Что хотелось бы сделать
А теперь от красивой теории к реальной практике.
1. Самое главное ? хотелось бы не очень дорого... Ибо мы не НИИ, финансируемый Америкой
, а скромные пользователи Интернет, которым платят деньги ну точно не за изучение этого форума !(возможны исключения, но их все-таки мало)
2. Раз не дорого ? значит собираемо своими силами. Значит детали доставаемые в любых регионах, сложность устройства минимальна (не каждый, разумеется, дружит с паяльником и программатором, но таких спецов найти можно где угодно), ну а компьютерную программу скачать может каждый!
3. В противовес вышесказанному ? раз у нас намерения серьезные, то и прибор нужен серьезный! То есть хотелось бы говорить о некоторой метрологической точности детектора.
Что еще я не сказал?..
4
Первый подход к практике
Итак, попробуем сварганить первую схему устройства. Не электрическую принципиальную, а логически догоняемую
.
Ris1.gif 16,79К
312 Количество загрузок:
Итак, имеем n+1 временнЫх детекторов ? пусть каждый конкретный будет называться ВД(i). Эталонный будет у нас нулевым ? ВД(0). В простейшем случае имеем 2 детектора ? ВД(0) и ВД(1). Вся эта связочка подается по кабелям на узел сравнения. Там мы сравниваем каждый с эталонным ? кто кого больше и на сколько. С узла сравнения данные идут на компьютер ? там мы видим картинку покоординатную. Если же у нас 2 детектора ? можно сделать индикатор на узле сравнения, где будет писаться текущая разница ? наша числовая характеристика.
Вроде бы все понятно? Тогда рассмотрим каждый элемент повнимательней.
Второй подход к практике ? временнОй детектор
Что такое временнОй детектор на практике? Это кварцевый резонатор, который выдает меандр с коэф. заполнения 50% ? последовательность импульсов 0В и 5В с одинаковыми промежутками между ними. Тогда это уже кварцевый генератор ? он больше подходит для наших целей.
Если мы говорим о метрологии, то нужно добиться стабильной работы генератора. Стабильности мешают два параметра: 1) его свойства (а, значит, и длительность импульсов) зависят от температуры, и 2) со временем его свойства плывут. Если 2) мы можем игнорировать (речь идет о месяцах и годах), то 1) учитывать
обязаны (иначе будет петрушка, описанная
mab-ом [url http=http://www.matri-x.ru/forum/index.php?showtopic=52&st=210]тут[/url]).
Как это можно сделать? 1) купить готовый термостабилизированный кварцевый генератор или 2) обеспечить ему стабильный температурный режим. 1) ? впадло, искать надо... Да и не факт, что по карману будет сотня таких ячеек? .2) дешевле и так же хорошо, если поступить грамотно. В общем, я сторонник «сделай сам!», но можно обсудить и покупку готового...
«Грамотно» - это как? А так ? сделать камерку со стабильным температурным режимом. Это или фуфаечкой обматать
, или поставить там нагреватель и держать температуру, скажем, в 50оС. Эту температуру на Земле в естественных условиях можно получить разве что в Арабских Эмиратах! Так что мне тут видится нагреватель с обратной связью. Это не так сложно, как кажется: берем кварцевый генератор, обвешиваем его несколькими резисторами, ставим датчик температуры и управляем резисторами:
Ris2.gif 4,05К
253 Количество загрузок:
Итак, мы имеем кварцевый генератор, который питается от питания, допустим, +5В и выдает свой меандр. Его «подогревают» два (или больше) резистора R1 и R2. Они прикреплены непосредственно к его корпусу. Также к корпусу прикреплен датчик температуры дт. Он сообщает температуру в блок управления, который управляет включением этих резисторов. Для пущей надежности можно все это изделие залить чем-нибудь термоустойчивым, или в коробочку герметичную ? пока не знаю.
Я пока не буду переходить к схемотехнике. Это пока оставим на потом ? хочу услышать комментарии и мнения людей. Скажу только, что управление разумно и не дорого осуществлять микроконтроллером ? скажем, ATtiny2313. У нас он стоит порядка 1,5 долларов штука.
Итак, получили один ВД. Импульсы с него по витой паре, которая есть почти в любом компьютерном магазине, передаем на узел сравнения.
Второй подход к практике ? узел сравнения
Узел сравнения собирает данные с нескольких ВД. Хотелось бы его сделать масштабируемым ? воткнули два и он работает с двумя, воткнули десять и он работает с десятком...
Пока я вижу два варианта его построение ? на рассыпных элементах и с помощью программируемой логики. Первый вариант дешевле, но более громоздкий. Второй несколько дороже, но компактней, плюсь можно всякие сервисные навороты прицепить ? экранчики, светодиодики...
Как бы там ни было, идея одна ? измерять меандры.
Есть, правда, другой вариант ?
мерять разницу между двумя меандрами. Это проще схемотехнически, но мне этот вариант нравится меньше... То есть мы взяли два меандра, сложили их между собой по модулю «два» и получили в результате импульс шириной в разницу между ними. Далее мы меряем ее
изменение и выводим на экранчик (или компьютер). Но тут уже вводится новый элемент ? «сложение по модулю два», который вносит погрешность в измерение. Существенна ли она? Не знаю... В общем, мне этот вариант не нравится, но давайте обсудим ? может, он подойдеь?
А вот какой мой вариант ?
отдельное измерение меандров. Ставим еще один кварцевый генератор с частотой много раз выше используемой в ВД (вот тут уже можно разориться на термостабильный
, я так думаю), и назовем его
опорным:
Ris3.gif 2,17К
168 Количество загрузок:
Когда идет один из уровней ? допустим, 5В, мы считаем импульсы с о-бип-го генератора. Когда заканчивается текущий уровень, мы сохраняем результат.
Таким образом мы имеем длительности всех меандров:
Ris4.gif 16,7К
160 Количество загрузок:
Сравниваем каждый меандр с эталонным. Выдаем две характеристики ? кто кого больше и насколько (ну или одно знаковое число, что одно и то же). Все, имеем числовую характеристику события.
Математика
А теперь давайте рассмотрим математический аспект этого безобразия
. Написанно на работе под прицельным взглядом начальника, посему извиняюсь за возможные ошибки...
Кварцевый генератор характеризуется своей частотой
f колебаний ? обратная длительность
T двух импульсов. Эти импульсы передаются по проводам с ВД в блок измерения. Если у нас частоты не превышают десятки мегагерц, а длины проводов ? десяток метров, то не о чем беспокоиться (это я так, с запасом сказал). Ну а для нас этого достаточно.
ВД у нас будет иметь частоту
f, а опорный ?
f*. Тогда
s =
f* /
f покажет какое число
s будет соответствовать полному заполнению. Разумеется, будет неточность «ценою в младший разряд» ? это когда импульс от ВД закончился, а опорный еще не закончил свою работу. Это неточность показывает нам ошибку измерения: D = 1 /
f*. Соотношение длительности импульса ВД
T к ошибке D показывает погрешность (можно в процентах).
Оживим разговор цифрами. Пусть у ВД
f = 1 МГц, у о-бип-го
f* = 100 МГц. Тогда ошибка D = 1 /
f* = 10 нсек. Период у ВД
T = 1 /
f = 1 мксек (2 импульса ? тогда один импульс 500 нсек). Значит, мы можем сказать, что точность измерения длительности импульса с ВД составляет 500 нсек +- 10 нсек. То есть, 2%. Я нигде не ошибся?
Что видно? Поднимая опорную частоту, мы уменьшаем ошибку. Увеличивать можно сколько угодно ? лишь бы можно было хранить и считать.
Выводы
Давайте теперь подумаем ? что мы получаем в итоге? У нас есть число ? разница длительностей времени между эталонным кварцевым генератором и временнЫм детектором. Разница может быть выражена в секундах (вернее, производных от нее). Эта разница будет показывать, строго говоря, рассогласование между двумя кварцами. То ли это, что мы ищем?..
Надо думать. На первый взгляд да. Что скажет второй?..
Давайте обсуждать. Находить ошибки в моих рассуждениях или признавать их гениальность
. Как бы то ни было, я могу разработать схемотехнику всего этого дела ? разработать схемы, подобрать более или менее общедоступные элементы, развести плату. Далее, если дело идет к микроконтроллерам или программируемой логике (а оно к ним придет, как только мы захотим все это вывести на экранчик или передать на компьютер), то я могу написать программы и вывесить их для всех, в схеме устройства сделать программатор, вывесить бесплатные программы для записи всего этого дела в железо и, в конце концов, написать программу на компьютере, где все это будет выглядеть красиво
. Вот только извинЯйте ? я программу пишу на С++ для Windows XP (ну или, по крайней мере, с использованием GDI+), для других платформ нет ни времени ни желания.
Короче говоря,
по результатам обсуждения я реально могу вывесить всю необходимую информацию для сбора у себя любым желающим измерителя поля ЭПС. Ну или открою лавочку по производству этих штук и посылать по почте с оплатой затрат.
Ну что, согласны?
Тогда обсуждаем!
21
Lab (21.8.2007, 21:31) писал:
и буду экспериментировать...
