Вариант ЭМОС - ЭООС

[bondar100]

Не пинайте, если что - просто тихо перенесите ветку в "для начинающих".

Итак, ЭООС - электро оптическая обратная связь.

Когда-то я сконструировал систему для измерения формы поверхности поского кремневого диска из которых делают чипы. Так вот, эту систему можно применять и для регистрации движения диффузора диманической головки. Чувствительность прибора на уровне на уровне десятков мкм смещения поверхности, быстродействие определяется быстродействием ОУ.

В прикрепленном файле схематическое решение. Лазерный луч падает на поверхность, отражается от нее, и падает в позиционно чувствительный датчик, который анализирует текущее положение поверхности. Величина ЭДС датчика есть функция от координаты поверхности, на которую падал луч лазера. Именно координаты поверхности, а не ее скорости или ускорения.
ЭДС меняется в диапазоне примерно 0-1 Вольт, т.е. это вполне заметные величины.


На динамик придется наклеить маленькое легкое зеркальце из кусочка CD-диска, размером примерно около 1х4 см в зависимости от угла падения луча, и максимального хода диффузора. Но такое увеличение массы диффузора не должно сказаться на качестве, если само положение диффузора мы сможем контролировать с точностью нескольких микрон.
По крайней мере для НЧ-звена точности позиционирования за глаза должно хватить.

К сожалению, я не нашел материалы на форуме про такое устройство. Возможно искал не по тем ключевым словам. Так, что если что, извините.

В моем понимании, сравнение величины ЭДС от такого датчика с эталонным сигналом от музыкального источника должно исключить влияние всех промежуточных звеньев на достоверность звука.
Т.е. движение диффузора будет повторять форму первоначального сигнала.
Будет влиять акустическое оформление. ИМХО в этом случае лучше будет система ОЯ, забитый козьей шерстью, чтобы звуковое излучение от тыльной стороны динамической головки там и погибал.

Уровень шума такой системы в основном определяется тем, что динамическая головка движется от внешних звуков. Но правильно настроеная система должна эти изменения компенсировать. Т.е. если подойти и нажать пальцем на диффузор - он должен ответить тем же, ведь сравнение с входным сигналом выявит несанкционированное отклонение положения диффузора.



Я буду благодарен, за высказанные мнения, если эта тема вообще заслуживает внимания уважаемого комьюнити.
А также, если кто-то мне подскажет, как правильно организовать сравнение сигнала от датчика с входным сигналом от источника?
Возможно ли эту ЭДС прямо завести на ОС в УМ (например на инвертированный вход диф.каскада), но как-то так, чтобы он не возбуждался?
Может, сделать комбинированную ОС? По ВЧ - обычную ООС, а по сч/нч - через ЭООС?

Спасибо.

[dvm]

Оптический - это один из методов съема информации о движении диффузора динамика. Причем для ЗЯ звуковое давление прямо пропорционально именно ускорению диффузора, а не его положению. Вообще-то Вам сюда: https://forum.vegalab.ru/showthread.....-Вторая-серия , где автор подробно и доступно разжевал теорию включения динамика и усилителя мощности в цепь единой ОС, которая следит, чтобы создаваемое диффузором звуковое давление (а не положение диффузора! ) повторяло форму входного сигнала. И с практикой там все в порядке - автор, Nota Bene, выложил большое кол-во отлично работающих конструкций, другие тоже повторяют авторские, предлагают свои решения, конструкции... Видно, что в теории Вы не очень сильны (простите, но я сравниваю с автором вышеуказанной темы), поэтому здесь Вам нужна помощь мэтров. ИМХО, но лучше, чем NB, Вам никто не подскажет. Выскажу свое мнение по конструкции - оптический датчик явно сложнее и неудобнее в плане практической реализации в сравнении с пьезодатчиком ускорения и с бародатчиком.

[AS79]

Все уже было и не раз
Вот к примеру, Радиолюбитель 2008-6

[Nota Bene]

А также, если кто-то мне подскажет, как правильно организовать сравнение сигнала от датчика с входным сигналом от источника?

Смотрите тут ЭМОС по смещению: ЭМОС: коротко обо всем
Хотя, лучше было бы продифференцировать сигнал смещения (получив сигнал скорости), и потом сделать ЭМОС по скорости. Также как реализован ЭБОС.

падает в позиционно чувствительный датчик, который анализирует текущее положение поверхности. Величина ЭДС датчика есть функция от координаты поверхности, на которую падал луч лазера.

Принцип регистрации отклонения аналоговый?

[gross]

Я буду благодарен, за высказанные мнения, если эта тема вообще заслуживает внимания уважаемого комьюнити.

На уровне идеи фото способ считывания сигнала ОС перемещения диффузора известен давно. Но, как тоже давно известно, все трудности находятся в мелочах, в данном случае - в грамотной реализации. А с этим очень туго. Поэтому так: интерес у сообщества есть, но не к идее, а к законченной разработке с работающим, измеренным и легко повторяемым прототипом.

[bondar100]

Все уже было и не раз

Свой датчик я сконструировал в 1995, так что Вы правы, все уже было.
Но все-таки принцип регистрации отличается. У меня не диффузное отражение и поэтому точность на порядок выше.

Смотрите тут ЭМОС по смещению: ЭМОС: коротко обо всем

Конечно, читал! Есть ли кто-то, кто еще не читал это? Не могу сказать, что до конца во всем разобрался, но я читал. Там применяются интреграторы для восстановления смещения.
Но применение обработки сигнала обязано же снижать достоверность?
В своей идее я исходил из того, что:
1. Исходный сигнал (музыкальный) - это все-таки кривая, которую должен повторить диффузор по оси смещения, т.е. музыкальный сигнал (записанный на диске) и звуковое давление внутри закрытого ящика - это все-таки разные вещи.
Или я не прав? Музыкальный сигнал - это не смещение, а ускорение диффузора?
2. Так же в ЗЯ могут присутствовать паразитные призвуки - резонансы стенок, или сам ЗЯ будет подпрыгивать на полу от удовольствия. А датчик будет эти призвуки регистрировать как то, что было порождено диффузором, и откорректирует его. Но слушатели же будут не в том же ящике, а вне его, т.е. мы начнем через динамик слышать призвуки, которых в комнате нет, но которые есть внутри колонки. Или эта ситуация слишком надуманная и далека от практики?

Чтобы ничего не показалось - мой тон не содержит неуважения. Поверьте, я уже давно читаю другие Ваши работы, и отдаю себе отчет, с кем я разговариваю. Так же я понимаю, что Вам удалось уже воплотить с хорошим результатом то, что у меня вызывает такие вот сомнения.

Принцип регистрации отклонения аналоговый?

Аналоговый и построен на том. что ЭДС на датчике зависит от того, в какую координату датчика попадает луч лазера - на одном крае датчика ЭДС почти ноль, на другом - около вольта. Линейность высокая. Точность позиционирования поверхности диффузора - микроны, или десятки мкм.
Например, когда я направлял это все на кремниевую пластину (жестко закрепленную), я мог наблюдать собственный свист или громкую речь на осциллографе. Думаю, что конструктивный предел такого датчика по частоте что-нибудь около 1 кГц. Это если "на коленке". Но ведь можно сделать все хорошо, и расширить до нескольких кГц. Т.е. контролировать не только НЧ.

[EUGENE]

Привет

Свой датчик я сконструировал в 1995, так что Вы правы, все уже было.
Но все-таки принцип регистрации отличается. У меня не диффузное отражение и поэтому точность на порядок выше.

А нельзя ли поподробнее про него?
С уважением
ES

[bondar100]

Привет

А нельзя ли поподробнее про него?
С уважением
ES

Самый простой датчик (достаточный для регистрации смещений амплитуды 1-1,5 см с точностью до мкм) делается так - на большой фотодиод с окном около 1-1,5 см наклеивается маска из непрозрачных клиньев.



Так создается градиент пропускания светового потока вдоль одной оси.
Луч лазера движется вверх - поток, падающий на светодиод растет. Луч вниз - поток падает.

Чтобы исключить неравномерность свойств фотодиода по площади его кристалла, можно изготовить интегрирующий рассеиватель.



Тогда к фотодиоду требования понизятся, кроме того, так можно изготовить датчик в диаметре хоть 20 см - для оо-о-о-чень длинноходовых головок

Точность измерений растет с уменьшением угла падения луча на диффузор.
На рисунке показано, как при одинаковой амплитуде смещения диффузора амплитуда движения пятна лазера выше при меньших углах падения:



Для НЧ динамика достаточно угла примерно 45 градусов.
Однако для СЧ потребуется как можно меньший угол падения, чтобы увеличить амплитуду движения отраженного луча, и соответственно амплитуду перемещений на датчике.
Но поскольку амплитуда на ЧС все-таки сравнительно невелика, то движение пятна лазера на датчике будет выглядеть как дрожание пятна. Поэтому как бы мы не уменьшали угол падения, в случае СЧ потребуется датчик с большим градиентом.

Сравнение маски для датчиков НЧ и СЧ:




Требования к отражающей поверхности (и к ее размерам) в обоих случаях одинакова.
В случае НЧ пятно компактное, примерно 2х3 мм, но его смещения по отражающей поверхности составят около 2 см (зависит от хода диффузора).

Это выглядит так:



В случае СЧ угол угол падения мы делаем маленьким, и пятно получается вытянуто 2х100 мм или даже 2х150 мм.

Это выглядит так:



В обоих случаях необходима жесткая отражающая поверхность, без дефектов (волны на поверхности и т.д.). Для НЧ вполне подойдет кусочек CD.
А вот в случае СЧ это должна быть еще и легкая штучка. Пока не могу придумать.
Наверное, можно пойти по пути увеличения угла падения, и изготовления более чувствительного датчика-детектора.

Да, и последнее, все это не совсем мои мечты. Я же писал, что изготавливал такую штуку, и работал с нею несколько лет, просто не с динамиками, а с быстро вращающимися кремниевыми пластинами - снимал деформации поверхности на скоростях порядка 10000 об/мин.
Клинья для маски я вообще печатал на принтере.

Вот, нашел в диссертации. Тут видно, какие малые смещения регистрировались, и на каких скоростях вращения. Если разложить кривую в ряд фурье, то там наверняка окажутся частоты порядка кГц.



Извиняюсь за многословие.

[Informer]

А вот в случае СЧ это должна быть еще и легкая штучка

Про сч лучше забыть, там диффузор работает не как одно целое а излучает частями. Поэтому улучшение "низкочастотной" части СЧ диапазона ценой основных СЧ неправдано (а влияние будет наверняка, если только сам СЧ динамик не имеет отражающую поверхность, типа алюминия) Всё ИМХО

[gross]

bondar100, все хорошо, но есть ли у Вас какие-то измерения в линейности такого датчика? Я затрудняюсь сказать, какой достаточно, но думаю, что она должна быть не хуже десятой процента и нелинейности верхних порядков должны быстро затухать по сравнению с низшими. Все это должно обеспечиваться в диапазоне перемещений порядка 40 мм (если для длинноходовых головок), кроме того, сигнал с датчика должен допускать дифференцирование без существенного повышения шума. Кроме того, сигнал должен быть стабильным во времени и мало зависеть от от "геометрии мотора головки", которая постоянно изменяется при эксплуатации.

[bondar100]

Про сч лучше забыть, там диффузор работает не как одно целое а излучает частями

Да, полностью согласен. Наверное, это применимо только НЧ, где волной, распространяющейся по самому диффузору мы можем пренебречь. Наверное, предел где-то до 300-500 Гц. Я прав?

bondar100, все хорошо, но есть ли у Вас какие-то измерения в линейности такого датчика? Я затрудняюсь сказать, какой достаточно, но думаю, что она должна быть не хуже десятой процента и нелинейности верхних порядков должны быстро затухать по сравнению с низшими. Все это должно обеспечиваться в диапазоне перемещений порядка 40 мм (если для длинноходовых головок), кроме того, сигнал с датчика должен допускать дифференцирование без существенного повышения шума. Кроме того, сигнал должен быть стабильным во времени и мало зависеть от от "геометрии мотора головки", которая постоянно изменяется при эксплуатации.

Вы имеете в виду какую нелинейность?
Если речь идет о том, насколько линейно эта система передает координаты диффузора, такие измерения были проделаны для эксперимента (последний график в моем предыдущем посте).



Это график показывает зависимость ЭДС от прямого положения пятна на самом датчике. Разброс точек связана с тем, что положение пятна определялось с помощью линейки. При размерах пятна 2 мм это порой давало "осечку".

Нелинейность системы складывается:
1. Нелинейность распространения пучка фотонов (искривления пространственно-временного континуума).
2. Неплоскостность отражающего зеркала.
3. Кривизна решетки из клиньев.
4. Нелинейность фотодиода - т.е. функция генерируемой ЭДС от освещенности.
Первые три пункта носят формальный характер, поскольку и отражающую поверхность можно найти ровную, да, и клинья напечатать с точностью 300 dpi - не проблема.
п. 4 - вроде тут тоже все в порядке, линейность таких приборов высока, нужно лишь не выходить из режима. Т.е. не входить в насыщение. во всяком случае линейность вряд ли хуже, чем у биполярных транзисторов.

Что такое нелинейность верхних порядков? В этом контексте я этого не понял.

Геометрия мотора головки... даже не знаю... у нас ведь речь о несколько сантиметровых размерах частей системы, уж изменения геометрии наверное на порядки меньше.

Во времени стабильность сигнала определяется стабильностью лазера и фотодиода. Ну, ничего особенного.

В любом случае Вы правы - надо делать макет. Затем его испытания.
Вопрос в том, что я не знаю, куда сигнал от датчика потом направить?
Можно ли его прямо завести на отрицательный вход усилителя на ТДА?
Через разделительный конденсатор? Или просто надо пробовать, и меняя сгоревшие TDA двигаться к успеху?

Или это все - лишь неудачная идея, а все хорошее уже сделал Nota Bene?

Всем спасибо за терпение.

[gross]

насколько линейно эта система передает координаты диффузора

Да, именно это. "Верхних порядков" - в данном контексте я имел в виду ту нелинейность, которая создает верхние гармоники. Мы должны дифференцировать сигнал, поэтому они будут усилены. По вашим пунктам мне сложно ориентироваться, т.к. не представляю себе всей конструкции датчика. Лучше всего сделать опытный экземпляр и снять характеристики. На СЧ делать особого смысла нет. Достаточно поршневого диапазона на НЧ, а именно около 16...300 Гц.

[EUGENE]

Спасибо bondar100
Есть над чем серьёзно подумать

Offтопик:
В какой-то передаче типа сделай сам женщина порезала СД ножницами и наклеила эти блёстки.

С уважением
ES
P.S. Первая мысль - фотометр
techdocs.fatal.ru/develop/hardware/komp_izm_komplex/6-4.html

[anatol0]

А лазер обязательно? Я, конечно, понимаю, что сейчас лазерные светодиоды доступны, но для НЧ диапазона возможно ли применение обычных СД? Пока вижу достоинства в лёгком отражающем зеркале.

[bondar100]

Спасибо bondar100
P.S. Первая мысль - фотометр

Ну, да, фотомерт - это и есть фотодиод + ОУ.

А лазер обязательно? Я, конечно, понимаю, что сейчас лазерные светодиоды доступны, но для НЧ диапазона возможно ли применение обычных СД? Пока вижу достоинства в лёгком отражающем зеркале.

Когда прибор конструировался, лазеры еще не были столь доступны. Лазер был выбран именно из-за возможности получить на нем мощный и строго параллельный луч.
Из-за монохромности излучения, луч не размывается, не разлагается в спектр, преломляется как единое целое, красиво выглядит в накуренном помещении. Мощность излучения позволяет располагать устройство не внутри, а снаружи корпуса. Влияние изменений освещения будет несущественным - это либо сравнительно слабое освещение искусственного света, либо плавно меняющееся излучение естественного света. И то и другое будет иметь слабое влияние.

[variator]

располагать устройство не внутри, а снаружи корпуса.

imho, традиционнее расположить внутри, желательно на ребре диффузородержателя. Это Вам для будущих опытов , как закрепить, куда направить (внутренняя поверхность конуса диффузора).

[Nota Bene]

Вопрос в том, что я не знаю, куда сигнал от датчика потом направить?
Можно ли его прямо завести на отрицательный вход усилителя на ТДА?
Через разделительный конденсатор? Или просто надо пробовать, и меняя сгоревшие TDA двигаться к успеху?

Блиииин.... Берете ЭБОС (хоть печатку) за основу, только выход датчика своего дифференцируете (сигнал перемещения преобразуется в сигнал скорости) и всёёёё..... Дифференцирование можно ограничить частотным диапазоном до 1...2КГц.

[bondar100]

imho, традиционнее расположить внутри, желательно на ребре диффузородержателя. Это Вам для будущих опытов , как закрепить, куда направить (внутренняя поверхность конуса диффузора).

Да, я ведь точно думал на лицевой части крепить ))) Спасибо.

Блиииин.... Берете ЭБОС (хоть печатку) за основу, только выход датчика своего дифференцируете (сигнал перемещения преобразуется в сигнал скорости) и всёёёё..... Дифференцирование можно ограничить частотным диапазоном до 1...2КГц.

Да, я сейчас в который раз перечитываю Ваши работы - с каждым разом слой за слоем углубляя понимание всего этого вопроса. На первый взгляд мне все казалось просто - берем ИТУН, меняем датчик тока на сигнал с фотодиода...
Вообще, спасибо за поддержку.



Последняя идея - датчик прямо на диффузоре. Т.е. заменить зеркальце непосредственно на генератор ЭДС. Это вдвое упростит оптическую часть прибора, включая его настройку. И заметно уменьшит влияние паразитных вибраций корпуса на закрепленные оптические элементы (их станет меньше).
Вот только линейный размер такого датчика должен быть примерно равен Хмах диффузора.
Сейчас попробовал проверить на этот предмет солнечную батарею - показалось, она подходит. Т.е. позицию лазерного луча на солнечной батарее я мог определять по осциллографу.
Как я понял, солнечная батарея - это тоже фотодиод?

[mixxxxxer]

Да, я сейчас в который раз перечитываю Ваши работы - с каждым разом слой за слоем углубляя понимание всего этого вопроса.

Почитайте лучше любой учебник по электроакустике (Фурдуева, например).. Там приводится точный вывод того, что для излучающего монополя (т.е. дина в ЗЯ) на низких частотах в поршневом режиме звуковое давление прямо пропорционально ускорению диффузора.. Ну и еще много интересных и полезных выводов..

Последняя идея - датчик прямо на диффузоре.

Вообще, приятно читать ваши предложения, видно, что темой оптического детектирования смещений вы занимались не по наслышке..

Тут только одно замечание. Инженерные и схемные решения, которые озвучивал в соотв ветках NotaBene, задают весьма высокую начальную планку соотношения цена/качество в Э_ОС системах. Нужно довольно сильно подумать и посчитать выигрыш (если он есть) в качестве (выигрыше в КНИ) по сравнению с увеличением затрат (если оно есть) на построение предлагаемого вами датчика Э_ОС..

[bondar100]

mixxxxxer, я из ядерной физики вышел, а прикладные задачи возникали по ходу основных экспериментов.

Для меня минус изделий ув. NotaBene как раз в том, что руки должны быть хотя бы золотыми, если платиновых Бог не дал.
Мне кажется, мой датчик технологически проще и в изготовлении и в установке, и руки могут быть так себе... как у меня.
Например, вид печатных плат, которые предложил мне в этой ветке ув. NotaBene, пост #17, на меня наводит только ужас. Не представляю, как я такое могу сделать... из праха земного...

anatol0, если крепить фотоэлемент (предположительно солнечный элемент) прямо на диффузор, то лазер можно поменять на СД, если таковые имеются с линзой, дающий параллельный пучок излучения. Если излучение будет расходится конусом в телесный угол, то вырастут требования на крепление фоточувствительного элемента - он обязан будет крепиться строго параллельно оси движения диффузора.
Если же пучок света будет параллелен, то фотоэлемент можно крепить прямо на плоскость диффузора, или под каким-то произвольным технологически удобным углом.

mixxxxxer, в таком варианте цена вопроса: светодиод 12 руб, пластинка фотоэлемента около 100 руб (пока для опытов отобрал у ребенка из конструктора). Все остальное - как у NotaBene (он сам подтвердил уже это).

Отличие в том, что с помощью этого датчика возможно реализовать не ЗЯ, а ОЯ с заполнением козьими шерстью (моя мечта). Интуитивно я фантазирую, что отдача от динамика будет красивее, свободнее что ли.
Также я ожидаю лучшую точность от этого датчика, хотя бы потому, что это все-таки прямое измерение, а не опосредованное через воздух в ЗЯ.

Спасибо.