Собственно интересует элементная база в виде датчиков.

Лазерный излучатель + школьная линейка
Утрирую, конечно, но принцип тот же.

Думал над этим... Только таких изделий на рынке не нашел. Во всяком случае, которые удовлетворяли бы тербованиям по точности. Амплитуда колебаний достатончо маленькая.

Вот сейчас пришла мысль использовать для данной задачи ультразвуковой микрофон, который будет приклеиваться к поверхности излучателя...

>Вот сейчас пришла мысль использовать для данной задачи ультразвуковой микрофон, который будет приклеиваться к поверхности излучателя.

это изменит резонансную частоту излучателя и его добротность...
если это не проблема....

Вы уточните - что за излучатель -
и что значит "измерить"

Можно интерферометр использовать.

Ну то что изменит его добротность - это понятно, он и так работает на переменную механическую нагрузку, так что это особо не пугает. А по сути мне нужно измерить на самом деле мощность, которую излучатель отдает в механические колебания. Это нужно для системы АПЧ. Вообще сейчас например АПЧ реализована на поиске минимального значения модуля Z (комплексного сопротивления) излучателя, но всилу множества причин от этого метода хочется отказаться и построить работу АПЧ на измеренной механичекой мощности колебаний. Мощности разные ... от 100 мВт, до 300 ваттных (естественно, это не одно и то же изделие).

вроде для цепи обратной связи слово "измерить" мягко переходит в "заценить"...

ну дак емкоснтым съемом....наверно просто будет....
вы правда не сказали что за актуатор...

Пьезокермические излучатели.. Разных моделей и мощностей.

Действительно, для обратной связи достатчно всего лишь оценить (больше - меньше), но в одном из приложений еще нужно и выдавать строго определенную мощность. Хотя это приложение самое маломощное.

Да, но мощность отдаваемая в среду зависит от свойств не только керамики, но и самой среды

http://www.bkhome.com/bk_home.asp конденсаторный измерительный микрофон от Bruel&Kjaer.

measurement page 21 http://www.murata.com/catalog/p19e.pdf

Простите, а зачем Вам вообще нужны какие-то датчики?
Амплитуда колебаний однозначно связана с напряжением на излучателе (во всяком случае, в линейном режиме его работы). Вот и воспользуйтесь этим.

Тупо брали узел фокусировки линзы от сдрома, выковыривали линзу для облегчения массы и прижимали или клеили к поверхности излучателя ( но излучатели были низкочастотные). Калибровали сами. Понятно, что как источник сигнала использовалась только катушка фокусировки.
Для интерферометра нужен - гелий-неоновый лазер (или одномодовый полупроводниковый). Очень легкое зеркальце клеится на поверхность излучателя. Полупрозрачная пластина- светоделитель выковыривается из того же сидирома. Зеркала плеч интерферометра ( и пьезоизлучатель) надо крепить в подставках с точной юстировкой по углу. Приемник- любой быстрый фотодиод. На выходе- компаратор и быстрый счетчик- число минимумов-максимумов интерфернции даст ход излучателя. Желательно синхронизироваться с направлением движения излучателя, а то такая схема неотличает движение вперед-назад.

Мда.. у меня нет слов, Станислав...

Кто сказал, что излучательнаходится в линейном режиме?

До линейного режима в случае с АПЧ там как от Москвы до Парижа.

Я бы попробовал ёмкостный датчик , работающий на ВЧ . Например , включить его в контур генератора , и измерять потом девиацию частоты , или применить ёмкостный мост . Лазер тоже хорошее решение , но сложнее , и более капризное в настройке .........

А требования-то какие? Точность, форма, амплитуда, повторяемость/калибровка, стоимость, стойкость к помехам, опорные поверхности/среда, статика/динамика и т.д.

С десяток - полтора популярных методов есть, если не больше.

Кпацитивны влияется от куча факторов - индуктивны датчик трансформаторным типом более линеен - делал такой на 2 килохерц на плотное железо - тороид - а железо понадобилос для увеличение електромагнитних потер - эти потери линеинизировали характеристика - котва приклеивается к излучателя - это было давно так что могу помоч только с идеи - диаметр был 12мм - калибровка тоже легко делаетса - по несколко кнтролных точек для разных големинах зазора.

Не понимаю, что Вас так смутило?

А вот это кто написал?:?
При малых амплитудах нелинейные явления в излучателе и среде, как правило, пренебрежимо малы.

Простите, пропустил, что переменная нагрузка. Только при чём здесь нелинейность? Да ещё в связи с АПЧ? Просто амплитуда будет зависеть от нагрузки, но останется пропорциональной напряжению на излучателе, то есть линейность будет сохранена.
Для нахождения частоты, при которой излучатель отдаёт максимальную мощность, этого более чем достаточно.

ЗЫ. А почему измерение Z датчика не устраивает? По нему найти максимум и оценить мощность куда проще. Только нужно измерять не модуль, а полное сопротивление.

В мой пост пропустил то что питание первичны обмотки должно быт генератором константным синусоидалным током чтобы магнитны поток остался постоянны и чтобы коефициент трансформации линейно зависил от зазора - тороид - чашковидны формы не знаю точно как по руский расчет рабочей точки на линейны участак - железо мягкое - сейчас не могу марка спомнит - первые експеименты делали на ферит но потом выяснилос что неподходит потом с сталь 3 был первы успешны етсперимент а потом нашли и пермалой - не знаю как по руский.
Потери являются товар близкий к короткое замыкание и держат рабочей точки в самое начало характеристики где хистерезис нищожен - точност котороя успели достич по всех требования класа 0,5% .
Делали ето в те времена когда появилис первые персоналные 8 битовые компютры и эще для одночиповых только в литературу читали.Схема была хибридная - аналого-цифровая а АЦП на компараторы делали.

Согласен :-) Но на самом деле меня интересует общий подход. Изначально я написал вопрос раздумывая над темой ультразвука для медицины - там действительно маленькая амплитуда, но потом такая же задача стала интересна для более высоких мощностей (До 300 Вт) - там амплитуда приличная. К тому же, нагрузка на разных излучателях меняется по разному. Например в случае с мощными - в разы (от 100 ом до 1 кОм)



Забыл добавить, что амплитуда напряжения на нагрузке резко изменятся с резким изменением самой нагрузки (Стабилизируется только мощность).




Полное сопротивление довольно непросто в тех условиях, что есть сейчас. Для того чтобы измерить полное сопротивление придется мерить сдвиг фаз между напряжением и током, что возможно и будет реализовано следующих версиях :-) Пока же хотелось бы измерить амплитуду колебаний на самом излучателе неким датчиком, завести на неиспользуемый канал АЦП, и пользовать для АПЧ.

По модулю же все прекрасно работает, однако это сильно грузит процессор - используется простенький AVR, который кроме данной задачи выполняет еще кучу других задач, а аппаратного деления у него как известно нет. Вообщем, аппартаное решение было бы более примлимым.

Да , индуктивный датчик может быть более точным , но его трудно сделать лёгким . Мы либо должны двигать катушку , либо сердечник , либо сердечник с катушкой А это всё - большая масса . А вот там , где датчик должен быть лёгким - как я думаю , только ёмкостный датчих будет хорош . В данной теме - я однозначно за ёмкость ! Или уже - лазер , но это будет сложнее , и значительно .

P.S. Кстати , тот сердечник , который вы применяли , называется не тороидом , а броневым сердечником . У него как раз половинки можно двигать относительно друг друга .............



Так это сопротивление может зависеть ещё от разных факторов , например - от температуры . Про это тоже забывать нельзя !

Почему непросто? Дополнительно потребуется только токовый датчик и аналоговый перемножитель (возможно, ещё и ОУ).

Ну, так и сделайте его.
А как Вы модуль Z определяли?

Вероятно неправилно выразился - неть вторая половинка - котва сама собой представляет тонкий металны цилиндр (похож на копейка) дебелиной 0.8 мм - он приклеивается на поверхност излучателя - мы вибрации подшипника измеряли и приклеивали и дистанционную пластину изоляционного материала чтоб уменшит влияние металов вокруг.
По отношении изработки вы прав - опитны образец делали более 10 раз прежде уточнит все - но потом для серии когда все уточнено получаеся дешевы вариант а когда надо померит вибрация в 72 контролных точек - на каждые 5 угловых градуса а как начало 20 изделия заказ то стоит задуматся.

Конечно геометрия в конкретной случай должна быт другая скажем меншие размеры - эсли изделие одна бройка то стоит стандартны датчик применит думаю Фесто делают подобные

П.С. Эсли этот метод собираэтес применит надо имет ввиду что первычная намотка обезатело надо с константным синусоидалным током а неть синосоидалным напряжением хранит - стоит задуматся и над частотой - возможно в вашем случае более ниская потребоволос - чтоб легко урезали и детектировали утразвуковой - на два порядок менее скажем.
Вибрации которые мы померяли были в диапазон до 0.02-20 херц.

Капацитет очень силно зависит от влажност воздуха - при контролируемая среда в общем согласен но для обычных условиях мусор получаэтся.

В конкретны случай ултразвуковы микрофон можно применит эсли точност не критична - влажност и темперетура тоже влияют ему отрицателно.

Практически зависит слабо, да это и не важно вовсе. Важно то, что активная составляющая напрямую от температуры меняться не будет - она определяется в основном нагрузкой излучателя (средой).

Можно и так рассуждать , но есть одно слабое место - активное сопротивление излучателя определяет , сколько энергии потребляет излучатель . Но при этом - часть энергии излучается , а часть - расходуется на нагрев излучателя , то есть это - потери . И вот , даже зная активное сопротивление , мы не можем знать , какая доля энергии идёт на излучение , а какая - на нагрев . Поэтому этот метод всё же не точный ... это всё равно , как судить о выходной мощности передатчика , зная мощность , подводимую к выходному каскаду .

В целом, это верно. Однако, излучатель в разреженной среде имеет большую добротность, поэтому, в линейном режиме его работы потерями на нагрев можно пренебречь.
Более того, в линейном режиме величина потерь будет вносить только мультипликативную ошибку в результат измерений, которую можно легко вычислить при калибровке, если нужны ну очень точные измерения. Для однотипных излучателей этот к-т будет близким, так что индивидуальной калибровки не потребуется.

Проблема решена, советы не требуются?

Занимаюсь вибрацией. Долго. Вот подсказки:

амплитуда вибрации = размах вибросмещения - меряем проксиметрами - принцип модуляции и изменение амплитуды в зависимости от расстояния проксиметр - металл.
Индуктивная катушка и сердечник - велометр, измеряет виброскорость (пропорц. напряжению на катушке) - один раз интегрируем - получаем вибросмещение.
Акселерометры - на выходе или заряд, или напряжение - измеряет виброускорение - двойное интегрирование - получаем вибросмещение.
Точности в системе можно достичь около 1%, чаще всего в механие меряют с 5 и 10% точностью. Диапазон акселерометров пьезо 1Гц - 10КГЦ (есть до 16, 20К)
Диапазон велометров - 1 Гц - 1Кгц (чаще)
Диапазон проксиметров - 1Гц - 250Гц(500Гц)
Конечно, есть более дорогие исключения.
Для лабораторных измерений конечно интерферометры.
Для супермаленьких объектов - емкостной метод.
Интересны акселерометры AnalogDevice ADXL (103, 203). Недорогие, маленькие, но точность невысокая.
По чувствительности смотрите сами, очень широкий диапазон.

У нас похожая проблема. Частоты - от 22кГц до 120кГц. Амплитуда 1 микрометр, и 20микрометров. Важен процесс и способ калибровки - поверки. Форма - искаженная прямоугольная. Желательно измерять до 1-4%.
Форма поверхности излучателя - полушарие, материал - металл с пластиковым покрытием. Что посоветуете?

http://www.sandia.gov/news-center/news-rel...anomeasure.html

Это для любознательных. А по делу?

Ну, если Вы захотите делать подобные приборы , я бы разузнал о возможности изготовления "гребенки"

Здесь бы подошел волоконный интерферометр. Типа тех, что "физоптика" делает.

Во-первых, нам нужен не прожект, а действующий измеритель. Во-вторых нам не нужна визуализация и т.д. В третьих, наши амплитуды намного больше длины волны всего, что только можно представить в качестве излучателя для такой системы, т.е. "базар вааще ни о чем"



Очень интересно, это www.fizoptika.ru? На сайте одни гироскопы...
Кста, как интерферометр отнесется к пластмассовой сфере, зеркало клеить на каждый экземпляр?

Гироскопы и есть в некотором роде интерферометры. Только посложнее. Насчет зеркала - скорее всего хватит света, который отражается от поверхности Ваших деталей без всякого зеркала. Но я не телепат, вдруг у вас там все специально сажей с маслом зачернено ...

Да, конечно интерферометры. Все-таки несколько другие наверно.
Насколько мне известно из учебной литературы , в гироскопах ловят малые изменения фазы, а нам нужно более десяти длин волны плюс фаза тоже. Как Вы представляете переделку?
И по сложности... заявленая полоса у гироскопов всего 1000Гц.

Вам только интерферометр от гироскопа нужен. Раньше они его продавали. Из интерферометра торчит волокно, котрым Вы собственно и измеряете амплитуды. А сигнал с фотодиода придется обрабатывать самим.

В гироскопах интерферирует свет, который набегает по волокну во встречных направлениях. Все остальное - обработка сигнала.

Именно в обработке. Поскольку отражающая поверхность диффузная, требуется немонохромный источник (белый?), обработка будет очень медленная. Разве есть прецеденты обработки в такой полосе частот? Мне казалось, что интерферометры с немонохромным излучателем - это что-то низкочастотное, несколько килогерц, не более.

Это зачем вам белый свет ? Тав в интерферометре стоит лазер, апертура одномодового волокна очень маленькая, поэтому никаких проблем при разумном расстоянии волокна от поверхности не будет. В волоконо будет попадать только тот свет, который пройдет туда и обратно. Диффузное отражение приведет только к тому, что вернеться немного света.

Вот как я представляю основные проблемы.
1. Модулятор. Частота наверно должна быть не меньше 500 КГц... на чем, как?
2. Выделение перескока фазы. При диффузно отражающем объекте и минимальном расстоянии до торца световода где-то 0.5мм . (были фантазии о допканале белого света).
3. Обработка.

P.S. У Физоптики не лазер, а СЛД.

Если у него длина когерентности много больше Вашей амплитуды колебаний - сойдет. Я так и не понимаю, зачем Вам белый свет ? Он только "размажет" картину - в нулевой разности хода будет приличный пик, а дальше пойдет черти что.
Надо просто цифровать сигнал с фотодиода и восстанавливать движение. Если еще при этом есть синхросигнал от генератора, который накачивает керамику, совсем хорошо - сильно облегчит жизнь. Не надо ничего дополнительно модулировать, только отрезать постоянную составляющую.

Длина когерентности у СЛД всего несколько мкм, лазер все-таки нужен.
История с белым светом досталась мне от наших специалистов-разработчиков, много лет пытавшихся решить задачу "между делом". Они тут бывают и посмеиваются в курилке.
Поскольку реальное движение поверхности излучателя не всегда совпадает по фазе и амплитуде с возбуждением, задумывали второй независимый канал белого света, для определения реального положения за счет всплеска в нуле. Но это просто одно из мнений.
У меня пока нет понимания, как можно восстанавливать движение без какого-то сигнала, дополнительно определяющего фазу. Читаю разные материалы про измерения расстояний и рельефов, но везде модуляторы.

Так по идее не надо знать фазу колебаний, достаточно знать частоту. Дальше надо восстановить из сигнала w биений и пересчитать. Похоже достаточно скорости движения поверхности в м/с и частоты колебаний.

Частота есть, а скорость по-моему неоткуда взять.
И скорость наверно нужна мнгновенная, в каждой точке, так как траектория сложная.

Надо померить амплитуду (примерно) синусоидальных колебаний, я правильно понимаю ?

Тогда, записав интерферограмму для нескольких колебаний, Вы имеете все данные для вычисления смещения с точностью до знака в каждой точке. Если Вы при этом заранее знаете частоту, вычисления существенно упростятся.
Как восстанавливать смещение - это чисто вычислительный вопрос. Функции все гармонические, тут фурье анализ, как принято говорить, рулит.

В том и дело, что траектория движения излучателя несинусоидальная , см мой первый пост.

А сигнал, связанный с формой колебаний, доступен ? (ток через излучатель, например). Тогда тоже можно восстановить. Второй канал оптического измерения в данном случае даст только возможность определить направление. А можно и на гармоники разложить.

Вам нужно сделать или купить?
И еще: насколько критична цена и насколько важна форма на верхней частоте?
Насколько я знаю, полосу выше 500 кГц никто не делает.

Если есть возможность осветить лазером поверхность и пятно отраженного луча принять на PSD (Position Sensitive Detectors ), то 1% теоретически вытягивается. Диапазон подбирается геометрией пучка (у STM/AFM, например, будут нанометры, в Вашем случае надо настроить на микроны). Найти, что-то такое, в готовом виде думаю трудно. Сами PSD вполне доступны, я брал здесь. Ну и для калибровки придется придумать стенд. Удачи.

Не пройдет. У AFM собственно измерение происходит за счет смещения керамики (калиброванной, или с одтельным емкостным сенсором), загоняющей отклонение луча в 0. По самому же отклонению оценить можно только для точно съюстированных приборов. Для контроля чего-то такой принцип не годится.

Как мне сказали, форма и фаза никак не определяются. Работа идет вблизи резонанса, но насколько вблизи - неизвестно.

Пойдет и то и другое, зависит от цены. Пока планка где-то 3500уе за 7 штук. Интересует амплитуда (для настройки) и мощность (для отчетности).



У нас уже 5 лет назад сделан макет на PSD Hamamatsu, но на 120 кгц не тянет.

Вот появилась идея сделать модуляшию намного ниже нашей частоты, поделив частоту генератора.
Тогда получим Х целых периодов с одной фазой и Х периодов с другой. Если излучатель не шевелить, можно получить пару или больше абсолютно одинаковых записи в ОЗУ.
Что скажут Гуру, информации будет достаточно? Мои мозги неспособны это понять.