Лазерный стробоскоп

Список разделов РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Воспроизведение виниловых дисков Аксессуары/Разное

Модераторы: Алаев Ян, poty, Роман Мирошниченко

Какими средствами контроля частоты вращения поворотного диска проигрывателя винила вы пользуетесь?

Я не использую специальных технических средств, доверяю заводской конструкции проигрывателя винила.
Голосов нет
Я использую стробоскоп с синхронизацией от сетевого напряжения питания.
seurf
50%
Я использую стробоскоп с эталонным независимым источником синхронизации.
AndreyK
50%
Я использую стабилизатор напряжения и частоты для питания двигателя проигрывателя винила.
Голосов нет
Я использую все возможные технические средства для стабилизации и контроля частоты вращения поворотного диска проигрывателя винила для достижения наилучшего результата из возможных.
Голосов нет
 
Всего проголосовавших: 2

#1 Алаев Ян » 7 сентября 2017, 16:46

Лазерный стробоскоп - высокоточный способ контроля частоты вращения поворотного диска проигрывателя винила.
Стробоскоп.jpg
Лазерный стробоскоп


2017-09-12 13.51.03.jpg
Внешний вид прототипа устройства
2017-09-12 13.51.46.jpg
Внешний вид прототипа устройства


Идея для данной разработки была подсмотрена здесь.
Цена оригинального устройства $400, что нам показалось возмутительно дорого, после чего и родился этот проект, нацеленный на то, чтобы сделать высокие технологии контроля скорости вращения поворотного диска более доступными.

Содержание:
Спойлер
1. Идея /viewtopic.php?p=17243#p17243
2. Печатаем батарейный отсек /viewtopic.php?f=106&t=360&p=17300#p17300
3. Печатаем верхнюю крышку /viewtopic.php?f=106&t=360&p=17302#p17302
4. Сборка /viewtopic.php?f=106&t=360&p=17309#p17309
5. Испытания лазерного стробоскопа в первых боевых условиях /viewtopic.php?f=87&t=360#p17700

Основные технические характеристики:
Спойлер
1. Габаритные размеры и вес:
Диаметр - 100 мм;
Высота - 60 мм;
Вес - 300 ± 50 г;
Установочное отверстие - стандартное для типовых шпинделей диаметром 7.2х20 мм.

2. Питание и энергопотребление:
Питание от трех литиевых элементов питания напряжением 3.6-3.7В формата АА (максимальное входное напряжение встроенного стабилизатора 30В);
Энергопотребление - в ждущем режиме 240 мкА (для емкости батарей 2500 мА*ч продолжительность работы в режиме ожидания порядка 1 года).

3. Лазер:
Мощность лазерного модуля 5 мВт, длина волны 650 нм.

4. Цикл работы:
60 секунд после пробуждения с последующим переходом в режим сна.
Длительность импульса 5 мс, длительность паузы 1795 мс, период 1.8 секунды.

5. Сервисные возможности:
Контроль заряда элементов питания.
Индикатор разряда элементов питания включится при достижении минимального порога напряжения питания в 6В.

Принцип работы:
Спойлер
После установки элементов питания в батарейный отсек устройства, индикатор состояния моргнет 5 раз короткими импульсами красного цвета свечения, показывая, что устройство перешло в ждущий режим. В этом режиме устройство потребляет приблизительно 230-240 мкА. Если отказаться от идеи контроля уровня входного напряжения, то можно сэкономить еще около 20 мкА убрав входной делитель напряжения с элементов питания и снизив общее энергопотребление до уровня 210-220 мкА.
Для включения устройства, коснитесь пальцем центра верхней крышки. Встроенный сенсорный датчик включит устройство. Индикатор состояния моргнет 3 раза длинными импульсами красного цвета свечения, после чего запустится основной цикл программы, формирующий строб лазерного луча с периодом 1.8 секунды, что соответствует одному полному обороту пластики, вращающейся с частотой 33.(3) об./мин. Во время выполнения основного цикла программы, сенсорный датчик касания программно отключается и не реагирует на прикосновения к верхней крышке прибора, чтобы не прерывать процедуру отсчета временных интервалов. Индикатор состояния моргает синхронно с лазерным лучом для лучшей визуализации процесса. Если во время работы устройства, контроллер зафиксировал снижение напряжения элементов питания ниже допустимого уровня (6.0В) - включится индикатор разряда элементов питания красного цвета свечения, который расположен под верхней крышкой устройства.
Для контроля скорости вращения поворотного диска, сориентируйте положение устройства таким образом, чтобы луч лазера попадал на стену и хорошо просматривался. Через 1 минуту устройство автоматически перейдет в ждущий режим для сбережения заряда элементов питания, при этом индикатор состояния моргнет 5 раз короткими импульсами красного цвета свечения. Если вы не успели провести необходимы измерения - коснитесь пальцем верхней крышки устройства для повторного включения. При переходе в ждущий режим все индикаторы отключаются. Принудительное отключение устройства не предусмотрено, устройство отключается автоматически и переходит в ждущий режим после 1 минуты работы.

Лазерный стробоскоп (прототип) БЕСПЛАТНО предоставляется всем желающим в опытную эксплуатацию для тестирования в реальных условиях в составе аудиосистемы заказчика.

Лазерный стробоскоп может быть продан по себестоимости примененных комплектующих.
Если данная разработка представляет для вас интерес, то возможно ее изготовление на более высоком техническом уровне по пожеланию заказчика.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян В сети
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев


#3 Алаев Ян » 12 сентября 2017, 23:12

Объясню суть идеи, заодно и посчитаем все в цифрах.

Для расчета возьмем наиболее популярную частоту вращения поворотного диска 33 1/3 об./минуту (можно пересчитать все это и на 45 и 78 об./минуту, на практике их, правда, почти не применяют, особенно на 78). Будем считать, что идеал - это 33 1/3 об./минуту или, что то же самое, 33.(3) = 33.3333333333333333333333 и так далее об./мин. Это значит, что пластинка совершает такое количество оборотов за 60 секунд. Стало быть, один оборот пластинка совершает в идеале за 60/33.(3) = 1.8 секунды (ровно 1.8 секунды). Теперь, если с периодом в 1.8 секунды мы будем включать строб (лазерный луч, который послужит нам меткой, например, на стене), то частоты строба и вращения поворотного диска совпадут и метка лазерного луча всегда будет появляться в строго определенном месте. Частоту появления строба мы будем считать константой, так как с помощью микроконтроллера мы можем с очень высокой точностью выдерживать этот временной интервал. Мы запускаем 16-ти битный таймер и настраиваем прерывание по таймеру, например, с точность в 1 мс (одна тысячная доля секунды).

Точно 1 мс.jpg
Точно 1 мс
5 и 3 мс.jpg
Тут я проверял точность временных интервалов, кратных 1 мс

Приведенные осциллограммы подтверждают возможность задания временных интервалов с очень высокой точность. Во время тактирования строба, все другие прерывания запрещены, чтобы ничто не нарушило нашего точного хода времени.

Потом мы запускаем инкрементный счетчик, который считает до 1.8/0.001=1800*. Это значит, что наш интервал времени строба выдерживается с точностью не хуже, чем половина младшего дискрета времени, т.е. 0,001 с/2 = 500 мкс или 1.800±0.0005 с. Мы знаем, что одна из частот сравнения у нас постоянна с большой точностью и не зависит почти ни от чего, соответственно, измеряемая частота (частота поворотного диска проигрывателя винила) будет оказывать прямое воздействие на положение метки лазера на неподвижном объекте, например, стене. Если частота вращения меньше заданной, то метка будет отставать во времени (движение метки влево по стене), если частота вращения больше заданной, то метка будет опережать во времени (движение метки вправо по стене). Удивительно точный и наглядный инструмент для подстройки частоты вращения. Здесь еще нужно отметить, что строб представляет собой включение лазера на определенный промежуток времени, что приведет к появлению черточки (не точки) на стене. Исключительно ради красивых цифр мы условились интервалом в 5 мс, который получается из расчета поворота диска на 1 градус.
Чтобы было понятнее, я нарисовал схематическую картинку с сохранением масштаба.

Расчет.jpg
Совпадение частоты строба и частоты вращения пластинки


Я задался следующими параметрами:
Диаметр поворотного диска 300 мм (не влияет ни на что в данной ситуации);
Диаметр лазерного стробоскопа - 100 мм;
Расстояние от лазерного модуля до стенки - 0,5 м;
Длительность импульса лазера 5 мс, что при частоте вращения 33.(3) об./минуту будет соответствовать повороту диска на 1 градус;
В этом случае, луч лазера будет рисовать на стене черточку длиной 9.6 мм (отрезок ОА). Очевидно, что чем больше расстояние от лазерного модуля до контрольной стены, тем более чувствительный прибор мы получаем, так как изменение угла приводит к бОльшему раскрытию его проекции на стену.

Теперь предлагаю посчитать, насколько будет наглядно отклонение частоты вращения поворотного диска от заданной. Предположим, что изменение скорости поворотного диска произошло мгновенно относительно точки 0 (ноль градусов по координатной сетке).
Давайте предположим, что реальная частота отличается от заданной на 1% в меньшую сторону, т.е. стала не 33.(3), а ровно 33 об./мин. Это значит, что полный оборот пластинка сделает за 60/33=1.81818 и так далее секунды, т.е. на приблизительно 18 мс дольше, чем в идеальном варианте.
При таком раскладе мы получим следующую ситуацию:

Расчет2.jpg
Частота вращения пластинки меньше частоты строба на 1%


Расчет.frw
Размер: 44.88 КБ
Скачиваний: 2


Строб по прежнему сработает по истечении времени 1.8 секунды и это приведет к тому, что метка лазера появится на стене на 3.6 градуса раньше. Точка О'. А относительно стены это будет смещение на целых 34.6 мм.

Стоит отметить, что такое смещение образовалось за один поворот диска, каждый последующий поворот будет накапливать ошибку и усугублять ситуацию, показывая степень отклонения текущей частоты от заданной.

Такая чувствительность измерительного прибора позволяет уловить даже очень маленькие отклонения текущей частоты от заданной, полагаю, что речь идет о десятых и сотых долях процентов. Возможно, такая точность установки скорости вращения очень избыточна и ни на что не влияет, но сам факт подобного контроля имеет место быть.

Примечание: * - на самом деле считаем мы до 1795, так как 5 мс занимает время импульса, что в сумме дает общий период в 1.8 секунды.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян В сети
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

Печатаем батарейный отсек

#4 Алаев Ян » 13 сентября 2017, 8:09

Хочется отметить, что мне был интересен лишь принцип работы данного устройства, поэтому, я не сильно задумывался над дизайном конструкции и проработкой различных ее деталей. Я сделал все быстро и "в лоб", чтобы работало, буквально за пару вечеров. Пока 3D-принтер печатал нижнюю и верхнюю часть конструкции, я написал код, вторым днем я его отладил. Если будет интерес к подобному изделию, тогда уже можно будет продумать и дизайн и технологичность конструкции.

bot3D.jpg
Батарейный отсек


bot3D.m3d
Размер: 248 КБ
Скачиваний: 2


Батарейный отсек.jpg
Нижняя часть
Батарейный отсек 2.jpg
Верхняя часть


Элементы питания соединены последовательно. При печати первого образца батарейного отсека, я ошибся (не учел тот факт, что батарейка выступает за пределы бокса для ее удержания). Поэтому, у прототипа устройства батарейки не спрятались полностью в напечатанной нише, а немного выступают наружу. В выложенной 3D-модели этот недочет уже учтен. Поскольку это не мешает тестированию устройства, решил оставить как есть и не переделывать нишу.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян В сети
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

Печатаем верхнюю крышку

#5 Алаев Ян » 13 сентября 2017, 22:28

top3D.jpg
Внешний вид
top3D_2.jpg
Вид изнутри


top3D.m3d
Размер: 1020.87 КБ
Скачиваний: 2
top_timeline.stl
Размер: 1.26 МБ
Скачиваний: 2


G-code:
top.7z
Размер: 478.15 КБ
Скачиваний: 2


Напечатанное изделие:
Верхняя крышка изнутри.jpg
Вид изнутри
Верхняя крышка.jpg
Внешний вид
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян В сети
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

Сборка

#6 Алаев Ян » 14 сентября 2017, 0:14

Установка лазерного модуля 5 мВт, 650 нм:
Лазер.jpg
Лазер
Глазок.jpg
Глазок
Установка лазера.jpg
Установка лазера


Установка сенсорной кнопки и контроллера:

Установка сенсора.jpg
Установка сенсора
Контроллер.jpg
Установка контроллера


Индикатор разряда элементов питания:

Контроль напряжения.jpg
Индикатор разряда элементов питания


Сборка:

Сборка.jpg
Сборка модулей между собой


Небольшое ознакомительное видео, чтобы лучше понимать, что из себя представляет данный прибор:

phpBB [media]
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян В сети
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев

  • 1

#7 seurf » 10 октября 2017, 15:35

Записался в тестировщики. О результатах сообщу, после получения образца!
seurf
Постоялец
Постоялец
Аватара
Возраст: 60
Откуда: Волгоград
Репутация: 23 (+23/−0)
Лояльность: 0 (+0/−0)
Сообщения: 273
Темы: 2
С нами: 1 год 5 месяцев

Испытания лазерного стробоскопа в первых боевых условиях

#8 Алаев Ян » 14 октября 2017, 20:41

seurf писал(а):Записался в тестировщики. О результатах сообщу, после получения образца!
Александр, встречайте! Сегодня "лазерный стробоскоп" был отправлен Вам.

Прежде чем отправить лазерный стробоскоп Александру, я навестил своего давнего приятеля, заядлого меломана и аудиофила, и опробовал стробоскоп в его аудиосистеме. Вот пара видео нашей встречи:

phpBB [media]
phpBB [media]


Несколько слов о аудиосистеме, на которой проводилось тестирование:
Акустика Tannoy Kensington:
https://market.yandex.ru/product/410748/offers?tr ... 0&deliveryincluded=0&onstock=1

tannoy kensington.jpg
Tannoy Kensington
tannoy kensington2.jpg
Tannoy Kensington
tannoy kensington3.jpg
Tannoy Kensington
tannoy kensington6.jpg
Tannoy Kensington
tannoy kensington4.jpg
Tannoy Kensington
tannoy kensington5.jpg
Tannoy Kensington


Проигрыватель винила Roksan Radius 5 Acrylic:

Проигрыватель roksan radius 5 acrylic.jpg
Roksan Radius 5 Acrylic
roksan radius 5 acrylic.jpg
Roksan Radius 5 Acrylic


MC картридж SUMIKO:

SUMIKO MC.jpg
SUMIKO MC2.jpg


Фонокорректор Musical Fidelity X-LPS V8:

X-LPS V8.jpg
Musical Fidelity X-LPS V8


Интегральный стереоусилитель Accuphase E-450:

Стойка.jpg
Accuphase E-450
Стойка2.jpg
Accuphase E-450
Аппаратура.jpg
Accuphase E-450
Провода.jpg
Провода сзади


Сетевой фильтр ISOL-8:
http://stereo.ru/to/1cy3k-isol-8-high-performance-toka-chistota

Стойка3.jpg
ISOL-8
Аппаратура (2).jpg
ISOL-8
2017-10-14 11.18.46.jpg
Описание сетевого фильтра
2017-10-14 11.18.33.jpg
Описание сетевого фильтра


К счастью, послушать было что...

Коллекция винила.jpg
Коллекция винила


И было очень приятно увидеть, как используется прижим/стабилизатор А-9085А нашего изготовления

Прижим-стабилизатор.jpg
Прижим-стабилизатор А-9085А модель 2 (эксклюзивное исполнение)


Испытания лазерного стробоскопа прошли весьма успешно. Данный прибор показал, что Roksan Radius 5 Acrylic крутит пластинку чуть медленнее необходимого и, что удивительно, способа подстройки частоты вращения там нет... :sad: При прослушивании мы не заметили проблем с заниженной скоростью вращения. Но факт остается фактом. Также попробовали стробоскоп на более простом проигрывателе Dual 621

Dual 621.jpg
Dual 621


его удалось легко и быстро подстроить под эталонную частоту вращения пластинки.
В общем, все работает и мы будем ждать отзывы от Александра.
Стремление к совершенству рождает шедевры! http://www.alaev.org
Алаев Ян В сети
Автор темы, Основатель Форума
Аватара
Возраст: 33
Откуда: Саратов
Репутация: 46 (+46/−0)
Лояльность: 131 (+132/−1)
Сообщения: 1691
Темы: 18
С нами: 3 года 6 месяцев


Вернуться в Аксессуары/Разное



Кто сейчас на форуме (по активности за 5 минут)

Сейчас этот раздел просматривают: 1 гость