merkwürdige Umladekurven in verstärktem PIR Signal

[uffi]

Hallo Leute,

ich brauche mal Eure Hilfe.

Ich habe einen Bewegungsmelder mit einem pyroelektrischen Infrarot-Sensor (PIR) aufgebaut. So ein PIR besteht aus zwei Infrarot-sensitiven Elementen, die gegenpolig in Serie an das Gate eines FET geschaltet werden. Dadurch wird ein Signal erzeugt, wenn die beiden Elemente unterschiedlicher Infrarotstrahlung ausgesetzt sind.

Aber alles der Reihe nach, zuerst mal die Schaltung:

Bild hier  

Diese Schaltung hängt über ein ca. 1m langes Kabel am Lego Mindstorms NXT Controller, der die 4,3V Versorgung einspeist. Im NXT Controller befindet sich auch der dargestellte 10kOhm Pullup-Widerstand an 5V und der ADC-Pin des AVR-Controllers, über den das Signal dann aufgezeichnet wurde.

Wenn man nun die Hand gleichmäßig von links nach rechts oder umgekehrt über dem Sensor bewegt, oder davor gleichmäßig herumläuft, bekommt man Kurven wie die folgenden:

Bild hier  

Bild hier  

Mein Problem ist nun das mit den Pfeilen markierte Störsignal, welches dem verstärkten Nutzsignal überlagert ist. Es sieht vom Verlauf her aus wie eine Art Umladesignal oder Entladesignal mit einer Periode von ca. 2 Sekunden.

Das Störsignal wirkt sich umso stärker aus, je steiler die Flanke des Nutzsignals ist. Ist die Flanke des Nutzsignals nach unten gerichtet, verstärkt die Störung die Flanke nach unten und klingt dann wieder ab. Ist die Flanke des Nutzsignals nach oben gerichtet, verstärkt die Störung die Flanke nach oben und klingt dann wieder ab. Ohne Flanke des Nutzsignals tritt auch kein (meßbares) Störsignal auf.

Ich hatte zuerst den Verdacht, dass dies Störsignal über die Versorgungsspannung 4,3V vom Lego Mindstorms NXT eingespeist wird. Daher hatte ich versucht, die Referenzspannung der 2. OpAmp Stufe kapazitiv mit 200nf und 22µF gegen Masse zu entkoppeln - ohne eine Verbesserung. Ich hatte auch die 4,3 V mal mit 1000µF Elko stabilisiert, ebenfalls ohne Verbesserung.

Dann hatte ich die Vermutung, ein Störsignal könnte über den Signalausgang quasi von hinten über die OpAmp-Gegenkopplungen an die Eingänge der 1. und 2. Stufe gelangen. Daher hatte ich die 2 Spannungsfolgerstufen drangehängt, die ursprünglich nicht in der Schaltung waren - leider auch ohne Verbesserung.

Dann hatte ich meinen WLAN-Router im Verdacht bzw. dessen Beacon-Intervallsignal, welches evtl. vom PIR detektiert werden könnte oder als Störstrahlung auf den empfindlichen OpAmp Eingang aufschaltet. Also WLAN abgeschaltet - leider auch ohne Erfolg.

Dann hatte ich noch die Bluetooth-Verbindung des Lego Mindstorms NXT, des PCs oder meines Handys im Verdacht. Also alles ausgeschaltet, leider war es das auch nicht.

Ich bin nun so ziemlich am Ende meines Lateins - nun brauche ich Eure Hilfe: Wer kann das Rätsel lösen und Licht ins Dunkel bringen?

Ich komme mir im Moment so vor:

Danke und Gruß, uffi.

[Manf]

Es könnte der Anschlag eines Verstärkers sein.
Der Zweite ist es nicht, für den ist ja das Signal gerade in der Mitte wenn das Signal auftritt.
Wie weit ist der Arbeitspunkt des ersten vom Anschlag entfernt und wie weit wird er ausgesteuert?
Oder einfacher wie sieht das Signal am Ausgang des ersten Verstärkers aus?
Manfred

[uffi]

Danke für die erste Antwort!!!

Die erste Verstärkerstufe arbeitet bei +1V. Das Signal, das vom PIR kommt, liegt bei max 20mV. Bei einer Verstärkung von 47 der ersten Stufe könnte zwar ein Anschlag gerade erreicht werden. Aber dieser Anschlag müßte doch dann im Peak des Nutzsignals auftreten, und nicht irgendwo auf der Flanke, noch dazu mit einer Periode von 2 Sekunden wiederholend.

Daher scheint mir die Hypothese unwahrscheinlich.

Trotzdem nochmal danke!!!

[MoeJoeHH]

hallo!

ich verstehe nicht ganz, wie das Signal denn überhaupt aussehen soll? Irgendiwe kann ich das Störsignal nicht so richtig identifizieren...

Aber generell: Hast Du vielleicht irgendwelche infrarotstrahler in der Nähe? Raumbeleuchtung etc? Wenn der Sensor auf Menschliche IR-Strahlung reagieren soll, könntest Du auch versuchen ein Filter mit ungefähr 10000nm Mittelfrequenz zu benutzen, ich glaube da liegt die vom Menschen ausgestrahlte IR-Strahlung und handelsübliche Bewegungsmelder benutzen so ein Filter auch glaube ich.

Dort wird einmal das Signal mit und einmal das ohne Filter verglichen. Über einen geeigneten Algorithmus (z.B. eine Quotientenbildung beider Signale) kann man dann entscheiden, ob eine Person oder eine Glühlampe vor dem Sensor längsgeführt wurde.

gruß
moe

[MoeJoeHH]

...ach ja: solche Filter sind rattenteuer...

[uffi]

Ein Infrarot-Kantenfilter, der bei 5µm Wellenlänge alles kurzwelligere im IR und sichtbaren Bereich abschneidet, ist schon auf der Oberfläche des Sensors aufgebaut (monokristallines Silizium-Plättchen).

Das Störsignal sind die kurzen Ausbrüche, siehe Pfeilmarkierungen. Es sieht aus wie ein Knick, der in die normale Kurve eingebaut ist.

[uffi]

Hallo Leute,

kurzes update: ich habe noch weitere Versuche gemacht und mittlerweile die Kondensatoren an Drain und Source des FETS (PIR) entfernt - leider treten die merkwürdigen Kurvenausbrüche immer noch auf.

Schreibt weiter Eure Vermutungen auf!

Es muß doch hier einen Elektronik-Fuchs geben, der die richtige Idee für diesen Effekt hat!!!

Oder sind die Analog-Experten ausgestorben???

Schreibt was...

Danke und Gruß, uffi.

[MoeJoeHH]

...ist es denn nicht vielleicht so, dass das Signal einfach so aussieht, und das keine Störung ist? Meiner Meinung nach sehen diese Störungen doch sehr geringfügig aus.

Nochmal die Frage, wie sollte denn das Signal tatsächlich aussehen? Gibt es da im Datenblatt o.ä. eine Angabe oder hast Du schon Erfahrungen mit diesen Sensoren, so dass Du Dir sicher bist, dass das auch wirklich eine Störung ist?

Es muß doch hier einen Elektronik-Fuchs geben, der die richtige Idee für diesen Effekt hat!!!

Also ich bin mit Sicherheit keiner von diesen Füchsen, von daher möchte ich mir auch nicht rausnehmen, hier der Weisheit letzten Schluss abzugeben...

Gruß Moe.

[ranke]

Man sieht die Störung ja mal deutlicher, mal schwächer.

Wenn man nun die Hand gleichmäßig von links nach rechts oder umgekehrt über dem Sensor bewegt

Vielleicht ist das ja auch ein ca. 1 Hz Störsignal, dann ist das möglicherweise die periodische Temperaturänderung Deiner Hand durch den Pulsschlag.

[uffi]

Die Kurven sehen schon prinzipiell so aus, wie sie sollen und wie es zu erwarten ist. Bis auf die sehr steilen Verläufe alle 2 Sekunden. Das ganze ist ja ein Bandpaßfilter mit einer oberen 3db-Grenzfrequenzen von etwa 7 Hz. Da sollten derart steile Flanken wie die von dem Störsignal (dV/dt = 0,5V / 25 ms) eigentlich vom Filter stärker verlangsamt werden.

Außerdem treten die Störsignale immer irgendwie bei ca. 2s, 4s, 6s und 8s auf und sind bzgl. des Zeitpunktes ihres Auftretens unabhängig vom Timing des Nutzsignals, welches durch die Bewegung meines Körpers ausgelöst wird.