В поисках эффективного датчика тонких излучений Опции

[Andy1744]

у меня есть вопрос к вам.
я сейчас использую для измерения емкости микросхемы ad774x , мне нужно кое что проверить и для этого необходим иной способ измерения емкости . как бы вы решали задачу не имея упомянутого преобразователя?

[Anker]

Привет, Энди. Давай на ты, тем более, что мы вроде как давно знакомы.
Как человек с аналоговым подходом, я бы взял обычный симметричный мультивибратор, собранный на транзисторной сборке (какая-нибудь НТ-шка) и в качестве частотозадающих конденсаторов использовал бы два твоих датчика. Так как схема красиво- зеркальна и дифференциальна, то при точной балансировке на выходах мультика будет меандр. Выходы через пару резисторов подаём на фильтрующий конденсатор, а с него подаём сигнал на инструментальный усилитель. Теперь изменение ёмкости будет вызывать разбаланс скважности. Дальше - на АЦП и на регистратор. Всё.
Механический аналог - рычажные весы.
Какие плюсы данного решения - ты не связан условиями какой-то там AD-шки и можешь применять конденсаторы любой ёмкости. Так как транзисторы мультивибратора работают в ключевом режиме, то и температура уже не так сильно влияет. (важно конечно, использовать строго идентичную пару транзисторов на общей подложке). Если применить полевики, то можно использовать датчики с малой ёмкостью.
Точность такого варианта будет определяться только качеством применяемых деталей и монтажа. Я бы сразу термостатировал узел мультивибратор - усилитель, благо его объём весьма небольшой. Резисторы нужны с минимальным ТКС. В общих чертах. примерно так.

[Anker]

Примерный эскиз конструктива

Прикрепленные файлы

 Конструктив.GIF ( 12,22 килобайт ) Кол-во скачиваний: 40

 

[Xenia]

Как человек с аналоговым подходом, я бы взял обычный симметричный мультивибратор, собранный на транзисторной сборке (какая-нибудь НТ-шка) и в качестве частотозадающих конденсаторов использовал бы два твоих датчика. Так как схема красиво- зеркальна и дифференциальна, то при точной балансировке на выходах мультика будет меандр. Выходы через пару резисторов подаём на фильтрующий конденсатор, а с него подаём сигнал на инструментальный усилитель. Теперь изменение ёмкости будет вызывать разбаланс скважности. Дальше - на АЦП и на регистратор. Всё.

Схема, конечно, красивая. Но стабильно работать она не будет. Ведь даже, если мы соберем мультивибратор не на датчиках Andy, а на обычных постоянных конденсаторах, то получим стандартный RC-генератор, стабильность которого оставляет желать лучшего. Ведь не спроста же микроконтроллеры тактируют от кварца, а не от встроенного RC-генератора, когда требуется использовать канал UART/RS232 связи с компьютером. И все только потому, что RC-генератор имеет недостаточно хорошую стабильность частоты (порой до 3-5% ее ухода) в процессе работы. Надо думать, что и погрешность в скважности приблизительно того же порядка. Но пусть даже это не 3%, а 1% - все равно это точность 7 бит. Тогда как AD7745 эта точность порядка 20 бит. Т.е. разница в точности измерений между ними настолько велика, что не нуждается в комментариях.

[Andy1744]

RC-генератор имеет недостаточно хорошую стабильность частоты (порой до 3-5% ее ухода) в процессе работы.

так ,вроде как , и фиг с ней ,со стабильностью частоты при таком построении, можно точно измерять оба полупериода , главное чтобы быстро и по случайному закону не скакала. в аналоговом подходе я не силен , но мне кажется будут трудности в реализации если принять кондесаторы в пределах 10-20 pf.
в любом случае спасибо за развернутый ответ.

[Anker]

Уважаемая Ксения! В предложенном методе частота вообще не является значимым фактором - пусть себе меняется на здоровье. Можно сказать, что температурный дрейф, воздействующий на обе половины мультивибратора и изменяющий частоту является синфазной помехой, и в идеале не нарушает баланс дифференциальной схемы.
Насчёт точности измерения- это как сравнивать электронные весы с механическими. И те, и другие имеют свои плюсы и минусы и далеко не факт, что связка датчик - АЦП даст меньшую погрешность, чем хорошие аналитические весы " в железе" с минимумом деталей...

[Anker]

Вообще, это спор о том, какой микроскоп лучше применить для "вылавливания блох". Понятно, ловить крупных блох намного проще, чем микроскопических, и разумнее их откормить до приличных размеров, тогда глядишь, и микроскоп не потребуется. Иными словами, необходимо получить приличный сигнал с самого датчика, тогда и с электроникой не придётся изголяться. А то взяли трубочки -датчики с мизерной ёмкостью и чегой-то там пытаетесь мерять. Понятно, отношение сигнал/помеха с такими датчиками- никакое.
Простое решение " в лоб" - возьмите не одну трубочку, а связку из нескольких. При этом увеличится и собственная ёмкость и полезный сигнал. И то, и другое полезно. Чем больше ёмкость датчика, тем меньше на него будут влиять разные наводки и проще регистрировать "дельту цэ"

[NN-KbIT]

ПО поводу вылавливания блох.
Братья электронщики я предлагаю вам вспомнить ЭФАЛД, и попробовать его.
Я пробовал, у меня не вышло, Анди вроде тоже, но не смотря на странности автора, идея его подавления помех и вылавливания сверхмалых сигналов заслуживает, чтобы с ней хотя бы ознакомились.

https://yadi.sk/i/57D0mhIvgGJb6

Полистайте "Основы эфалд" и не отбрасывайте сразу, в конце - реальные схемы.
Анди, напомни, ты ЭФАЛДА пробовал?У меня лично не хватило терпения настроить схему

[NN-KbIT]

Несколько слов по поводу датчика PS 25454.
При питании датчика как от сетевого источника , так и от автономного (батарейки)
Неэкранированный датчик выдает на выходе меандр 50 гц размахом в полное питание.
При помещении датчика в алюминиевый экран сигнал на выходе отсутствует.
При постепенном открытии экрана амплитуда синуса растет от минимума до полного меандра.Это позволяет сделать вывод, что

1. датчик получает помеху не по цепям питания, а из окружающего пространства.
2. Чуствительность датчика очень высока ( странно, что в предыдущем экземпляре датчика никаких меандров не наблюдалось даже без экрана.)
3. Видимо для решения каждой конкретной задачи придется использовать свою оригинальную конструкцию экрана.
Вот пока все новости , надеюсь эта инфа пригодится коллегам.

[mikar]

3. Видимо для решения каждой конкретной задачи придется использовать свою оригинальную конструкцию экрана.
Вот пока все новости , надеюсь эта инфа пригодится коллегам.

Насчет "инфа пригодится":

несколько лет назад уже описал в теме про датчики (или приемники) конструкцию, где чувствительный элемент датчика помещается внутри латунного цилиндра, у которого внутренняя поверхность зеркальная. а наружная - матовая.

Ведь хорошо известно (хотя и не для всех видов излучений объяснено), что зеркало пропускает излучения с незеркальной своей стороны, и прекрасно отражает с зеркальной.

Потому и известные эффекты необычные, вызванные как бы "концентрацией поля", могут возникать, когда человек или датчик между двумя зеркалами располагается.

[Xenia]

Несколько слов по поводу датчика PS 25454.
При питании датчика как от сетевого источника , так и от автономного (батарейки)
Неэкранированный датчик выдает на выходе меандр 50 гц размахом в полное питание.
При помещении датчика в алюминиевый экран сигнал на выходе отсутствует.
При постепенном открытии экрана амплитуда синуса растет от минимума до полного меандра.

Я сама поживилась датчиками PS25451, а PS25454 побоялась покупать, т.к. у последних усиление (gain) в 5 раз выше (50 против 10). А по идее именно каскады с большим коэффициентом усиления должны быть сильнее склонны к генерации при наличии одинаковой паразитной связи между входом и выходом. Тогда как при необходимости усилить выходное напряжение датчика можно дополнительным каскадом (ОУ). А кроме того, в моем магазине 54-я почти на треть дороже 51-ой.

А вопрос у меня такой возник. Если мы помещаем этот датчик в экран типа использованной консервной банки из-под зеленого горошка , т.е. датчик находится внутри экрана, выполненного по форме цилиндра, открытого только с одного торца, то что такой датчик будет мерить? Напряженность эл.поля внутри этой банки в точке своего местоположения, или все-таки сможет почувствовать что-то за пределами этой банки в той стороне, куда она отрыта?

По общим соображениям этот датчик по своей природе конденсатор, а потому вроде бы должен измерять разность потенциалов между своими обкладками (синей пластинкой и земляной шиной с внутри микросхемы). Выходит, что измеряет не абсолютный потенциал поля, а величину (длину) вектора поля, направленного в сторону фронтальной пластины.

При этом мне совершенно не ясно, как деформируется внешнее поле, если входит в эту банку снаружи. Да и входит ли оно туда? Тогда как в рекламных проспектах пишут, что этот датчик чуть ли не через стены может изменение поля чувствовать. Как-то не верится.

Короче говоря, вопрос такой: становится ли сенсор направленным, если его помещают в "отражатель"? Спутниковые тарелки все мы видели, а про радиолокаторы слышали. Но возможно ли (хотя бы в принципе) измерять электрическое или магнитное поле ДИСТАНЦИОННО? Т.е. не в точке пространства, где расположен датчик, а на каком-то расстоянии от него в той стороне, куда он "смотрит"?

Мой вопрос навеян датчиками Andy1744 , которые имеют явно выраженную направленность, т.е. способны выдавать разный результат измерения, находясь в одной и той же точке пространства, но лишь изменяя ориентацию оси цилиндра. Ну, а если у меня электроскоп или магнитометр, то возможно ли добиться чувствительности по направлению?

Сообщение отредактировал Xenia - 4.5.2015, 7:41

[NN-KbIT]

Пока разбираемся с датчиками элетрического поля параллельно предлагаю посмотреть вот это.
Динамический магнитометр Шалатова.

http://svetl.forumgrad.ru/t690-topic#2492

Если заинтересует подкину дополнительную инормацию

Прикрепленные файлы

 1.jpg ( 51,92 килобайт ) Кол-во скачиваний: 45
 2.jpg ( 89,33 килобайт ) Кол-во скачиваний: 34

 

[iev91]

А вопрос у меня такой возник. Если мы помещаем этот датчик в экран типа использованной консервной банки из-под зеленого горошка , т.е. датчик находится внутри экрана, выполненного по форме цилиндра, открытого только с одного торца, то что такой датчик будет мерить? Напряженность эл.поля внутри этой банки в точке своего местоположения, или все-таки сможет почувствовать что-то за пределами этой банки в той стороне, куда она отрыта?

Ответ зависит от диапазона частот. Для СВЧ это будет резонатор на единицы ГГц, и здесь мне сказать вам нечего.
Для НЧ я специально проводил измерения, задавшись вопросом, насколько ослабляется емкостное влияние на донышко полости. Оказалось, что с расстоянием влияние уменьшается катастрофически, возможно, экспоненциально. Диск диаметром 10 мм, заглубленный в металлический колодец на 2 см, теряет в чувствительности к эл.полю около 60 дб.
(НЧ в этом случае можно считать частоты примерно до 3-5 МГц.)

Сообщение отредактировал iev91 - 18.5.2015, 11:42

[Xenia]

Для НЧ я специально проводил измерения, задавшись вопросом, насколько ослабляется емкостное влияние на донышко полости. Оказалось, что с расстоянием влияние уменьшается катастрофически, возможно, экспоненциально. Диск диаметром 10 мм, заглубленный в металлический колодец на 2 см, теряет в чувствительности к эл.полю около 60 дб.
(НЧ в этом случае можно считать частоты примерно до 3-5 МГц.)

Понятно. У самого сенсора поля PS25451 верхний предел частоты - 10 Мгц, поэтому ваши замечания как раз в силе.

Ясно, что погружать в консервную банку сенсор нельзя, а как вы смотрите на "отражатель"? Т.е. если сенсор монтируется на поверхности металлической пластины (круглой или прямоугольной), площадью порядка 1 кв.дм. (100 кв.см), имея с ним общую землю. Будет ли такая конструкция однонаправленной или же останется чувствительной к тому, что находится с противоположной стороны пластины? При этом подразумевается, что по-настоящему заземлить пластину мы не можем, так как она свободно перемещается на местности.

[iev91]

а как вы смотрите на "отражатель"? Т.е. если сенсор монтируется на поверхности металлической пластины (круглой или прямоугольной), площадью порядка 1 кв.дм. (100 кв.см), имея с ним общую землю. Будет ли такая конструкция однонаправленной или же останется чувствительной к тому, что находится с противоположной стороны пластины? При этом подразумевается, что по-настоящему заземлить пластину мы не можем, так как она свободно перемещается на местности.

Интересный вопрос. Интуиция мне подсказывает, что здесь лучше руководствоваться примитивными соображениями о телесном угле, под которым объект "видится" из точки влияния.
Думаю, что да, влияние есть и на противоположную сторону, а мера этого влияния будет связана с соотношением объемных углов с центрами в излучателе и в центре сенсора как "целого". Мне представляется что-то типа луковицы, в которой "рубашки" - это силовые линии эл.поля, а вместо корней обкладка сенсора.

[laryc]

чувствительность метода повышается довольно простой процедурью .. на "картине Малевича " изображены стенки трубочек... как можно заметить их уже три.. В и С трубки те же что было ранее - добавляем трубку "А" и на "А" и "С" подаём высокое напряжение гальванически отвязанное отсхемы измерения с целью "загустить" эфир в зазоре А-С причем эфир уплотняется несколько больше в зазорах А-В & В-С а посему стенка трубки "В" должна быть не тонкой... внутренняя трубочка имеет укорочение... думаю можно догадаться зачем

Прикрепленные файлы

 картина_малевича.PNG ( 7,16 килобайт ) Кол-во скачиваний: 37

 

[Xenia]

Появились на свет новые капаситометры (измерители ёмкости) от Texas Instrument. Целых 4 штуки:
FDC2112, FDC2114, FDC2212, FDC2214.
Их предшественник FDC1004 , согласно исследованиям Andy1744, оказался комом , т.е. по качеству хуже, чем AD7745/46.
Однако есть надежда, что новые варианты окажутся лучше.

Даташит у них всех общий - http://www.ti.com/lit/ds/symlink/fdc2212.pdf

Бросаются в глаза следующие фичи:
Широкие пределы изменения частоты Excitation: 10 kHz to 10 MHz.
Высокая скорость преобразования: 13.3 KHz (FDC2112, FDC2114) и 4.08 KHz (FDC2212, FDC2214).
Число каналов: 2, 4
Разрешение: up to 28 bits (FDC2212, FDC2214)

Из видимых недостатков:
Кажется, слишком низкая входная емкость (она ли измеряемая?): Maximum Input Capacitance: 250 nF (хотя на графиках фигурирует емкость на входе даже 33 pF)
Наличие какого-то входного колебательного контура (индуктора в виде катушки).
Иной метод измерения ёмкости - не по реактивному сопротивлению, а по резонансной частоте.

Сообщение отредактировал Xenia - 7.7.2015, 3:07

[Andy1744]

Появились на свет новые капаситометры

это уже какие то частотомеры ,но будут доступны чипы непременно посмотрю.

FDC1104 который я тут обхаял , мне тоже сгодился , эти чипы ,в силу схематехнки и реализации дают спецэффекты, которые кроме как сравнением не выявить. кроме того я напортачил в драйвере FDC1104 , и ошибку нашел когда меня попросили код , в итоге FDC1104 на минимальной частоте дискретизации (100Hz = 10ms) примерно соотвествует AD7745 на максимальной (те же 10ms).

в общем, спасибо Ксения за анонс.

[Co_balt]

Коллеги! Читаю и мне кажется за технической реализацией вы потеряли нить поиска искомого...
Своими измерениями емкостей вы максимум, что словите это 50Гц наводки от обычной сети, ну может еще эл. магнитное излучение от всяких блютузов, wi-fi и пр.
и даже если вам удасться выделить полезный сигнал отфильтровав бытовые помехи, то это будет шум эфир! Эфир словно поверхность водной глади всегда находится
в постоянном волнении... Эфир, представляющий собой кристаллическую решетку, колебанием узлов своей решетки задает основную частоту нашего пространства...
Все предметы нашего пространства колеблются с частотами кратными основной частоте и с фазами совпадающими с основной частотой. Именно поэтому мы ощущаем это Мир!

Управляя локально частотой колебаний узлов можно добиться удивительный эффектов - изменение веса, пропадание инерции, невидимость...
Теперь по-поводу измерения емкости. Можно измерить емкость многими способами. Но нам главное ни точность показаний, а чуствительность прибора и помехозащищенность от бытового излучения!
Естественно, что сам факт изменения емкости будет говорить о том, что изменились свойства среды (эфира). И здесь лучше использовать 2 датчика пространственно разнесенных друг от друга...

[Andy1744]

А чем вам 50гц и прочие компоненты реальной обстановки не угодили ? Они есть , оказывают влияние , никуда от этого не деться. Предметом измерений является не мгновенная картина колебаний эфира ,а колебания среднего значения плотности эфира в точке ,а они как раз медленные – низкие и инфра низкие частоты. Поэтому и проблемы доставляют медленные факторы, такие как изменение температуры и влажности ,а ни как ни 50 Hz и проч. Хотя и температуру с влажностью , по большому счету , помехами считать тоже нельзя . Если еще о «помехах» продолжить , то что датчик имеет дифференциальную конструкцию , соответственно синфазные компоненты предельно ослаблены . Вы же сами пишете «И здесь лучше использовать 2 датчика пространственно разнесенных друг от друга...» именно так все и делается , полезный сигнал есть разность.