В поисках эффективного датчика тонких излучений Опции

[Andy1744]

Андрей, а если делать на инструментальном, надо вдвое больше витков мотать (вижу отвод от середины)?

нет , не нужно в двое больше, но если уже проблематично отвод сделать , можно и другой вариант включения применить.

[Palvitkab]

нет , не нужно в двое больше, но если уже проблематично отвод сделать , можно и другой вариант включения применить.

В принципе смысл понятен - сделать что то типа усилителя ЭЭГ. Только коэффициент усиления нужен примерно 600 000. Вся беда с том, что чистая вода - это изолятор, крайне малые токи, и полезный сигнал сопоставим с уровнем теплового шума. Влияние возбуждающей катушки не такое уж большое зло - это константа, которую можно вычесть.

[Palvitkab]

Лично мне больше по душе ваша первоначальная идея с трансформаторами на тороидальных сердечниках, т.к. у них меньше потери энергии на рассеивание. Да и "водопровод" очень симпатично смотрится, будучи пропущенным сквозь тороидальное кольцо.

Да, мне эта идея тоже нравилась. Но я не знаю какой компаунд выбрать для гидроизоляции. Эпоксидка подошла бы, но увы, она сама является генератором тонких энергий.

[Xenia]

ну вот опять всплыла тема добротности. года 2-3 назад мы где то тут ее активно разрабатывали. если кратко , один из первых вариантов датчика был прибор измеряющий уход частоты КР (вариантов было море) , потом Anker сделал предположение и как то его там обосновал , что измерять нужно не уход частоты ,а изменение добротности , этот параметр обещал быть гораздо более чувствительным. Он же предложил вариант "Q-метра" , с пользованием двух часовых кварцев . Я эту схему повторял , и даже там что то сильно обнадеживающее было получено .

Почитала, что в этой теме Anker писал. Правда "сильно обнадеживающих" результатов не обнаружила , но это исключительно мое субъективное мнение.

На измерение добротности приходится идти не от хорошей жизни. И причина этому - крайняя устойчивость той величины, имя которой частота. Где-то в "высших планах бытия" частота выглядит, как продукт вращения какой-то фигни, который, как и всякий маховик, обладает весьма значительной инерцией. Уже на квантовом уровне энергия зачастую представляет собой колебания/вращение какого-то осциллятора, и там, кроме этого кругового вращения, может ничего другого и не быть вовсе. Вот и знаменитая формула E=hv - тоже тому подтверждение.

Устойчивость частоты, как параметра, превосходит все воображаемые границы. Даже у малюсенького фотончика, как эталона безыинерционности (у него даже массы покоя нет), не удается изменить частоту колебаний. Конечно, описаны случаи, когда свет, проходя через разные плотные среды, изменяет свои спектральные характеристики, тем не менее, фотоны, прошедшие через вещество, это уже не те фотоны, которые изначально в него вошли. Т.е. в веществе происходит их подмена, посредством актов поглощения фотонов атомами, а затем повторного их испускания. Иными словами, осциллятор и в этом случае не покорился, а пришлось его по дороге разрушать и создавать новый на другую частоту.

Тогда как добротность является лишь следствием утечки энергии, которая даже утекает, не изменяя своей частоты. Фактически, добротность это "коллективный" параметр, указывающий на то, сколько сдохло осцилляторов. Тогда как последние предпочитают скорее издохнуть, чем поступиться своей частотой. Наглядный тому пример из макромира - маятник. Энергию у него можно забирать, но частоты своих колебаний он не изменит до последнего вздоха. Именно поэтому добротность первой откликается на изменения среды, тогда как частота на много порядков ее устойчивее, а потому является гораздо худшим параметром для датчика. Конечно, кристалл кварца тоже способен изменять свою частоту, когда под действием температурного расширения его кристалл изменяет свои линейные размеры, но это уже изменения, затрагивающие устройство самого датчика, а потому гораздо менее интересны. Хотя, изменения емкости или индуктивности колебательного контура, по-прежнему, интересны, хотя формально относятся к изменению устройства датчика.

Из альтернативных вариантов (ох, и люблю же я альтернативные варианты предлагать! ) могу предложить обратить внимание на, так называемые, "линии задержки". Вещь эта хорошо известная на практике. Даже рассматривая разводку материнских плат от ПК, можно заменить, что некоторые дорожки делают не прямыми (хотя для этого были все возможности), а специально "собирают в гармошку", тем самым искусственно удлиняя току путь. Делается это, обычно, затем, чтобы фронты сигналы разных линий одного порта достигли получателя одновременно, или, наоборот, одновременно пришли от получателя. Особенно, когда прием/передача тактируется линией "клок".

Я прежде думала, что здесь нужно только длины проводников выровнять, однако, почитав в интернете про линии задержки, поняла, то тут принимает участие и индуктивность участка дорожки, и паразитная емкость, которую она составляет по отношению к земле или другим близко расположенным линиям. Но, как бы то ни было, замерить время запаздывания такой линии очень легко. Для этого нужна схема сравнения на микросхеме с логикой XNOR, которая выдает на выходе низкий уровень, когда сигналы на обоих ее входах находятся в одной фазе (L и L, или H и Н), и выдает на выходе высокий уровень, если такого согласования нет (L и H, или H и L). А затем просто интегрировать сигнал с выхода этой микросхемы за какой-то длительный промежуток времени (скажем, за 1 секунду).

На оба входа схемы сравнения подается сигнал от одного и того же генератора, однако на один из входов он подается кратчайшим путем (скажем, расположив на плате микросхему сравнения рядом с выходом генератора), а на другой вход тот же сигнал пускают окольным путем. Это либо длинная дорожка по всей длине платы (возможно, что и с параллельной ей земляной линией), либо отрезок коаксиального кабеля (даваемая им задержка на погонный сантиметр обычно бывает уже известной), или же в качестве такой линии может быть использована катушка (та самая, вовнутрь которой вставляются подопытные вещества).

В качестве схемы сравнения может быть использована микросхема MC10H107-D (три элемента XNOR в одном корпусе) или ей подобные. Микросхема дешевая, а скорость срабатывания до 1 ГГц. Однако существуют и специализированные микросхемы фазовых детекторов, заточенные на одновременное измерение фазы и амплитуды, типа AD8302, но это будет уже дорого. Частотой генератора тут шевелить не требуется, а потому можно взять практически любой на фиксированную частоту, тем более что таких в продаже просто завались на любые диапазоны (т.к. широко используются для связи). Тем паче, что большая мощность от генератора здесь не требуется.

На частотах шины FSB (порядка 200 МГц) на расхождение фаз сигналов ощутимо влияют даже лишние миллиметры длины дорожки. Но если у нас линия задержки более длинная, то частоту генератора можно уменьшить, чтобы величина временной задержки не превышала половины периода частоты. В противном случае, достигнув фазовой разницы в 180 градусов (полная инверсия одного сигнал по сравнению с другим), выдаваемый схемой совпадения результат дальше пойдет на спад. Но если задачей является не определение времени задержки, а лишь чувствительность к изменениям в среде, то этого можно не делать.

Теоретически чувствительность этого метода может быть огромной. Ведь уже на частоте 100 МГц мы имеем величину периода 10 нс, что соответствует 5 нс (пол периода) на полную шкалу измерения (интеграл от 0 до 1 с выхода схемы совпадения).

Для измерения "эфирного ветра" тоже можно придумать разнообразные приемы. Например, разместить генератор со схемой сравнения в середине квадратной платы (чтобы между ними можно было наладить короткий контакт по первому входу), а на второй вход пустить частоту дальней дорогой - по периметру платы. При этом расхождение фаз можно измерять не только на финише, но в каждом углу! Благо для этого у микросхемы сравнения есть три независимых элемента XNOR. Тогда по разности фаз можно будет определить, отличается ли запаздывание в направлении север-юг от направления запад-восток. Тут, конечно, будут и диагональные элементы пути, но их влияние можно нивелировать расчетным путем. Но это пока так - всего лишь набросок, первым пришедший в голову, пока писала этот текст.

Признаюсь, что сама вижу в реализации этой идеи огромные подводные камни. Просто валуны . А потому сама критиковать свое предложение пока не стану, а выложу его в том виде, как оно есть, на суд общественности.

Сообщение отредактировал Xenia - 28.7.2014, 2:11

[Andy1744]

В принципе смысл понятен - сделать что то типа усилителя ЭЭГ. Только коэффициент усиления нужен примерно 600 000. Вся беда с том, что чистая вода - это изолятор, крайне малые токи, и полезный сигнал сопоставим с уровнем теплового шума. Влияние возбуждающей катушки не такое уж большое зло - это константа, которую можно вычесть.

ну тем более раз такие малые токи нужно применять соответствующую элементную базу , цена вопроса в 200-300 рублей за измерительный усилитель , он вам один нужен , дальше ,если понадобится , можно уже попроще ОУ взять . к стати , как физически организовано соединение со входом усилителя? (длина , тип проводников).

[Andy1744]

"линии задержки"

я думаю , для "пробирки с пивом" вполне можно попробовать применить . а вот для "эфирного ветра" , для начала что то не представляю по какой геометрии можно вернуть задержанный сигнал на схему сравнения ,не потеряв при этом информации?

[Andy1744]

Устойчивость частоты, как параметра, превосходит все воображаемые границы. Даже у малюсенького фотончика, как эталона безыинерционности (у него даже массы покоя нет), не удается изменить частоту колебаний. Конечно, описаны случаи, когда свет, проходя через разные плотные среды, изменяет свои спектральные характеристики, тем не менее, фотоны, прошедшие через вещество, это уже не те фотоны, которые изначально в него вошли. Т.е. в веществе происходит их подмена, посредством актов поглощения фотонов атомами, а затем повторного их испускания. Иными словами, осциллятор и в этом случае не покорился, а пришлось его по дороге разрушать и создавать новый на другую частоту.

Тогда как добротность является лишь следствием утечки энергии, которая даже утекает, не изменяя своей частоты. Фактически, добротность это "коллективный" параметр, указывающий на то, сколько сдохло осцилляторов. Тогда как последние предпочитают скорее издохнуть, чем поступиться своей частотой. Наглядный тому пример из макромира - маятник. Энергию у него можно забирать, но частоты своих колебаний он не изменит до последнего вздоха. Именно поэтому добротность первой откликается на изменения среды, тогда как частота на много порядков ее устойчивее, а потому является гораздо худшим параметром для датчика. Конечно, кристалл кварца тоже способен изменять свою частоту, когда под действием температурного расширения его кристалл изменяет свои линейные размеры, но это уже изменения, затрагивающие устройство самого датчика, а потому гораздо менее интересны. Хотя, изменения емкости или индуктивности колебательного контура, по-прежнему, интересны, хотя формально относятся к изменению устройства датчика.

да , я примерно так же думаю о сути процесса. могу добавить что с кварцем еще интересней , пока он лежит на столе и генерация на нем не организована вы можете его легко чем то "зарядить" , но как только он начал осциллировать тут же "отряхиваться" как собака после воды , и после этого спихнуть его с частоты очень трудно , разве что механикой и температурой. но вот сам процесс "отряхивания" можно оценивать и измерять , на этом как раз основан принцип действия датчика на "чирикающем кварце".

[Palvitkab]

ну тем более раз такие малые токи нужно применять соответствующую элементную базу , цена вопроса в 200-300 рублей за измерительный усилитель , он вам один нужен , дальше ,если понадобится , можно уже попроще ОУ взять . к стати , как физически организовано соединение со входом усилителя? (длина , тип проводников).

Тип провода МГТФ, длина 15см, скрутил как витую пару.
Усилков понядобится 2 шт. Один как повторитель непосредственно на катушке, другой уже на плате, а связь с первым через экранированный кабель не очень длинный. Если входы дифференциальные, то 3 усилка (2 повторителя и 1 диф-усилитель). Или лучше наверно один усилитель, но закрепить на трансформаторе, и проводки к нему не более 2см экранированные. Да еще придется экранировать всю обмотку например алюминиевой фольгой (например для обертки микросхем), соединенной с землей. То же самое, экранировка обмотки и кабеля, придется сделать и с передающей катушкой, и заземлить всё включая шпильки.

Сообщение отредактировал Palvitkab - 28.7.2014, 7:24

[Xenia]

Цитата(Xenia @ 27.7.2014, 3:13)
Лично мне больше по душе ваша первоначальная идея с трансформаторами на тороидальных сердечниках, т.к. у них меньше потери энергии на рассеивание. Да и "водопровод" очень симпатично смотрится, будучи пропущенным сквозь тороидальное кольцо.

Да, мне эта идея тоже нравилась. Но я не знаю какой компаунд выбрать для гидроизоляции. Эпоксидка подошла бы, но увы, она сама является генератором тонких энергий.

Зачем вам гидроизоляция? Сейчас же ведь вы не заливаете свой гигантский трансформатор эпоксидкой? Так и тороидальный тоже не нуждается в заливке. Вот та трубка, в которую жидкость залита, как раз и является гидроизолятором. Чего вам еще надо?

P.S. Тороидальный трансформатор можно сразу мотать на нескольких ферритовых кольцах, положенных друг на друга. От этого он получится продолговатым, что способствует пропорциональному увеличению выходного напряжения при том же числе витков.

Сообщение отредактировал Xenia - 28.7.2014, 7:31

[Palvitkab]

Зачем вам гидроизоляция? Сейчас же ведь вы не заливаете свой гигантский трансформатор эпоксидкой? Так и тороидальный тоже не нуждается в заливке. Вот та трубка, в которую жидкость залита, как раз и является гидроизолятором. Чего вам еще надо?

P.S. Тороидальный трансформатор можно сразу мотать на нескольких ферритовых кольцах, положенных друг на друга. От этого он получится продолговатым, что способствует пропорциональному увеличению выходного напряжения при том же числе витков.

Сразу не сообразил. Я думал что вы говорите про тороидальный виток воды. А его то было бы лучше всего сделать, так как в нем проводимость воды более всех остальных вариантов, ибо виток толстый получается, а это значит, что отношение сигнал/шум будет выше.

[Andy1744]

Тип провода МГТФ, длина 15см, скрутил как витую пару.
Усилков понядобится 2 шт. Один как повторитель непосредственно на катушке, другой уже на плате, а связь с первым через экранированный кабель не очень длинный. Если входы дифференциальные, то 3 усилка (2 повторителя и 1 диф-усилитель). Или лучше наверно один усилитель, но закрепить на трансформаторе, и проводки к нему не более 2см экранированные. Да еще придется экранировать всю обмотку например алюминиевой фольгой (например для обертки микросхем), соединенной с землей. То же самое, экранировка обмотки и кабеля, придется сделать и с передающей катушкой, и заземлить всё включая шпильки.

ну это длинные провода для таких сигналов , я бы вот либо так сделал
 DSC_0625.jpg ( 40,93 килобайт ) Кол-во скачиваний: 10

либо вообще прилепил усилитель к трансу , коэффициент усиления максимум 1000-1500 ,к нему сразу добавить интегратор в цепь ref для подавления сигналов низких частот , а дальше на проводах уже второй усилитель.
 DSC_0626.jpg ( 40,21 килобайт ) Кол-во скачиваний: 11


ну в прочем это скорее на будущее , раз пока вас все устраивает , можно ресурсы не тратить.

[Palvitkab]

ну это длинные провода для таких сигналов , я бы вот либо так сделал
либо вообще прилепил усилитель к трансу , коэффициент усиления максимум 1000-1500 ,к нему сразу добавить интегратор в цепь ref для подавления сигналов низких частот , а дальше на проводах уже второй усилитель.
ну в прочем это скорее на будущее , раз пока вас все устраивает , можно ресурсы не тратить.

Андрей, а второй усилитель какую роль играет, и какой марки его взять? Где то слышал, что Ку надо небольшие брать, и выводить нужный цепочкой каскадов. 1000 - это по моему много, или нормально?
...
сейчас добавил кондер после детектора, 4,7мкф, параллельно с 0,68 что стоял, ВЧ пульсации шума снизились на порядок. А так, у меня ведь есть еще ЭЭГ прибор, тоже на 140УД1208, там эта INA только на УД12 сделана, и резисторы четко подобраны, могу его подцепить, если нужно.
Это сам прибор, большая плата в коробочке

А это повторитель, их 2 шт. От прибора идет экранированный кабель 1м, на другом конце повторители, и от них коротенькие кабели экранированные к электродам.



Сообщение отредактировал Palvitkab - 29.7.2014, 7:37

[Andy1744]

Андрей, а второй усилитель какую роль играет, и какой марки его взять? Где то слышал, что Ку надо небольшие брать, и выводить нужный цепочкой каскадов. 1000 - это по моему много, или нормально?

на самом деле я не знаю какой конкретно выбрать Ку для первого усилителя в конкретно этой ситуации , до 1500 я работал с этими микросхемами без особых проблем потому так и написал.нужно пробовать. второй усилитель может быть просто повторителем после кабеля .

[Palvitkab]

Андрей, у меня есть ОСМ140УД17ВП, они подойдут вместо INA112 как самый первый усилитель? Мне ведь не разностный сигнал мерять надо, в принципе.

[Andy1744]

Андрей, у меня есть ОСМ140УД17ВП, они подойдут вместо INA112 как самый первый усилитель? Мне ведь не разностный сигнал мерять надо, в принципе.

думаю что начинать нужно с того что есть , ЭКГ вот есть . то что я понаписал это уже варианты если проблема выявится .

[Palvitkab]

думаю что начинать нужно с того что есть , ЭКГ вот есть . то что я понаписал это уже варианты если проблема выявится .

Еще такая идейка - использовать на приеме строчные трансформаторы, ВВ обмотка+ферритовый сердечник.

[Palvitkab]

Еще такая идейка - использовать на приеме строчные трансформаторы, ВВ обмотка+ферритовый сердечник.

Идейку проверил, ничуть не лучше, чем было. Да и размеры гигантские. Оставил те что есть, торцы стыков только напильником подровнял.
Пока что решил делать по такой схеме.

[Xenia]

Пока что решил делать по такой схеме.

Скажите, а отчего на первом этаже вы используете диодный детектор, а на втором решили применить синхронный?

И не боязно вам, когда детектируемый сигнал проходит столько трансформаторов, а синхросигнал идет напрямую?

И хотя по теории вроде бы фазового сдвига между обмотками по напряжению трансформатор давать не должен, в интернете на этот счет единства мнений нет. Например, встречаются и такие данные:


P.S. Даташитиком на 176КТ3 не угостите ли? И то мне так и не удалось нигде его добыть.

Сообщение отредактировал Xenia - 2.8.2014, 0:59

[Andy1744]

P.S. Даташитиком на 176КТ3 не угостите ли? И то мне так и не удалось нигде его добыть.

http://www.cedmagic.com/tech-info/data/cd4016.pdf

Андрей , у вас опечатка с моей подачи , он не инструментальный ,а измерительный. Ну и два пред усилителя не удачное решение - сразу на вход измерительного.

[Xenia]

Цитата(Xenia @ 2.8.2014, 0:22)
Даташитиком на 176КТ3 не угостите ли? И то мне так и не удалось нигде его добыть.

http://www.cedmagic.com/tech-info/data/cd4016.pdf

Такая даташитина у меня у самой есть. Не верится, что это аналог 176КТ3, т.к. CD4016 медленная, а 176-ая серия такой быть не может. Хотя по цоколевке, возможно, совпадают.

А даташит на 176КТ3 мне именно затем и нужен, чтобы посмотреть до какой частоты он тянет. А Palvitkab'у для частоты 4 КГц, несомненно, сойдет и CD4016.

Сообщение отредактировал Xenia - 2.8.2014, 12:09