Люменвокс — акустико-фотонный анализатор пульсаций. Модель АФАП-1
Хотите измеритель пульсаций за 3 доллара? Легко!
Нестандартная реализация измерителя пульсаций бытовых источников света на фототранзисторе TEMT6000.
Флуд, угар и содомия. Детям до 18 вход воспрещён! Сегодня же пятница ))
Совместными мозговыми усилиями было придумано уникальное название и аббревиатура.
«Люменвокс» (от латинского lumen=свет и vox=голос).
Модель «АФАП-1» — Акустико-Фотонный Анализатор Пульсаций, версия 1.0
Типа введение.
В лучших традициях СМИ положено пугать и кошмарить людей любой информацией.
Поэтому, чтобы не нарушать правила:
«Пульсация светового потока (эффект мерцания).
На многие вещи, связанные с повседневной деятельностью человека, зачастую влияет качество света—это давно известный факт. Иногда мы даже не задумываемся о последствиях—процессы проходят на подсознательном уровне, почти как во сне. Как снизить нагрузку на мозг в четыре раза и увеличить эффективность труда, а также о других эффектах пульсации светового потока—подробнее в нашей статье.» ©
Источник: статья Коэффициент пульсации в осветительных установках.
+ Ещё по теме: Пульсация, мерцание светодиодных ламп: причина и способы борьбы с ней. Всё о светодиодных лампах.
1. Схема для опытных радиолюбителей была представлена
в мартовском обзоре в 2021 году.
Всего один человек осмелился её повторить. 😉
Интерес к данному классу устройств сохраняется и по сей день, т.к. ленивые производители упорно не желают наполнить рынок измерителями пульсаций за каких-то 5-10 долларов…
Самое парадоксальное: всё понимают, что комплектующих кот наплакал на 1-2 доллара всего, и прошивку может написать любой студент-троечник.
А готового к использованию и повторению устройства по прежнему не видно.
«И пришло время хоббитов зарамсить проблему.» ©
2. Постановка задачи (ака ТЗ):
— схема должна быть простой в сборке и настройке
— никаких процессоров, прошивок и прочей ереси
— в качестве устройства отображения: смартфон или ноутбукнетбукперсональный компьютер (ПК)
— желательно отсутствие дополнительного источника питания (аккумуляторов, сетевых БП и других генераторов электрического тока)
Доступные ресурсы:
— паяльник, инструменты, прямые руки
— трезвое мышление (опционально)
— исправный мультиметр
— расходные материалы
— минимум радиодеталей
кухня с холодильником
умение читать-писать
и т.д.
PS
никто не обещает сборку устройства в полевых условиях при помощи мультитула 100в1
3. Элементная база (или из чего будем собирать поделку).
3.1 Фотоприёмник — фототранзистор TEMT6000
Характеристики:
Из всех этих таблиц обращаем внимание на следующие цифры:
— максимальная мощность на коллекторе 100 мВ (естественно, не надо мучить маленький транзистор; не следует превышать 10..20 мВт)
— максимальное напряжение на коллекторе +6 В
— фототок (коллектора) 50 мкА при освещённости 100 лк
Схема включения стандартная:
При таких номиналах спалить фототранзистор (ФТ) не получится. 😉
Схема выше напоминает… схему подключения компьютерного микрофона (электретного капсюля)
Для звуковой карты (ЗК) без разницы, что мы туда подключим: электретный капсюль (ЭК) или какой-то другой источник тока.
Питание ЭК составляет обычно 2..2,5 В, коллекторный резистор (резистор «подтяжки» ) 1,5..4,7 кОм.
Поэтому максимальный ток, на который можно рассчитывать в худшем случае 1,2 В / 4700 Ом = 255 (мкА).
Это при условии, что напряжение коллектор-эмиттер ФТ около 1 В.
3.2 Корпус подойдет любой размерами с мыльницу.
Цвет, форма, закругление углов и т.д. — на Ваш вкус.
3.3 Микроамперметр потребуется любой малогабаритный.
Точностьлинейность его не очень важна. Главное — стабильные показание всего в одной точке шкалы.
Возможные варианты:
1) стрелочный индикатор (аля мультиметр) в режиме измерения «мкА»
2) бу фотоэкспонометр серии «Ленинград»
3) любой стрелочный индикатор от советского магнитофона
или М476_1
или М4762
или М58501
и т.д.
Где-то я хорошо запрятал свой 5-й боевой Ленинград-4 (его нет на фото), поэтому из быстро найденных в загашниках придётся использовать любой с севшим селеновым фотоэлементом, но с живой отклоняющей системой (гальванометром).
Для расчёта коэффициента пульсации Кп надо знать две величины:
— освещенность Ev
— значение пульсации deltaEv именно при этом значении освещенности (Ev)
ВАЖНО: значение освещённости не обязательно знать точно.
Соотношение пульсации светового потока к световому потоку (т.е. Кп)
для источника светового потока есть величина постоянная.
Чтобы обойтись без вычислительного модуля (надо же каким-то способом выполнить
операцию «деление», т.е. вычислить Кп = deltaEv / Ev ), используется проверенное решение.
Смысл его простой: замер Кп необходимо выполнять на таком расстоянии от тестируемого источника,
чтобы освещённость фототок коллектора составил 200 мкА.
Вот для этого и потребуется любой малогабаритный микроамперметр.
4. Вариант схемы № 1 не заработал.
Разобрал я экспонометр Ленинград-4 и проверил микроамперметр (ака гальванометр):
— середина шкалы «5» 20 мкА
— максимум шкалы «8» 50 мкА
— сопротивление 2,8 кОм
Точка шкалы 20 мкА наиболее предпочтительна.
Чтобы получить 200 мкА в середине шкалы потребуется шунт 311 Ом.
Особая точность подбора шунта не требуется: сгодится резистор МЛТ-0,125 номиналом 300 Ом или 330 Ом.
Как посчитать шунт для любого другого микроамперметра?
Параграф 143.
ФТ TEMT6000, закреплённый двухсторонним скотчем на кусочке электрокартона:
У модуля три контакта (металлизированных отверстия в ПП) для подключения:
— общий GND (земля)
— питание Ucc (дорожка к коллектору ФТ)
— выход OUT (сигнал; дорожка от эмиттера ФТ)
На ПП присутствует резистор в цепи эмиттера ФТ. 1в1 обычный эмиттерный повторитель.
Какой смысл именно в такой схеме — фз.
Пара проводников подпаяны к коллектору и эмиттеру ФТ (выводы Ucc и OUT на плате).
Собрал, как мог, всё до кучи:
Заслонку со шкалой зафиксировал в положении «1-8 канал» каплей термоклея.
Схема №1 (нерабочая):
Можно заметить, что «плюс» гальванометра конструктивно «сидит» на его корпусе, где по логике должен быть ноль (ака масса или корпус).
В результате монтаж получился «наизнанку»: ноль (экран) подключен к эмиттеру ФТ, а сигнальный провод (плюс на схему) — на корпус (металлические детали).
Как следствие, схема ловит сетевую наводку 50 Гц и её гармоники.
Поскольку всё уже было собрано, ещё немного потестировал устройство.
Вот так всё выглядит в сборе:
ОБЯЗАТЕЛЬНО использование молочной насадки!
Молочная насадка на «экспонометре»:
Алгоритм использования предполагается следующий:
1) изменяя расстояние между измерителем и источником света (ЛН, фонарик и т.д.) получить показание «5» на гальванометре, что соответствует некоторому значению освещённости Ev
2) пульсации освещённости (переменную составляющую) deltaEv измерить… спектроанализатором на ПК
Ошибка в расчётах и слабая помехоустойчивость схемы поставила крест на дальнейших испытаниях.
5. Вариант схемы №2 (рабочий).
Пояснения:
— гальванометр «превращён» в вольтметр: при нулевом освещении ток через ФТ отсутствует, и на коллекторе ФТ присутствует напряжение +2,5В; соответственно, «вольтметр» показывает «8» (максимум на шкале)
— резистор 51 кОм установлен между плюсовым сигнальным проводником кабеля и плюсом гальванометра;
плюс гальванометра конструктивно является массойкорпусом; при этом на сигнальный проводник ловится меньше помех
6. Подключение устройства к ПК или ноутбуку (к обычному микрофонному входу) не вызывает сложностей.
Находим розовую дырочку микрофонный вход у компьютера или ноутбука
и подсоединяем к нему устройство.
Сразу после подключения (световой поток отсутствует или незначительный) стрелка гальванометра показывает «8».
Дальнейший алгоритм использования не изменился:
изменяя расстояние между измерителем и источником света (ЛН, фонарик и т.д.)
получить показание «5» на гальванометре. Напряжение на коллекторе ФТ при этом составляет около 1В.
Рекомендуемый софт: программа SpectraLab.
ВНИМАНИЕ! В настройках системы для микрофонного входа обязательно отключите всякие улучшалки и АРУ (снять галку с опции «AGC» и отключить дополнительное усиление ):
Усиление (чувствительность) установите на 50 %.
Для калибровки приборчика использованы табличные данные пульсаций ламп накаливания (ЛН) 40Вт и 60Вт:
Почему именно ЛН выбраны в качестве эталонов пульсаций?
Очевидно, потому что такие ЛН общедоступны!
7.
Можно использовать кабель-переходник Type-C на AUX 3.5mm:
Или ещё проще: подсоединиться к выводам «масса» и «микрофон» в гнезде для стандартной гарнитуры
Используемый софт:
или что-то аналогичное
Важно, чтобы утилита могла показывать значение пика сигнала для интересующей частоты.
Бесплатных программ для Андроид — великое множество.
Я не ставил перед собой задачу перепробовать их все (тут ещё на несколько обзоров хватит).
Проверяйте, пробуйте, делитесь результатами.
Лично меня устраивает SpectraLab на стационарном компьютере.
8. Измерения.
ЛН 40 Вт
Сначала получил клиппинг (перегрузку), поэтому пришлось снизить усиление в настройках системы до 33 попугаев.
ВАЖНО: для всех последующий замеров используйте одинаковое значение усиления!
Кстати, это же касается и использования одной звуковой карты для всех последующих замеров.
Фото с места событий:
Спектр пульсаций ЛН 40 Вт:
Хорошо виден основной пик 100 Гц и гармоники.
Для расчётов Кп потребуется задействовать показание «Peak Amplitude» (Максимальная амплитуда)
Осциллограмма (в программе Spectralab):
ПРИМЕЧАНИЕ: микрофонный вход инвертирует сигнал. Как обстоит дело на других звуковых картах не могу знать.
ЛН 60 Вт
ЛН 150 Вт
9. Как следует понимать результаты измерений?
И так, для ЛН 40 Вт и 60 Вт есть табличные значения Кп соответственно 20 % и 15 %.
Сопоставим цифры:
20 % === -3,77 дБ
15 % === -6,12 дБ
20*log(15/20) = -2,5 (дБ) — ожидаемое значение согласно табличных данных
6,12 — 3,77 = 2,35 (дБ) — полученное значение при измерениях
Разница ожидаемого и полученного значения всего 0,15 дБ.
Для дальнейших расчётов принимается: Кп=17,32 % === -4,95 дБ
Тогда для ЛН 150 Вт получается:
Кп = 17,32 * 10^((4,95-11,41)/20) = 8,2 (%)
Если сравнить полученную цифру с табличным значением из другого источника
то ошибка составила всего 1 %.
Для своего экземпляра составил табличку:
Показание (дБ) _____ Значение Кп
-3,72 ______________________ 20 %
-9,72 ______________________ 10 %
-15,72 _____________________ 5 %
-21,72 _____________________ 2,5 %
-27,72 _____________________ 1,25 %
Каждые 6 дБ вверх — это пульсации в 2 раза сильнее.
Каждые 6 дБ вниз — это пульсации в 2 раза слабее.
10. Прослушивание.
Да, это не ошибка! Именно прослушивание.
Поскольку устройство подключено к микрофонному входу, никто не запрещает запустить любой аудио редактор и записать звук.
Только не забудьте подрегулировать в микшере системы чувствительность по микрофонному входу.
ЛН 40 Вт, вид в аудио редакторе SoundForge:
СДЛ Winix 10W
Кп составил примерно 0,6 %.
Уровень записи, чтобы послушать, пришлось поднять на 20 дБ.
«Вишенка» на десерт — фонарик на 1/4 мощности:
Проверка пульсаций осциллографом:
Если по ГОСТовской формуле, то Кп=100%.
Если плясать от середины, то от минус 100% до +100%, т.е. все 200%.
Кто там спрашивал, как такое бывает? Смотрите и слушайте. ))
Ссылка на загрузку всех трёх треков для прослушивания.
11. Лайфхак или бонус для тех, кто повторил схему.
Перенос данных из… магазина в лабораторию.
Народец у нас пугливый. Вдруг кто МЧС вызовет или скажет громко вслух «Радиация?!»
Достаточно состыковать люменвокс+смартфон и запустить любое приложение, которое умеет записывать звук с внешнего «микрофона»:
После «записи» интересующей лампочки трек(и) можно отнести домой.
Или перекинуть через интернет, если треки «тяжёлые». )))
И уже дома в спокойной обстановке, когда никто не толкает под руку,
треки можно сбросить на комп, и запустить SpectraLab.
В настройках есть мега-удобная опция «Post process»:
После чего в закладке «File» открываем записанный ранее трек (формат .wav)
и нажимаем кнопку «Run».
И вуаля: спектрограмма на экране, можно её рассматривать и даже выкладывать на mysku.ru.
12. Вместо заключения (ака выводы).
Устройство работоспособно, несмотря на непривычную схемотехнику.
Плюсы:
— показания достоверны в диапазоне частот 20 Гц… 18 кГц
— затраты на комплектующие около 3 долларов (ФТ — 1 доллар и бу экспонометр 2 доллара), как я и обещал
— для повторения эксперимента в хозяйстве любителя не требуется наличие люксметров, осциллографов, вычислительных комплексов и других редких иили дорогостоящих приборов
Минусы:
— показания корректны только для конкретного микрофонного входа (резистор «подтяжки» везде разный) и для одинакового (неизменного) значения усиления в микшере операционной системы
— приборчик способен измерять пульсации не более 25 %
— для получения результата придётся вспомнить математику и воспользоваться калькулятором
PS
Фототранзистор TEMT6000, мягко говоря, не очень годится для измерительных схем.
Чтобы заставить его работать, надо выполнить ряд условий одновременно:
— мощность коллектора д.б. в ОБР (желательно менее 1/10 Pmax, чтобы меньше сказывались температурные приколы)
— напряжение КЭ, в идеале, должно быть константой (1..1,5 В; см. схему Феникса на форуме Вегалаб — идеальное решение, но «расчёска» на выходе будет с вероятностью 99%, почему эту схему многие невзлюбили)
— вопрос линейности фототока в зависимости от освещённости — тот ещё квест: снимать характеристику каждого фототранзистора на оптической скамье и «заливать» данные индивидуальной калибровки в процессор, но это полный привет.
Но, если кто хочет попробовать свои силы в разработке, можно пожелать много терпения.
Время покажет…
Дополнение от 14.01.2022
Следом был собран 2-й экземпляр, который был подарен для испытаний:
Во 2-м экземпляре фототранзистор был собран из кт3102 и фотодиода фд26к.
«Производитель оставляет за собой право вносить изменения, не ухудшающие качество изделия, без предварительного уведомления.» ©
Всем хорошего настроения и удачных экспериментов!
И с тяпницей!
- Дисковая трещотка 1/4" Toptul CAUB0826
- Обзор хлебопечки Hyundai HYBM-P0212
- Видеокарта EVGA 3070
- Многофункциональный тестер для жидкости EZ-9910
- Сборка аккумулятора для Bosh D-70745
- Что внутри компрессора Агрессор AGR-50
- Мини термометр-гигрометр
- Система пуска двигателя кнопкой за 1 214 руб
- Средство для удаления ржавчины с Али. Работает или фигня полная?
- Сборный купальник для мамаситы