Sensor rauscht deutlich mehr als im DB angegeben

[Che Guevara]

Hi,

ich lese einen LPS331AP (absoluter Luftdrucksensor - DB: http://www.st.com/st-web-ui/static/a...DM00036196.pdf ) aus und habe nun festgestellt, dass das Rauschen weit größer ist, als im DB angegeben. Bei meinen eingestellten Settings ist im DB ein Wert von 0.02RMS / mbar (bezogen auf 10Messungen) angegeben. Der Sensor hat eine Auflösung von 4096Lsb/1mbar.
Daraus sollte sich ein Wert von 0.02 * 4096 = 81.92 ergeben. Jedoch erhalte ich bereits auf 2 hintereinanderfolgenden Messungen einen Unterschied (Rauschen) von teilweise über 500 (Digits). Dabei liegt der Sensor in einem geschlossenen Raum auf dem Tisch, die Öffnung ist gegen Zugluft & Licht mit etwas Schaumstoff abgedichtet.
Die Spannung beträgt 3V3, ist mit einigen 100nF und einer 680nH Drossel gepuffert. Der Strom kommt aus einem 3S Lipo, anschließend per LM317 auf 3V3 gebracht.
Jetzt meine Frage:
Habe ich den Begriff "RMS" falsch verstanden und die Werte sind im angegeben Toleranzbereich oder ist meine Versorgungsspannung evtl. zu rippelig?
Laut DB / Hersteller sollte man mit diesem Sensor in der Lage sein, im Haus festzustellen, ob jemand gerade EINE Stufe nach oben / unten gegangen ist. Mit den jetzigen Werten würde man wohl eher Seilspringen

Vielen Dank & Gruß
Chris

[malthy]

Moin,

ich habe jetzt nur einmal ganz schnell über das DB geguckt weil mich interessierte was sie da mit dem RMS meinen. In einer Fußnote steht (unter Tabelle 17)

Rms noise is calculated as standard deviation of 10 data points.

Standardabweichung und quadratisches Mittel werden zwar ähnlich gerechnet, bedeuten aber etwas verschiedenes. Sei's drum, ich würde mich an die Fußnote halten und die Angabe als Standardabweichung verstehen. Das würde dann bedeuten, dass du bei mehreren Messungen 68.3% deiner Werte in einem Intervall +/- 0.02 mbar um den wahren Wert verteilt findest. Wie sich jetzt aber die Auflösung berechnet ist mir nicht klar geworden. Ich sehe es doch richtig, dass der Sensor die Daten in 24 Bit ausgibt? Wenn du auf 24 Bit eine Schwankung von 500 LSB hast, ist das eigentlich nicht viel. Wenn ich mal annehme, dass das messbare Maximum laut Datenblatt 1260 mbar sind, die mit 24 Bit Auflösung gemessen werden, dann ergäbe das rechnerisch 1260/2^24 = 0.000075 mbar, ein Unterschied von 500 LSB wären dann etwa 0.0375 mbar. Das wäre bei einer Verteilung mit 0.02 mbar STD nicht so unwahrscheinlich. ABER: es kann sein dass ich die Sache mit der Auflösung völlig falsch verstanden habe .

Gruß
Malte

[Besserwessi]

Eine Standardabweichung von 80 Digits ist gar nicht so viel anders als Teilweise Sprünge um über 500 Digits. Zwischen RMS noise und Noise Spitzen nimmt man auch etwa einen Faktor von 6-10 an. Das kann also durchaus noch hinkommen. Zum beurteilen ist der RMS-Wert oder die Standardabweichung über eine gewisse Zahl an Werten schon passender als ein Spitzenwert.

Dazu kommt, dass ggf. der Druck auch in dem Bereich schwanken kann, vor allem wenn draußen relativ viel Wind ist, oder irgendwer im Haus eine Tür öffnet oder schließt. Eine Abschirmung gegen solche Druckschwankungen wäre aber mit einem geschlossenen Behälter möglich - muss nicht Super dicht sein, aber so das halt schon ein paar Sekunden-Minuten dauert bis sich der Druck ausgleicht.

[malthy]

Nochmal ein kleiner Nachtrag: habe die Sensitivität stumpf überlesen, sie beträgt lt Datenblatt 4096 LSB/mbar (= 0.00024 mbar/LSB), das hattest du oben ja auch schon geschrieben. Du könntest ja auch einfach mal ein Histogramm über eine längere Datenspur machen, dann sieht man wie das mit den Angaben im Datenblatt zusammenpasst.

[Peter(TOO)]

Hallo Chris,

Laut Datenblatt sollten aber parallel zum 100nF noch 10µF liegen!
Störsignale kommen nicht nur von Aussen auf den Chip, da ist noch ein DSP auf dem Chip, welcher aktiv Störspannungen erzeugt.
Zudem müssen die beiden Kondensatoren möglichst nahe an den Pins liegen.

So ein Luftdrucksensor ist auch ein Mikrofon!
Töne sind nichts anderes als Luftdruckschwankungen.
Das Teil misst aber nur Infraschall, also, je nach Einstellung, bis etwa 25Hz, das hört man aber nicht. Allerdings wird schon jeder Lüfter für den Sensor recht krach machen. Bei Wind ums Haus oder Föhnlage wird's auch nicht besser!

Welche Abtastfrequenz hast du eingestellt (ODR)?
Die 0.020 mbar werden bei 25Hz Abtatstfrequenz nicht erreicht.

MfG Peter(TOO)

[Che Guevara]

Hi,

also zunächst mal danke für die zahlreichen Antworten!
Hier hab ich mal schnell einen Schnappschuss gemacht (der Sensor lag dabei licht- und luftzuggeschützt auf dem Tisch):

Die blaue Linie stellt die rohen Ausgabewerte des Sensors da, die Schwankungen betragen max. ca. 450 Digits (bei zwei aufeinanderfolgenden Samples, die sich zeitlich am nächsten sind).
Druckschwankungen von außen kann ich ausschließen, hatte den Sensor schonmal komplett störungsfrei in einem geschlossenen Einmachglas, sah ziemlich identisch aus.
Wieso sollten die 0.02mbar bei 25Hz ODR nicht erreicht werden? Laut DB schon ...
Ich werde gleich mal noch ein paar zusätzliche C's ranlöten, mal schaun, ob das was bringt.
Leider ist im DB auch nicht angegeben, welche Response-Time bei welcher Resolution-Einstellung zu erwarten ist.
Hauptsächlich möchte ich nämlich die Geschwindigkeit aus den Daten ableiten, allerdings ist dies mit diesen Werten momentan wohl nicht möglich ???
Mit Tiefpassfilter gehts ganz gut, allerdings brauche ich die Geschwindigkeit relativ aktuell, weil ich damit ein anderes Integral (von einem ACC) stützen muss / möchte.
Also wenn ihr dazu evtl. Tipps habt, welchen Filter ich noch ausprobieren könnte, immer her damit
Habs schon mit Moving-Average und Median Filtern versucht, allerdings ist das Delay immer zu groß bzw. das Rauschen zu stark...

Vielen Dank & Gruß
Chris

[Peter(TOO)]

Hallo Chris,

Wieso sollten die 0.02mbar bei 25Hz ODR nicht erreicht werden? Laut DB schon ...

http://www.st.com/st-web-ui/static/a...DM00036196.pdf
Seite 18/36, RES_CONF(10h)

Table 15:
Note 1. Register configuration 7Ah not allowed with ODR = 25Hz/25Hz (Register CTRL_REG1). For ORD
25Hz/25Hz the suggested configuration for RES_CONF is 6Ah.

Table 16:
Note 1. Register configuration 7Ah not allowed with ODR = 25Hz/25Hz (Register CTRL_REG1). For ORD
25Hz/25Hz the suggested configuration for RES_CONF is 6Ah.

Table 17:
Note 2. This configuration is not allowed for ODR = 25Hz/25HZ (register CTRL_REG1). For ORD = 25 Hz/ 25 Hz
the suggested configuration for RES_CONF is 6Ah.

Da scheint es Einschränkungen zu geben. Ich habe aber das Datenblatt aber nicht komplett durchgelesen.

Das ist aber fast immer so, dass die unter Features angegebenen Spitzenwerte eines Bauteils nicht alle zusammen erreicht werden können.

MfG Peter(TOO)

[Che Guevara]

Hi,

ja das hab ich natürlich beachtet, allerdings hab ich die Tabelle (Table 17) so verstanden, dass die RMS-Werte eigentlich nur von den Pressure-Resolution-Settings abhängig sind und nicht von den Temperatur Settings beeinflusst werden. Allerdings ist dieses DB alles andere als vollständig.

Gruß
Chris