis circuitos e aparelhos já prontos, bons e ruins.

Mas você pode alterar a saída do seu circuito e incluir um LM555 com a configuração de mono estável.

1 - remova R4 (1M) e C4.

2 - inclua um divisor de tensão entre o Vcc e a terra, como no desenho em anexo.

3 - A tensão entre o terra e o meio do potenciômetro deve ser tal, que a tensão de coletor seja quase a de Vcc. O transistor deve estar no corte, mas na eminência de conduzir. Qualquer sinal captado pela antena vai gerar uma transição negativa desde Vcc até o terra. Use este ponto (no coletor), para acionar o monoestável, criado com o 555. Pesquise no datasheet, que tem exemplo de utilização como monoestável.

MOR_AL

Obrigado pela resposta detalhada MOR_AL, mas então cara, a ideia é detectar descargas elétricas entre 20 e 30 km e estimar a distância. Eu estou utilizando um PIC12F675 pra detectar os picos com o comparador dele, e então o módulo ADC pra estimar a intensidade do raios, com isso eu crio uma tabela puramente estatística para estimar a distância da descarga.

O problema principal que eu estou enfrentando é a "escala" dos sinais que entra no comparador. Eu configurei o comparador pra utilizar tensão de referência interna que vai de 0 a ~2000mV (deixei em 1200mV). Mas o sinal que entra fica oscilando entra 1500 e 2500mV. Eu tentei abaixar o valor R4 pra colocar o transistor em corte, mas parece que os sinais dos raios ficaram bastante atenuados.

Como eu faço pra baixar a amplitude do sinal? Ele fica oscilando entre 1500 e 2500mV, como eu faço pra ele oscilar, por exemplo, entre 0 e 1000mV, assim eu configuro o comparador com referencia interna entre 1200mV, ai qualquer ruído que tiver mais que essa tensão, ele ativa o comparador.

Desde já agradeço.

OBS.: A segunda imagem (do osciloscópio) possui os ruídos causados por um raio a cerca de 7km captados com esse circuito.

.if · 30 de janeiro de 2017

penso que um detector de pico pode ajudar

de fato não tenho certeza se isto memoriza o pico.

A chave é o proprio TRISx do mc que se 0 e pino em 0 = descarrega capacitor

Vários algoritimos você pode tentar. 1ex:

Le o tempo todo a entrada analógica. Se o valor atual for maior que o anterior, ocorreu um raio. Subtraia-os para ter o valor efetivo.

Penso que pra medir a distância você deve detectar o "som" do cabrum após o raio. Um microfone com filtro passa baixa ou algo do gênero. Algo como .. raio..3 segundos...cabrum = ~900 metros. Alguma matemática muitio lôca você pode até estimar o valor da tensão do raio baseado no dados de amplitude do detector de pico e distãncia

kernex · 30 de janeiro de 2017

Eu aprecio sua resposta, mas nessa etapa eu já tenho o algoritmo pronto, o problema principal mesmo é na etapa antes do comparador, eu preciso "escalar" o sinal.

.if · 30 de janeiro de 2017

quis registrar aquilo não diretamente pra você mas quiçá pr´algum incauto navegante do futuro.

você menciona comparar e ler o valor analógico. Até aí tudo bem. Mas se a duração (não mencionada) do pulso for pequena, você (o mc) deve ter alguma dificuldade em converter. Por isso me apareceu o ~~inútil~~ insight do detector/registrador de pico. De novo: pode não ser útil pra... você

Pra não ficar um post neutro, sugiro que use algum simulador pra que possa sanar sua "primeira dúvida" e com alguns resistores solucionar a "segunda dúvida" e até mesmo a "outra pergunta" .. meio que respondendo: a impedância do comparador (do mc?) deve distorcer o sinal. Por isso o ~~inútil~~ insight do detector de pico um algum "tratamento/condicionamento" dele antes de entregar ao mc é +- importante.

boa sorte e que um raio não te parta (kk)

kernex · 30 de janeiro de 2017

@Isadora Ferraz Agradeço seu comentário

2 de fevereiro de 2017

Em 30/01/2017 às 10:33, MOR disse:

Em 1976 fiz um detector e registrador do número de raios entre nuvens e totais. Pela diferença se obtém o número de raios das nuvens para a Terra.

O projeto possui alguma complexidade. Seu circuito, mesmo que corrigido o detalhe da tensão negativa, não lhe dará muita informação.

Observe o seguinte:

1 - Qual extensão, ou área de detecção que o seu instrumento deve operar? Se for muito sensível vai detectar raios muito longe, que talvez não te interesse. O contrário, se for pouco sensível, pode detectar parte dos raios do total da região que você considera.

2 - Um detector de raios opera em duas frequências. Até 10kHz e em uma pequena faixa perto de 10MHz.

Estes valores não foram chutados. Gravaram muitos sinais de raios e chegaram a estes valores. Em 10MHz se utiliza uma pequena faixa, que é uma zona de silêncio de emissões geradas por humanos. É justamente nesta faixa, que se ocorrerem emissões eletromagnéticas, podem ser consideradas provenientes de raios.

As duas frequências são necessárias para se poder diferenciar raios entre nuvens e entre nuvem e a Terra.

3 - O detector na frequência de 10MHz é formado por um receptor superheterodino. Como os tipos de receptores mais comuns utilizados para voz e música. Mas ele tem um detalhe. Possui um controle automático de ganho (CAG) bem definido. Este CAG está associado à área de atuação do receptor. Se ainda me lembro era de 72dB.

4 - Acontece, que aqui no Brasil, essa faixa de zona de silêncio não era respeitada. Certa ocasião viajei para outro estado para mostrar que o aparelho funcionava, mas havia atividade eletromagnética na faixa de silêncio, o que mascarava o valor do número de raios.

Mas se o que você procura não necessitar de precisão e nem de confiabilidade, então pesquise por "Detector de Raios" no tio Google, que vai encontrar incontáveis circuitos e aparelhos já prontos, bons e ruins.

Mas você pode alterar a saída do seu circuito e incluir um LM555 com a configuração de mono estável.

1 - remova R4 (1M) e C4.

2 - inclua um divisor de tensão entre o Vcc e a terra, como no desenho em anexo.

3 - A tensão entre o terra e o meio do potenciômetro deve ser tal, que a tensão de coletor seja quase a de Vcc. O transistor deve estar no corte, mas na eminência de conduzir. Qualquer sinal captado pela antena vai gerar uma transição negativa desde Vcc até o terra. Use este ponto (no coletor), para acionar o monoestável, criado com o 555. Pesquise no datasheet, que tem exemplo de utilização como monoestável.

MOR_AL