В поисках эффективного датчика тонких излучений

[Xenia]

Обнаружила, откуда АлексПалл свою схему взял. Она из старой книги

Алексеев Н.Г., Современные электронные приборы и схемы в физико-химическом исследовании (1971 г.)

Там почти все схемы на лампах, т.к. транзисторы были еще в новинку.

 

Сравниваем. Верхняя схема от АлексПалл, вторая - страница из книги:

 

Не только номиналы совпадают, но и номера на резисторах и конденсаторах!

Так что ламповый каскад использован здесь не потому, что лучше соответствует задаче, а просто взят из слишком старой книги.

Изменено 21 июля, 2014 пользователем Xenia

[Palvitkab]

Ксения, а вы не знаете почему раствор дрожжей работает всего 2 дня? Это не связано с накоплением продуктов метаболизма - спирта и укуса, и они просто не могут это долго выносить? То есть получается что проводимость раствора при отсутствии воздействия будет все время повышаться по прямой линии? А нарушения этого роста в положительную или отрицательную сторону будут свидетельствовать о наличии внешнего воздействия. Для этого достаточно будет продифференцировать график.

[Xenia]

Ксения, а вы не знаете почему раствор дрожжей работает всего 2 дня? Это не связано с накоплением продуктов метаболизма - спирта и укуса, и они просто не могут это долго выносить? То есть получается что проводимость раствора при отсутствии воздействия будет все время повышаться по прямой линии? А нарушения этого роста в положительную или отрицательную сторону будут свидетельствовать о наличии внешнего воздействия. Для этого достаточно будет продифференцировать график.

 

Я не поняла в данном контексте смысла слова "работает". Но если речь идет об изменении электропроводности со временем, то полагаю, что так и должно быть. Посмотрите, скажем, на это:

Идентификация микробиологических загрязнений. Там и графики преведены в доказательство того, что электропроводность уже к концу суток выходит на насыщение:

 

А вообще, поищите в интернете материалы на тему "электропроводность пива" . Пивные дрожжи отличаются от пекарских, но для нашего случая эта разница не столь существенна. А пиво здесь интересно именно тем, что в производстве пива за процессом часто следят по электроводности (самый дешёвый метод анализа), а потому и разного рода закономерности процесса, скорее всего, будут обнаружены именно здесь.

[Palvitkab]

Я не поняла в данном контексте смысла слова "работает".

Извините, неточно выразился. Я имел в виду конечно их полезность в плане детектирования тонкоматериальных явлений. АлексПалл писал про "2-3 дня".

[Palvitkab]

Взято из http://alko-mir.ru/identifikaciya-mikrobio...zagryaznenij/4/

Время генерации зависит от температуры, и поэтому путем изменения температуры можно влиять на время обнаружения. Так как оба составляющих импеданса (электропроводность и емкостное сопротивление) зависят от температуры, необходимо, чтобы температура поддерживалась постоянной — иначе кривая импеданса будет отражать скорее изменения в температуре, чем результат метаболизма микроорганизмов.

Жаль установка в термос не умещается, надо было заранее это предугадать. Хотя в принципе всё можно подкорректировать, над чем сейчас и думаю...

[Xenia]

Жаль установка в термос не умещается, надо было заранее это предугадать. Хотя в принципе всё можно подкорректировать, над чем сейчас и думаю...

 

Зато помещается в бочку с пивом!

Я-то думала, что услышав про пиво, вы обрадуетесь - такая хорошая возможность совместить приятное с полезным.

Изменено 22 июля, 2014 пользователем Xenia

[Palvitkab]

Зато помещается в бочку с пивом!

Я-то думала, что услышав про пиво, вы обрадуетесь - такая хорошая возможность совместить приятное с полезным.

Я предпочитаю сочетать приятное с приятным, а полезное с полезным, больше толку или удовольствия. Хотя, было дело, когда паял AD7745 обычным паяльником, перед микропайкой немного "расслабился", и помогло. Но - это очень редкие "подвиги". А если придется эксить ежедневно, то на работу буду приходить с запашком, а на вопрос начальника отвечать: "йа... ык... кспрмт... кспрмнт....тировал!".

...

в общем, МОЖНО датчик поместить в литровый термос... дело времени...

Изменено 23 июля, 2014 пользователем Palvitkab

[Palvitkab]

Насчет термоса поторопился. Габариты уменьшил - выходной транс стал влиять на входной даже без водяного контура. Поставил трансы взаимоперпендикулярно - влияние исчезло, но сам водяной контур искривился так, что шланг сплющился. Решил отказаться от термоса.

Подумал абстрактно... Комната это тоже своего рода термос, стены, пол, потолок - это теплоизоляторы. Можно взять обычную 3х литровую банку (она длиннее рабочего пространства колбы термоса на 10 см), внутрь нее скатать из жести металлический цилиндр (или кусок трубы), а в него датчик засунуть. Получится теплоизолятор со слоями стекла и воздуха, и внутренний теплонакопитель из стали+защита от внешних ЭМИ. Благодаря такой конструкции суточное изменение температуры будет происходить плавно, и сквозняки с конвекциями не помеха. Стекло да железо вроде бы не помеха торсионке.

Изменено 24 июля, 2014 пользователем Palvitkab

[Andy1744]

Насчет термоса поторопился. Габариты уменьшил - выходной транс стал влиять на входной даже без водяного контура. Поставил трансы взаимоперпендикулярно - влияние исчезло, но сам водяной контур искривился так, что шланг сплющился. Решил отказаться от термоса.

Подумал абстрактно... Комната это тоже своего рода термос, стены, пол, потолок - это теплоизоляторы. Можно взять обычную 3х литровую банку (она длиннее рабочего пространства колбы термоса на 10 см), внутрь нее скатать из жести металлический цилиндр (или кусок трубы), а в него датчик засунуть. Получится теплоизолятор со слоями стекла и воздуха, и внутренний теплонакопитель из стали+защита от внешних ЭМИ. Благодаря такой конструкции суточное изменение температуры будет происходить плавно, и сквозняки с конвекциями не помеха. Стекло да железо вроде бы не помеха торсионке.

конечно , зачем для первого макета городить . "градусник" еще внутри поставить , а там видно будет что дальше делать.

[Palvitkab]

Вот, изготовил ячейку бесконтактного низкочастотного кондуктометра. В банку не влезает.

Осталось доделать электронику.

Изменено 25 июля, 2014 пользователем Palvitkab

[Xenia]

Вот, изготовил ячейку бесконтактного низкочастотного кондуктометра. В банку не влезает.

 

Вы уж, пожалуйста, проведите контрольное измерение без "водопровода", а то возникает подозрение, что магнитное поле распространяется от одного "трансформатора" до другого не водным путем, а по стальным шпилькам, которыми они соединены друг с другом .

Изменено 25 июля, 2014 пользователем Xenia

[Andy1744]

не могу сообразить ,зачем вообще магнитопровод?

[Palvitkab]

не могу сообразить ,зачем вообще магнитопровод?

Андрей, магнитопровод нужен для передачи магнитной индукции от возбуждающей катушки на водяную катушку, и обратно от водяной катушки на приемную катушку. Водяная катушка представляет из себя 1 виток на первом трансформаторе, и 1 виток на втором. Конструктивно - это как бы кольцо из воды. Частоту сигнала использую 40-15000 Гц от звуковой платы компьтера, поэтому магнитопровод не ферритовый, а пластинчатый, взятый из НЧ дросселя советских времен. Из Ш-образных пластин отрезал середину, и получился П-образный магнитопровод.

[Palvitkab]

Вы уж, пожалуйста, проведите контрольное измерение без "водопровода", а то возникает подозрение, что магнитное поле распространяется от одного "трансформатора" до другого не водным путем, а по стальным шпилькам, которыми они соединены друг с другом .

Без водяного контура всё ок, ничего не ловит, как закорачиваю медным проводом, идет четкий сигнал. Хотел изолировать магнитопровод от стальных держателей - но оказалось необязательно.

Сейчас занимаюсь тем, что веду измерения с водяным контуром. Уже есть сдвиги - подсоленую воду можно измерить, через усилитель переменного тока Ку=6000, но это мало, где то 0,1в, буду увеличивать еще перед детектированием, до 5-10 в. Сам осцилл сильно влияет на результаты, его надо отодвигать по максимуму и ориентировать катушку (идет наложение частоты развертки). Буду добиваться нормального сигнала от обычной, неподсоленой воды.

.....

Сейчас должен признать, что трансформаторы влияют друг на друга, при том расстоянии что у меня сейчас. Буду удлиннять еще на 10 см. Магнитное поле убывает по кубическому закону, а проводимость воды - по закону сложения последовательных резисторов, так что это должно помочь. На будущее трансы буду делать неразборные, то есть не 2 половинки, а чередующиеся пластины, так силовые линии не будут уходить во внешнее пространство. Все равно, чтобы снять водный контур, проще ЕГО разобрать. Еще близко расположенные провода влияют, от возбуждающей катушки.

Изменено 26 июля, 2014 пользователем Palvitkab

[Andy1744]

Андрей, магнитопровод нужен для передачи магнитной индукции от возбуждающей катушки на водяную катушку, и обратно от водяной катушки на приемную катушку. Водяная катушка представляет из себя 1 виток на первом трансформаторе, и 1 виток на втором. Конструктивно - это как бы кольцо из воды. Частоту сигнала использую 40-15000 Гц от звуковой платы компьтера, поэтому магнитопровод не ферритовый, а пластинчатый, взятый из НЧ дросселя советских времен. Из Ш-образных пластин отрезал середину, и получился П-образный магнитопровод.

ну для первого макета понятно , а так то взять и прямо на водопровод намотать две катушки. нет , я что то не понимаю?

[Palvitkab]

ну для первого макета понятно , а так то взять и прямо на водопровод намотать две катушки. нет , я что то не понимаю?

Тогда получится что вода - сердечник, а магнитная проницаемость воды не меняется от ее состава.

[Xenia]

ну для первого макета понятно , а так то взять и прямо на водопровод намотать две катушки. нет , я что то не понимаю?

 

Вы не то понимаете . Суть опыта Palvitkab'а состоит в том, чтобы трубка с раствором играла роль ПРОВОДНИКА, по которому течет электрический ток, а не МАГНИТОпровода, по которому циркулирует магнитное поле! Ибо только в роли проводника раствор будет проявлять свою индивидуальность по части способности проводить эл.ток. Тогда как в роли магнитопровода он вынужден будет проявлять уже иное свойство - свою магнитную проницаемость или ферромагнетизм.

 

В зависимости от конкретной роли, трубка с раствором располагается либо поперек магнитных силовых линий (в этом случае она играет роль одной из обмоток), либо продольно (в этом случае она играет роль сердечника или его части). Если первичную обмотку трансформатора намотать прямо вокруг трубки с раствором, то вдоль той трубки будет циркулировать магнитное поле, а сама она играть роль сердечника этой обмотки. С точки зрения кондуктометрии этот вариант неинтересен, поскольку магнитные свойства растворов разнятся между собой крайне слабо. Но если трубку с раствором намотать на общий сердечник вместе с первичной обмоткой и/или прямо поверх нее, то тогда раствор окажется уже в роли вторичной обмотки. А стало быть, если трубка с раствором будет замкнутой, то в ней возникнет электрический ток, индуцируемый первичной обмоткой.

 

В данном эксперименте "водопровод" играет роль обмотки сразу в обоих трансформаторах, несмотря на то, что в каждом их них участвует лишь по половине его витка. Сам же опыт состоит том, что первый трансформатор индуцирует продольный ток по "водопроводу", поскольку тот играет в нем роль вторичной обмотки. А во втором трансформаторе этот же "водопровод" играет уже роль первичной обмотки, индуцируя ток в обмотке второго трансформатора за счет протекающего вдоль "водопровода" тока.

 

В том же случае, если мы заменим "водопровод" на обычный электрический провод, то возникнет типичная схема последовательного соединения двух трансформаторов, когда вторичная обмотка первого питает первичную обмотку второго. Единственной особенностью здесь является лишь то, что вторичная обмотка первого трансформатора и первичная обмотка второго состоят всего лишь из полувитка. Оттого и выходной сигнал настолько слаб, что его приходится усиливать ОУ.

 

P.S. В принципе можно было бы взять трубку с раствором потоньше (чтобы легче гнулась) и совершить по полному витку вокруг сердечника каждого из трансформаторов, чтобы идея стала для Andy1744 более понятной .

Изменено 26 июля, 2014 пользователем Xenia

[Palvitkab]

P.S. В принципе можно было бы взять трубку с раствором потоньше (чтобы легче гнулась) и совершить по полному витку вокруг сердечника каждого из трансформаторов, чтобы идея стала для Andy1744 более понятной .

Было бы тогда проблематично заливать туда воду, разве что насосом.

...

сейчас мучаюсь с усилителем. Главная беда - вода имеет большое эл. сопротивление, поэтому напряжение очень маленькое, после 2х каскадов на ОУ получил 25мв почти без искажений, из которых какая то часть - это наводки первого транса. Опытным путем подобрал разделительные кондеры от НЧ искажений и кондеры по обратной связи ОУ от ВЧ шумов. Надеюсь, добавив еще 2 ОУ можно будет получить преемлемый для детектора сигнал, а там и до АЦП недалеко будет.

Изменено 26 июля, 2014 пользователем Palvitkab

[Xenia]

Было бы тогда проблематично заливать туда воду, разве что насосом.

 

Вовсе нет. Это тонкий силиконовый шланг/трубка, заполняемая медицинским шприцом. Может быть, годится что-то из катетеров, продаваемых в аптеках. У них и диаметр таков, что плотно одеваются на шприц вместо иглы.

 

Тем не менее, вам едва ли стоит оборачивать "водопровод" несколько раз вокруг сердечника, даже если гибкий материал это позволит, поскольку пропорционально увеличению числа витков будет возрастать и длина пути, а, стало быть, и расти сопротивление. Т.е. многого на этом вы не выиграете.

 

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. Можно было бы пойти еще дальше, нанизав на него несколько тороидальных колец, а обмотку распределив между ними (но тут обязательно следует соблюсти условие, чтобы обмотки на всех кольцах мотались в одну сторону и соответствующим образом последовательно между собой соединялись). Такое решение было бы более эффективным, чем обматывать "водопроводом" сердечник.

 

Впрочем, к первичному трансформатору особых претензий нет, т.к. мощность он получает достаточную. А вот вторичный трансформатор нужно срочно уменьшать в размерах, т.к. в нем слишком уж много железа на тот хиленький ток, который протекает через пол витка "водопровода".

Изменено 27 июля, 2014 пользователем Xenia

[Andy1744]

Вы не то понимаете . Суть опыта Palvitkab'а состоит в том, чтобы трубка с раствором играла роль ПРОВОДНИКА, по которому течет электрический ток, а не МАГНИТОпровода,

 

спасибо , теперь понятно , я не прочитал стартовый пост .

 

Андрей , какие вы ОУ используете?

[Xenia]

спасибо , теперь понятно , я не прочитал стартовый пост.

 

Меня, как и вас, больше интересуют магнитные свойства веществ, а не их электропроводность. В том числе и возможность (или невозможность) влиять на собственную частоту колебательного контура, будучи помещенными во внутрь катушки индуктивности.

 

На этот счет я, в соавторстве с kifot1, провела прикидочный опыт, результаты которого хотелось бы обсудить с вами. Тем паче, что вы тоже задумали колебательный контур раскачивать . Сразу скажу, что результат получился банальный и малообнадеживающий, тем не менее обсудить его стоит хотя бы затем, чтобы решить, в какую сторону копать дальше.

 

В основу была положена идея лампового кондуктометра, схему которого сюда принес Palvitkab с другого сайта. Эту же схему несколько дней спустя я обнаружила в книге "Современные электронные приборы и схемы в физико-химическом исследовании" 1971 г. издания и привела оттуда выдержку. Мой интерес был проявлен не к схеме измерения, а к самому тому факту, что вещество, помещенное вовнутрь катушки колебательного контура, способно вызывать настолько значительные изменения в его поведении, что те могут быть зарегистрированы таким простым способом. Саму же схему я досконально повторять не стала, а сделала свой вариант на современной элементной базе с расширенными возможностями:

По сути это типичный ... детекторный приемник , с тем лишь отличием, что у него вместо антенны установлен генератор ВЧ с цифровым управлением частотой (чтобы можно было эту частоту не только точно устанавливать, но и сканировать, посредством ее равномерного изменения), а вместо телефона - АЦП, оцифровывающий амплитуду.

 

Генератор состоит из одной единственной микросхемы CDCE913, "раскачивающий" ВЧ, посредством умножения входной частоты, которая может быть сгенерирована либо на кварцевом резонаторе, либо взята от внешнего источника. Мы использовали второй вариант, используя в качестве генератора входной частоты 8 МГц тот же микроконтроллер, который занимается управлением и измерением (он сам от кварца 8 МГц работает). Это вариант дает возможность расширить диапазон генератора в сторону низких частот, поскольку CDCE913 способна по команде отключить свой PLL и работать в качестве повторителя или делителя. В последнем случае она с микроконтроллером на пару делит его собственную рабочую частоту в требуемой пропорции.

 

Поскольку интерес был направлен преимущественно к области ВЧ, то конденсатор у колебательного контура отсутствует, т.к. на высоких частотах собственной частотой колебательного контура предпочтительнее управлять, изменяя число витков у катушки, поскольку увеличение емкости снижает его добротность. Поэтому емкость того контура исключительно паразитной природы, обусловленная как межвитковой емкостью самой катушки, т.к. и емкостью цепи "диод + 1 nF". Фактически это была единственная возможность обеспечить приемлемую добротность контура, поскольку в самой катушке всего 4.5 витка, намотанных на ... ампулу с новокаином .

 

Диод использован высокочастотный, однако его роль сводится не к выпрямлению ВЧ (она и без того в область отрицательных значений никогда не опускается), а исключительно для того, чтобы заряжать конденсатор 1 nF до амплитудного значения, не позволяя ему разряжаться во время низкого уровня.

 

Результаты эксперимента показали, что электропроводность раствора совершенно не оказывает влияния на значение резонансной частоты контура, однако способна заметно влиять на высоту резонансного максимума. Очевидно, что в этом случае имеет место изменение добротности контура, но не его резонансной частоты.

 

Впрочем, если бы я внимательнее прочла текст из той книги, сопровождающий схему на ламповом кондуктометре, то этого эксперимента не было бы нужды ставить. А там прямым текстом было сказано "Всякое отклонение тока в генераторе за счет изменения добротности его контура будет отмечено измерительным прибором". Я же не обратила на эти слова должного внимания, поскольку была зачарована идеей изменения частоты и ее прямого счета микроконтроллером, минуя использование АПЦ.

 

Этот результат, по-видимому, имеет прямое отношение к запланированному вами опыту по измерению частоты колебательного контура в условиях повышенной стабильности среды. Боюсь, что никакого влияния дрожжей на его частоту вы не обнаружите (хотя именно этого хотел от вас Palvitkab). А эффект изменения добротности может быть не замечен вами, если измеряться будет только частота.

Изменено 27 июля, 2014 пользователем Xenia

[Andy1744]

Результаты эксперимента показали, что электропроводность раствора совершенно не оказывает влияния на значение резонансной частоты контура, однако способна заметно влиять на высоту резонансного максимума. Очевидно, что в этом случае имеет место изменение добротности контура, но не его резонансной частоты.

 

Впрочем, если бы я внимательнее прочла текст из той книги, сопровождающий схему на ламповом кондуктометре, то этого эксперимента не было бы нужды ставить. А там прямым текстом было сказано "Всякое отклонение тока в генераторе за счет изменения добротности его контура будет отмечено измерительным прибором". Я же не обратила на эти слова должного внимания, поскольку была зачарована идеей изменения частоты и ее прямого счета микроконтроллером, минуя использование АПЦ.

 

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 . Мой усовершенствованный вариант , уже на одном резонаторе выглядел так :

недостаток - крайне высокая термозависимость. работать очень тяжело.

самый аккуратный вывод какой можно сделать из этих опытов - добротность , крайне чувствительный и перспективный для создания датчиков параметр .

[Palvitkab]

Андрей , какие вы ОУ используете?

Я использую ОУ К140УД1208, вернее переделываю 2 имеющиеся у меня платы от бывшего преобразователя напряжение-частота, которым сейчас не пользуюсь ввиду имеющегося более совершенного оборудования. Там как раз имеются уже готовые каскады - инверторные и неинверторные схемы усиления, дифференциальные схемы, повторители. Перепаиваю только номиналы резисторов да дорожки подрезаю. Дело не в микросхемах я думаю, так как если закоротить вход, то ничего вредного практически не идет, проблема думаю в самом приемном трансформаторе или в его согласовании с первым каскадом усилителя. Данные трансформатора сечение 12х9мм, обмотка 450 витков ПЭВ 0.4

[Andy1744]

Я использую ОУ К140УД1208

мне кажется проще будет взять самый затрапезный инструментальный усилитель , ну хоть Ad620 ... а лучше ina118.

 

как нибудь вот так , без всего этого огорода

Изменено 27 июля, 2014 пользователем Andy1744

[Palvitkab]

мне кажется проще будет взять самый затрапезный инструментальный усилитель , ну хоть Ad620 ... а лучше ina118.

 

как нибудь вот так , без всего этого огорода

Ну если разбогатею, сделаю на инструментальном, сейчас главное проверить работает ли эффект. И я использую то что уже есть под рукой, это бесплатно.

Сейчас собрал схемку, 4 ОУ инверторные усилители, детектор на одном диоде и кондере, повторитель на ОУ. Подключил к АЦП и вывел на прогу BrainBay.

Ячейка у меня 30мл. Частота оптимальная - 4кГц. Сделал небольшой графический отчет, зависимость разности разомкнутого и замкнутого водяного витка подсоленой воды от частоты, Гц, а также реакция на замыкание витка водопроводной воды и реакция на внесение в воду небольших порций соли.

...

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

Отчет.zip

Изменено 27 июля, 2014 пользователем Palvitkab