Aufbereitung von Stromimpulssignalen

Um die Antwort von Rodion zu ergänzen, ist hier eine Schaltung, die einen Komparator anstelle eines Operationsverstärkers verwendet. Es basiert auf dem sehr billigen und beliebten LM311:

R1 und R2 bilden einen Spannungsteiler, der die Schwellenspannung einstellt.

R5 gibt ein bisschen Hysterese, indem es positives Feedback liefert. Das stellt sicher, dass selbst wenn ein bisschen Rauschen auf Ihrem Eingangssignal reitet, Sie saubere ansteigende und abfallende Flanken erhalten.

V+ ist Ihre Versorgungsspannung. Kann alles zwischen 5V und 15V sein. Vio ist die Spannung, die an Ihrer DAQ-Hardware oder Ihrem Mikrocontroller erwartet wird. Kann alles zwischen 3V und Vio.

Diese Schaltung ist gut genug für Frequenzen bis zu 500 kHz oder so.

Steht nicht in direktem Zusammenhang mit Ihrer Frage, könnte aber jemandem helfen, der hier nach ähnlichen Antworten sucht.

Zur Signalkonditionierung können Schmitt-Trigger verwendet werden (74C14 ist ein gängiger). Sie machen das Umschalten nicht nur schärfer, sondern entfernen auch Rauschen aus dem Signal. Hier ist ein Auszug aus der App-Note von TI (scea046.pdf):

Im Gegensatz zu Komparatoren hilft Ihnen das Vorhandensein von Hysterese dabei, Rauschen aus dem eingehenden Signal zu entfernen. Hier ist ein Vergleich zwischen einem Komparator und einem Schmitt-Trigger ( von hier gestohlen ):

Welche Art von Operationsverstärkerkonfiguration würden Sie für diese Anwendung vorschlagen?

Ein Operationsverstärker ist eine gute Idee, aber Sie möchten vielleicht noch mehr dedizierte Dinge - den Komparator, zB LM393. Es hat auch zwei Eingänge und schaltet den Ausgang um, wenn einer der Eingänge über dem anderen liegt. Sie leiten also Ihre Leitung zu einem Eingang und beispielsweise den Teiler von zwei Widerständen zu einem anderen (damit Sie wählen können, bei welcher Spannung der Ausgang umgeschaltet werden soll). Wenn Sie einen Komparator mit offenem Kollektor verwenden, benötigen Sie auch einen Pull-up-Widerstand am Ausgang.

Aus Ihrem Bild denke ich jedoch nicht, dass Sie die Eingabe wirklich bereinigen müssen, es sieht sowieso in Ordnung aus, um Perioden zu berechnen ...

Da die Frequenz zwischen den ansteigenden Flanken gezählt wird, wie hoch sollte die Abtastrate sein?

Das ist richtig. Ich bin mir jedoch nicht sicher, warum Sie hier von Abtastfrequenz sprechen - lesen Sie Impulse mit ADC?

Wenn ich diese Abtastrate nicht erreichen kann, gibt es eine Lösung für niedrigere Abtastraten?

Sie können zB die Impulsdauer verlängern (Periode unverändert lassen!). Verwenden Sie zum Beispiel so etwas wie One-Shot basierend auf dem 555-Timer nach dem Komparator.

Eine andere, vielleicht einfachere Idee besteht darin, das Flip-Flop zu setzen, das durch die steigenden Flanken umgeschaltet wird. Sie erhalten eine Ausgabe mit hohem Pegel für einen Zeitraum und mit niedrigem Pegel für einen anderen. Das heißt, die Frequenz wird zweimal reduziert (was Sie softwareseitig neu berechnen können), aber die Impulse werden zu 50 % der Periode.

Die minimale Abtastrate hängt etwas vom Anti-Aliasing-Filter in Ihrem DAQ-System ab, aber Ihre 25-kHz-Zahl klingt vernünftig - die meiste Energie mit einem 3-kHz-Tastverhältnis von 25 % liegt in den ersten drei Harmonischen, also doppelte 9 kHz für Nyquist und ein bisschen mehr wäre gut, also sind 25kHz angemessen.

Ich bin mir nicht sicher, ob das Schärfen der Impulse und das anschließende Einspeisen in einen ADC die Ergebnisse sehr unterschiedlich aussehen lässt. Aufgrund des Anti-Aliasing-Filters erhalten Sie ein matschiges Signal, es sei denn, Ihre DAQ ist so etwas wie eine Folge Annäherungstyp, dem ein solcher Filter fehlt.

Oft wird so etwas digital mit einem Timer gemacht - schärfen Sie die Impulse und zählen Sie die Perioden in einer bestimmten Zeit oder zählen Sie die Zeit für eine oder mehrere Perioden, je nach der benötigten Aktualisierungsrate. Eine Methode gibt Ihnen eine Zahl, die proportional zur Frequenz ist, die andere zum Kehrwert der Frequenz.