Емкостной датчик положения ЭМОС

[Ghirik]

Пару месяцев назад получил обнадеживающие результаты по дачтчику положения динамической головки. Отладил конструкцию, многократно применл (пока дома ).
Сейчас хочу пробовать производить, но не очень понимаю, надо это или нет. (Станут ли покупать?)
Датчик, представляет из себя плату, на которой смонтированы SMD компоненты, три в SO14 и одна в SO8 AD706. Вставляется плата в задний проход ДГ . Дополнительно, хочу предлагать плату согласования с усилителем, то же на AD706 три штучки, фильтры для подбора- регулировки и предкоррекци АЧХ и ФЧХ (организация ЭМОС).

Механизм работы датчика примерно такой, (пока схему не покажу)
банальное преобразовние заряд-напряжение, прецизионное, микроны.
Здержек нет, от процесса перемещения диффузора до сигнала на выходе платы датчика нет даже микросекунды. Преобразование происходит на частоте 10-20МГц - это как захочется. Есть вариант датчика с частотой преобразования 200 МГц, но он обходится в два раза дороже, наверное на 200МГц точность позиционирования меньше микрона (проверить не чем). Хотя и эта частота получена "от фонаря" сами компоненты позволяют работать на ГГЦ-ах, просто не было SMD-задающего генератора выше двухсот мегагерц, да и не надо.

Сигнал с датчика положения абсолютно точно описывает АЧХ и ФЧХ ситемы, в которой установлен динамик с датчиком, только с точностью до наоборот. Если в ЗЯ имеет место быть спад в НЧ области, то с датчика положения получается подъем с естественным отслеживанием фазы. При том, подъем в АЧХ датчика точно противопоставлен АЧХ системы ДГ-ЗЯ, а естественный здвиг фазы на индуктивной нагрузке нормально отрабатывает ОС с противоположной полярностью. В цепи ЭМОС для такого датчика необходима предкоррекция, которую и осуществляет маленькая платка согласования с усилителем.

Хотелось бы предложить самым активным и грамотным форумчанам провести тестирование этих датчиков, я вышлю бесплатно, главное требование бесплатного получения датчиков - тестирование за 1-2 недели после получения. Потому, как понимаю бесполезность одного экземпляра датчика, вышлю две штуки. Суть тестирования в снятии АЧХ и ФЧХ динамических головок установленных в закрытый ящик с обычным усилтелем, и сопоставление снятых графиков с ДГ с ЭМОС. Плюс снятие импульсных характеристик системы с ЭМОС.
Мной была получена глубина ЭМОС 40Дб в максимуме без напряга.
ДГ с датчиком положения фиксируется совершенно точно, при выставлении нуля, можно учесть неточность положения диффузора от производителя, и выставить ноль по реальному спаду индукции на краях экскурсии (ну, блин, завернул ). Одним словом, поймать реальный нуль. При подаче питания на систему с таким датчиком, диффузор встает куда его поставил настройщик с кривыми руками .

Отрабатывал варианты датчиков на динамических головках производства НОЭМА (если не МЫ, то кто их поддержит!?). Для 75ГДН31,32 есть разведеная печатка датчика, но она не подходит для других ДГ с низким положением защитного колпачка, есть для 400ГДН12, но она слишком широка для 75ГДН31,32. Для 75ГДН33 пока не хватает места, но... Сейчас ваяю универсальную, на этой неделе буду заказывать.

Стоимость деталей датчика около 180 рублей, плюс к этому стоимость печатки, стоимость монтажа... Продавать дешевле четырех-пяти соток вряд ли получится. Потому хочу узнать, будет ли кто покупать за такие деньги? Плюс плата согласования, схему выложу, но собирать самим, думаю, будет дороже, чем купить у меня.

Да, дополнительных гибких проводников к диффузору для моих датчиков не нужно, просто нужно вклеить пластинку из фольгированного стеклотекстолита в горло диффузора (отклейка колпачка). Датчик дифференциальный, прогрев феном не вызывает сколь нибудь заметных отклонений диффузора.

Ещё, в моей схеме согласования, глубина ЭМОС уменьшается с уменьшением амплитуды диффузора, что, мне думается, логично, потому как самые большие искажения имеют место быть при больших амплитудах, и проблема искажений на НЧ тесно связана с выходом ДГ из X-max и резонансным поведением подвеса, что ЭМОС успешно давит.
Короче, при хорошем запасе УМ (Пивей-800) с двумя головками 75ГДН31, при амплитуде диффузоров 1см получал ровную АЧХ до 15Гц при искажениях не более 0,5%. Вот и думайте, какая труба лучше? Войта или ..... И если фаза линейна, то что будет с ГВЗ?

Внесу все отладочные изменения в плату согласования и тогда выложу схему и графики прохождения сигнала фаза-ЧХ, подготовлю и выложу чертежи установки платы датчика, но это наверное на своей страничке.

Мыло: ghirik@rambler.ru

[Ламер со стажем]

Это интересно
Один потенциальный покупатель уже имеется

[arcad]

в своё время господин "Шербак" делал подобный девайс ,только он назывался "емкосный звукосниматель" в журнале радио описан,и куда его я потом только не "прикручивал", эмос на нём тоже делал,причём даже без разборки динамической головки,кусочик фольги на колпачёк клеиш,и ёмкосную площадку подводищ(кусок провода РК-50 от платы),себестоймость думаю в "пять копеек" выйдет,да и любой собрать сможет,схему можно на сайте журнала радио посмотреть

[BumBum]

в своё время господин "Шербак" делал подобный девайс ,только он назывался "емкосный звукосниматель" в журнале радио описан,и куда его я потом только не "прикручивал", эмос на нём тоже делал,причём даже без разборки динамической головки,кусочик фольги на колпачёк клеиш,и ёмкосную площадку подводищ(кусок провода РК-50 от платы),себестоймость думаю в "пять копеек" выйдет,да и любой собрать сможет,схему можно на сайте журнала радио посмотреть

Я делал аналогичную конструкцию имени Щербака, и она действитиельно прекрасно работала как звукосниматель. Но там амплитуда смещения обкладок "конденсатора" несоизмеримо меньше расстояния между обкладками.
Но для ЭМОС, где эти расстояния одного порядка - как Вы решили вопрос линейной зависимости емкости от расстояния ? Насколько я помню, дифференциальный датчик не сильно помогает линеаризации, или я ошибаюсь ?

[arcad]

это был опыт о линейности особенно не думал в принципе можно на керне закрепить две диф обкладки а между ними с колпачка рабочая,как у конденсатора переменной ёмкости

[BumBum]

У КПЕ меняется не расстояние между пластинами, а "площадь соприкосновения". Да и то - часто для линейности, у воздушных КПЕ пластины делают специальной формы.

[Ghirik]

Но для ЭМОС, где эти расстояния одного порядка - как Вы решили вопрос линейной зависимости емкости от расстояния ? Насколько я помню, дифференциальный датчик не сильно помогает линеаризации, или я ошибаюсь ?

Растояние между обкладками постоянно и равно 0,2мм, а дифференциальность детчика нужна прежде всего для компенсации паразитных емкостей. Дождитесь, пока очень занят, выложу вначале чертеж, а по приходу плат фото.

[Alex]

Растояние между обкладками постоянно и равно 0,2мм, а

Т.е. у Вас как и в описаном БумБумом КПЕ - меняется перекрытие пластин?

дифференциальность детчика нужна прежде всего для компенсации паразитных емкостей. Дождитесь, пока очень занят, выложу вначале чертеж, а по приходу плат фото.

Ждем-с.

[Nota Bene]

Бог троицу любит?

http://dom.hi-fi.ru/forum/16/34172/0

http://www.igolkin.com/forum/viewtop...bc5cb7ade08d8e

[Alex]

Бог троицу любит?

http://dom.hi-fi.ru/forum/16/34172/0

Да, и о нелинейности простого емкостного датчика - я там писал почти полтора года назад....

[Ghirik]

Да, и о нелинейности простого емкостного датчика - я там писал почти полтора года назад....

Я умышленно открыл новую ветку, чтобы не возникало соблазна проводить аналогии с предыдущим моим опытом. Тот опыт послужил началом для изучения способов преобразования емкость-напряжение. На сегодня я получил преобразование заряд-напряжение очень высокой точности, погрешность определяется только не очень высоким качеством установки датчика, есть небольшое влияние не параллельности подвижной части и стационарной, но это на уровне сотых миллиметра. Линейность проверял микрометром закрепленным на штанге к фланцу ДГ. В опытных образцах было хорошее соответствие 10мм-1В, 1мм-0,1В, 0,1мм-10мВ. Ну и в промежутках всё ровно.
Перемещения меньше 0,1мм смотреть сложновато.

Этот принцып преобразования заряд-напряжение мы успешно применяем в скваженных геофизических приборах приборах КСА-Т12,38.

Прототип обкладок выглядит примерно так

http://forum.vegalab.ru/attachment.p...tid=6113&stc=1

Но сейчас есть вариант без подключения землянного провода к подвижной части, там исползуется двойной набор обкладок. Пока не очень получается сделать универсальный датчик, для всех типов ДГ, потому вышла небольшая заминка с заказом плат.

Что то у меня не получилось вставить рисунок в середину текста.

[Zotoff]

Ghirik

Пока не могу въехать... Как устроен этот датчик и что он меряет?

Я знаю емкостные датчики, измеряющие расстояние от вращающегося вала до статора двигателя. Такой датчик измеряет емкость... И в зависимости от этой емкости и рассчитывается расстояние - получается датчик перемещения, и измеряет он величины порядка десятых долей миллиметра.

В динамике перемещается диффузор (бумажный), и его амплитуда у басовика 1-2 см. При такой большой амплитуде - непонятно что и как мерить.

И второе... Датчик перемещения, а звуковое давление (т.е. АЧХ) пропорционально ускорению диффузора. Придется дважды дифференцировать сигнал?

[Ghirik]

Ghirik

Пока не могу въехать... Как устроен этот датчик и что он меряет?

Я знаю емкостные датчики, измеряющие расстояние от вращающегося вала до статора двигателя. Такой датчик измеряет емкость... И в зависимости от этой емкости и рассчитывается расстояние - получается датчик перемещения, и измеряет он величины порядка десятых долей миллиметра.

В динамике перемещается диффузор (бумажный), и его амплитуда у басовика 1-2 см. При такой большой амплитуде - непонятно что и как мерить.

И второе... Датчик перемещения, а звуковое давление (т.е. АЧХ) пропорционально ускорению диффузора. Придется дважды дифференцировать сигнал?

Датчик измеряет в конечном итоге положение диффузора, пока до 2см, просто больше не надо. Обкладки конденсатора выполнены в одной плоскости - фольга на стеклотекстолите, как на рисунке. С зазором 0,2мм параллельно этим обкладкам двигается полоска фольгированного стеклотекстолита, которую можно принять за землю, так проще (в реальности, подвижный элемент связан с землей то-же через ескость, образованную дополнительными обкладками). Полоска жестко вклеена в горло диффузора. В нейтральном положении диффузора
емкости образованные обкладками и полоской примерно одинаковы, а при смещении емкость одной обкладки растет, другой убывает. Обкладки заряжаются, потом измеряется величина заряда с периодичностью 10-20МГц и это дело поступает на дифференциальный вход операционника.
Усиление настроено так, чтобы при перемещении +-1см выходное напряжение менялось от +1В до-1В.

Цепи ОС я чуть позже выложу на своей страничке, и как будут готовы платы, выложу фотографии, измерения и т.д.

[gross]

Ghirik, несколько вопросов:

1. Имеет ли движущаяся полоска фольгированного стеклотекстолита связь с другими элементами схемы? То есть, нужны ли дополнительные гибкие выводы?
2. Как решается вопрос параллельности этой полоски и основной пластины на всем ходе и устойчивости? То есть, боковых колебаний относительно друг-друга. Что делать, если ход больше, например, 30 мм?
3. Каков результирующий уровень шума из головки динамика при работающей системе? Имеется в виду, что сигнал от датчика нужно дифференцировать, и возможно не один раз, что как правило увеличивает шум.

[Zotoff]

Кажется, я понял как это работает. Подвижную обкладку приклееваете к диффузору? Фотографии бы посмотреть...

[Ghirik]

1. Имеет ли движущаяся полоска фольгированного стеклотекстолита связь с другими элементами схемы? То есть, нужны ли дополнительные гибкие выводы?

Этот вопрос сейчас вносит основной тормоз в заказе печаток. Есть два работающих варианта, с подпаянной к подвижному элементу дополнительной землей и без дополнительных подвижных проводов. Все компоненты на печатной плате разведены на хвостовике, который находится в вентиляционном отверстии ДГ, в варианте с дополнительным проводником печатка по всей длине имеет ширину 17мм, а в бесконтактном варианте, участок пп находящийся в горле диффузора имеет ширину 40мм. Т.е. зона с обкладками конденсатора в бесконтактном варианте шире, это плохо во всех отношениях. Во первых, удорожание печаток сложной формы, во вторых, не для всех типов ДГ подойдет такой датчик, ну и т.д...
Есть ещё вариант датчика без дополнительных гибких проводов - но не дифференциальный, с компенсирующей обкладкой. Наверное надо его и делать, несколько увеличится температурная нестабильность, надеюсь, в пределах допустимого.
На следующей неделе контора, в которой я работаю, будет заказывать печатки к приборам, я к этому времени обязательно определюсь, есть ещё выходные...

2. Как решается вопрос параллельности этой полоски и основной пластины на всем ходе и устойчивости? То есть, боковых колебаний относительно друг-друга.

Для правильного вклеивания платы датчика, собираюсь комплектовать его оправкой. Поперечную жесткость полоске можно придать вклеив дополнительную штангу перпендикулярно.
Динамических нелинейностей я пока не оценивал, но косвенное значение 0,5% общих искажений, с амплитудой диффузора в два раза больше X-max, думаю, вполне достаточно, добиваться меньших значений в НЧ диапазоне бессмысленно.

3. Каков результирующий уровень шума из головки динамика при работающей системе? Имеется в виду, что сигнал от датчика нужно дифференцировать, и возможно не один раз, что как правило увеличивает шум.

Тихо... Сейчас некогда рисовать графики, позже сделаю, я не использую дифференцирование сигнала датчика. В прямой ветви ЭМОС осуществляется предварительная коррекция сигнала, исправляющая вносимые ДГ и акустическим оформлением фазовые искажения. Эта же коррекция обеспечивает запас по коэффициенту усиления в нужной области частот. С разомкнутой петлей ЭМОС система не работает, потому, как к инфранизу коэффициент усиления корректора ограничен только свойствами ОУ, в корректоре обратная связь по постоянке отсутствует. Слежение по постоянке осуществляет ЭМОС.
Корректор примерно такого вида:

[GoFrenDiy™]

А можно ламерские вопросы позадавать... а то тут все такие прошаренные...


1) ЭМОС - электромеханическая обратная связь, я прально перевел... т.е. вся ЭТА бодяга цепляется в ОС усилка? Если не прав, объясните в 2х словах идею...
2)

при амплитуде диффузоров 1см получал ровную АЧХ до 15Гц при искажениях не более 0,5%.

это как?

Кароче наскока я понял, вся эта система, при грамотной настройке заставляет "правильно" и ровно играть НЧ голову в каком-то ЗЯ??? Что-то вроде корректора Линкв., тока еще и нюхаем что там с катушкой???

[Nota Bene]

1) ЭМОС - электромеханическая обратная связь, я прально перевел... т.е. вся ЭТА бодяга цепляется в ОС усилка? Если не прав, объясните в 2х словах идею...

В общем виде все правильно. Слово электромеханическая скорее относится к типу датчика, конструктивно объединенного с головкой, и производящего преобразование механической величины (перемещения, скорости, ускорения диффузора) в электрический сигнал. Сигнал обратной связи можно получить и с микрофона, регистрирующего звуковое давление вблизи диффузора. В ограниченном диапазоне рабочих частот это дает выравнивание АЧХ, уменьшение нелинейных искажений, компенсирует временной дрейф параметров АС.
То, что реализовал Ghirik, называется ЭМОС по перемещению диффузора. Без предкоррекции входного сигнала (двойного интегрирования) система в рабочем диапазоне частот будет иметь наклон АЧХ на НЧ = -12Дб/окт.

"правильно" и ровно играть НЧ голову в каком-то ЗЯ???

Именно так. И очень правильно

[randol]

GoFrenDiy™, Можно поискать описание на сабы Velodyne серии Digital Drive, там просто описано, хотя само устройство у них посложней - на микроконтроллере, следит за положением диффузора и вносит поправки. Реальная АЧХ зависит лишь от настройки, можно настраивать програмно, через порт, но для самодела это слишком сложно...

[Amator]

Ещё, в моей схеме согласования, глубина ЭМОС уменьшается с уменьшением амплитуды диффузора, что, мне думается, логично, потому как самые большие искажения имеют место быть при больших амплитудах, и проблема искажений на НЧ тесно связана с выходом ДГ из X-max и резонансным поведением подвеса, что ЭМОС успешно давит.

С этого места нельзя ли поподробнее?