Детектор на инфразвук

[MarioBros]

Честотомер за ниски честоти с висока точност: http://www.avr-asm-tutorial.net/avr_en/fcount/fcount_m8.html
Измерва и коефицента на запълване.

[vitan]

Новата разработка тръгна, но да станат нещата к'ак си требе, се иска още играчка.

Както предполагах, една пералня на центрофуга е добър източник на инфразвук

[emilvtc]

Относно детектването и измерването на инфра звук мисля, че сензора е критичното звено във веригата. С калпав сензор с ниска чувствителност - колкото и да усилваме изходния му сигнал няма да получим нищо, щото няма нищо за усилване ... Освен това сензора трябва да реагира във всички посоки (да има яувствителност в 3D пространството). Как това се постига с високоговорител? Май няма как да стане, щото високоговорителя (а и микрофоните) имат доста "насояена" диаграма.

Май идеята за сензора не е много добра.

Имам разработки на PIR сензор за алармени системи (има и доста из нет-а). Там честотната лента е 0.2 - 20Hz и не е никакъв проблем с двустъпален променливо токов усилвател с ОУ да се постигнат усилвания над 2000 пъти. Използваме нисковолтови rail-to-rail по вход и изход ОУ и след това сигнала го обработваме с АЦП-то на микроконтролер.
Т.е. микроконтролера измерва (семплира) сигнала на всеки 8mS. Буди се - измерва сигнала с АЦП, обработва го и се приспива. И това всеки 8mS. При това консумацията на устройството е около 20uA и с една 3.6V батерия с капацитет 1Аh кара няколко години ...
Има само 2 чипа - едим двоен ОУ и микроконтролер. Цената на всичко това заедно с кондензаторите и резисторите не надхвърля 5-7 лв ...
Та ако вместо PIR сензор на входа и включим някакъв сензор на инфра звук - не виждам никакъв проблем схемата да го процесва.

Та в този случай (както и при много други измервания на неелектрични величини) "тънкото" место е сензора. Диаграмата му на насоченост/чувствителност и самата му чувствивтелност за дадения честотен диапазон. 

[vitan]

Дай каквото имаш по начин, по който технически грамотен човек да направи репликация. Нещо от рода: имам нещо, което не го наричат детектор на инфразвук, а нещо друго… на мен не ми върши работа.
В Нета има само една схема, която човек може да я повтори, но те е филтър на 10 херца – от двете странични ленти колкото отреже, толкова. Моята е от някъде 0,2 херца, до колкото си я настроиш. Има играчка още и за това толкова.

Детектора при мен трябва да е говорител с по-голям диаметър. Понеже инфразвука не е като ВЧ-то с ясна насоченост, то ако някой иска си слага 2 говорителя на 90 градуса и е щастлив. Един говорител ще приема отпред инфразвука, но и отзад през дупките също. Няма да се сбърка толкова. Ето ти 360 градуса.

С PIR сензор не съм се занимавал, но факт е, че при мен нещата работят с говорител за сензор. И то някакъв от стар телевизор. Може да се "подкове" с магнити от HDD, но няма чувствителна разлика.

[EDM electronics]

Колегата Витан е прав. Високоговорителя ще приема и отзад. Той и в същинското си предназначение, като предавател си излъчва назад.

Аз си мисля, че по-добър датчик от високоговорител няма. Колкото е по-голям диаметъра му, толкова и чувствителността ще е по-голяма.

Още по-голяма ще е, ако се сложи по-мека пружина на мембраната. Иначе, така е. За 360 гр.  обхват, могат да се сложат най-малко два говорителя или пък повече наредени в кръг.

Колега emilvtc, ти какъв сензор имаш предвид?  Ако е нещо извънземно казвай, даже показвай, ще е интересно да видим.

[emilvtc]

Дадох само като пример процесването на сигнали с близък честотен спектър, които съм правил. PIR = Pasive Infra Red сензор. Използват се по алармените системи за детектване на движение и присъствие (сензори по стените с френелова леща )

Може да им се изхвърли PIR преобразувателя и на негово место да се закачи въпросния сензор на инфра звук.  Усилвателният им тракт е променливотоков и усилва над 1000 пъти в честотен спектър 0.2 - 20Hz.

Аз ли бъркам или не се разбираме за какво говорим, но с тези говорители ще приемете инфра звък само ако източника е отпред или отзад на говорителя. Какво правим, ако източника е отстрани или отгоре/ отдолу?

До колкото ми е известно всички микрофони (в това число и високоговорители) имат сравнително "тясна" диаграма на насоченост. При говорителите слагат в центъра им хартиена полусфера (хартиена за да е лека), която да разшири (отвори) малко диаграмата им на насоченост ...
   
Т.е. опитвам се да кажа, че въпросният уред със сензор - говорител ще отчита различни стойности в зависимост от насочеността на говорителя към източника на звук.  Т.е. за какво ви е такъв "насочен" сензор ? 
Като за начало трябва с "ненасочен" уред да отчетем наличие, а след това ако е нужно с "насочен" уред да търсим и определим посоката към източника на инфра звук.

[vitan]

Това може да стане едикак-си не ми върши работа. Особено, ако НЕ говорим за инфразвук, а за нещо, което само на пръв поглед изглежда подобно.

Знам, че с MCU ще стане най-добре, но нито имам времето за дълго навлизане в материята, нито времето за експерименти. Става просто едва, когато монтираш времедиаграми и математика за филтрация в алгоритъма. А така става бързо и достъпно за всеки. Ако някой намери пазар за това, да отделя ½ година… Ама няма нали?

Колкото е по-висока честотата, толкова по-насочен е звука. Елементарно е. Един бас трудно се открива по посока на звука (за разлика от чинели например). При инфразвука посоката е още по-малко откриваема. Ако сложиш говорител, обърнат надолу към една дървена маса например, откъдето и да иде инфразвука, дали няма да получиш сигнал в детектора? Приеми дървената масата като инфразвуков резонатор (по подобие на китара "кухарка").

[vitan]

Да, компютърната симулация е голяма работа, но не отразява реалния живот Та детектора има усилване към 1 000 000 пъти. С честотната обратна връзка става към 1000. Обаче и най-малкото влияние на захранването или паразитна обратна връзка дават отражение (натрупване) и след време усилването отново става 1 000 000. Което в следващия момент обръща системата в генератор (самовъзбуждане). Принципно работи, но не мога да преценя дали е надежден.

Направил съм нещата с каквото съм имал на хвърчащ монтаж. А трябваше на 1 платка с SMD-та за миниатюрност и устойчивост. Ако някой има мерак да повтори нещата, мога да постна схемата и да седна да разработя SMD платка. Иначе не знам кога ще ми дойде музата да го направя. Друг проблем е, че ОУ-тата не са rail-to-rail. За това че не са, ме подведе едно примерно решение на Altium за 1 стъпало [ не нашия, а фирмата Алтиум ] Така де, нали ми трябваха моделни параметри за проектирането… Някой има ли опит с rail-to-rail ОУ-та ?

[emilvtc]

Някой има ли опит с rail-to-rail ОУ-та ?

Имам някакъв опит с тах. Какво те интересува?

[vitan]

Въпроса е принципен:

Фирма Алтиум дава пример като връзва единия вход директно към изхода, без ОУ-то да е: rail-to-rail.

Възможно ли е от това да се самовъзбужда след време системата? Примера е един филтър, но той може да е за някаква постоянна обработка на сигнали, а не в "чакащ" режим...

[emilvtc]

Не разбрах каква точно е схемата за която говориш и какъво имаш в предвид като казваш Altium ме подведе ...

Щом връзват единият вход на ОУ към изхода - предполагам, че това е инвертиращият вход. Така усилвателя работи като повторител (импедансен преобразувател) с коефициент на усилване "1".  Не е задължително ОУ да е rail-to-rail  за да работи като повторител.  Ограничението идва от обхвата на входните и изходните напрежения в зависимост от захранването. Т.е. ако примерно захранването ти е 3.3V и обхвата на входният сигнал ти е  0.1-3.2V - значи ти трябва rail-to-rail ОУ и то както по вход, така и по изход.

Относно шумовете по захранването - когато усилването е голямо - пулсациите по захранване подтиснати от ОУ (с CMRR по захранване) се усилват. За да избегбеш това - захранването трябва да ти е добре филтрирано или по-добре стабилизирано със стабилизатор.

За да съм по-полезен и да не разправям общи приказки - дай конкретна схема за да я обсъдим и коментираме.

[vitan]

Алтиум-а даваше пример за компютърна симулация с ОУ - схема НЧФ. До сега не съм правил симулация и те така... Захранване -5V и +5V. Иначе с еднополярно захранване не излиза симулацията. Схемата виртуално работи, но реалността винаги е друга

Тия дни ще направя още 1-2 неща, които ми хрумнаха и ще седна да коригирам последно схемата. И ще я постна. Между другото в Нета няма постната схема, която да е сериозна и човек да си я направи. Защо ли?

[emilvtc]

Симулаторите са много хубаво нещо - стига да има подходящи модели на компонентите.

Вероятно не получаваш правилни резултати заради модела на използваните усилватели. Зависи кой за какво и как е правил моделите.
Само като пример - един транзистор има няколко модела в зависимост от схемата която симулираме. Примерно високочестотен модел на транзистор (отчетени за високочестотните параметри, както и паразитните индуктивности на изводите му). Разбира се нискочестотния модел на същия транзистора не отчита тези неща.

Освен това моделите имат своите ограничения наложени още при създаването (моделирането) им.

Използвам от около 10г. P-SPICE и го използвам основно за идейни симулации на схеми, като не разчитам на 100% на резултаа. Идеята ми е да оценя кое как и до колко влиае на схемата. За да нямам изненади гледам да използвам идеализирани компоненти - интегратор, идеален усилвател и др.

Използвам ги и за да оценя и до колко разброса от толерансите на стойностите на компонентите би повлиал на изходния резултат.

Т.е. за да получим истински резултат от симулаторите - трянва да сме много навътре в материята и да сме в състояние да направим сами моделите на компонентите. Само като пример един транзистор има над 60 параметъра и множество семейства характеристики, които зависят и от работната точка.

За точен резултат- взимаме въпросния транзистор, снемаме му параметрите и характеристиките в работия режим в който ще го използваме (при използваната работна точка), Правим си модел с тези параметри, използваме модела в симулираната схема и едва тогава бихме получили точен (много близък до реалния) резултат от симулацията.

Разбира се това почти никой не го прави по обясними причини.

[CPU]

рей то рейл усилвателите са направени основно за да решат някои проблеми при еднополярното захранване,  ако се ползва +- 5 волта не би трябвало да е наложително използването им. По скоро трябва да се търси нещо с малк шум и малък офсет, освен това ако използваш ОУ като филтър, там усилването не може да е голямо, слагаш още един, който само да усилва.
И някои съображения по високоговорителя който използваш като микрофон:
При такива ниски честоти, дължината на звуковата вълна е голяма ( напр. 34 м при 10 херца) и на практика, както между впрочем е и при възпроизвеждане, получаваш акустическо късо съединение между предната и задната част на мембраната, и сигнала е близък до нула. Според мен, най малкото нещо което трябва да се направи е да се постави говорителя в затворен обем.

[vitan]

Благодаря за акъла Може би и това, че няма идеална симетрия м/у +5 и -5 волта е причина за "натрупване" на паразитен сигнал. До колкото се сещам в професионалните разработки май имаше един ОУ да се грижи за работната точка. Както и да е. Тия дни трябва да постна моята и чуждата схема....