Цитата(Andy1744 @ 27.7.2014, 11:30)
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.
.png/320px-LCD_subpixel_(ru).png){kind=tracking}