In Vino Veritas - en vinglasoscillator: 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Efter att jag hade avslutat en stämgaffeloscillator utmanade min bror mig att göra en oscillator med ett vinglas. (https://www.instructables.com/id/Tuning-Fork-Osci …)

Han trodde att det skulle vara svårare att använda ett vinglas än en stämgaffel som frekvensbestämmande element. Det är.

Alla känner till ljudet som ett (vin) glas ger när du trycker försiktigt på det, vanligtvis låter det som en snabbt förfallande "ping". Vissa, dyrare glasögon kan fortsätta "sjunga" när du gnider ett vått finger över kanten. Ljudet som produceras orsakas av att glaset snabbt vibrerar på ett speciellt sätt. Glasets runda form ändras till en ellips, tillbaka till en cirkel och sedan till en ellips men roterad 90 grader osv. Luften vibrerar med glaset och en ton är resultatet.

Du kan till och med hitta seriös forskning om vinglasens vibrationer, bara Google för: "en studie av vinglasakustik" och se pdf -filen nedan. (Jag erkänner att jag inte läste allt)

Steg 1: Få vinglaset att vibrera

När jag byggde stämgaffeloscillatorn var det enkelt att få den att vibrera, du har bara en elektromagnet som attraherar den upprepade gånger. Men med glasmagnetism inte ett alternativ. Jag kunde ha gjort en kontrast med ett mekaniskt vått finger, ständigt gnugga glaset. Men mekaniska lösningar är inte riktigt min starka sida. Sedan tänkte jag fästa ett piezo -element (som du kan hitta på "musikaliska" bildkort), men jag gillade inte tanken på att något skulle röra glaset. Och det skulle också förändra vinglasets naturliga frekvens.

Det är möjligt att få ett vinglas att vibrera med ljudvågor. Jag antar att alla har sett filmklipp av vinglas som krossades med kraftfulla ljudvågor. Jag behövde inte så kraftigt ljud, tänkte jag … Så jag valde en vanlig högtalare för att producera ljudvågorna som får glaset att vibrera.

Steg 2: Detektera vibrationerna

En oscillator behöver en sluten slinga, så jag var tvungen att registrera vibrationerna, förstärka dem och mata tillbaka dem (med rätt fas) via högtalaren till vinglaset. Hur man upptäcker dessa vibrationer. Det visade sig vara den svåraste delen.

På TV har jag sett killar som arbetar för "tre bokstavsorganisationer" lyssna på vibrationer från fönsterrutor som i sin tur vibrerade på grund av röster i rummet bakom, med vad som kallas laser-mikrofoner. Jag trodde att det inte skulle vara så svårt att göra en sådan enhet själv eftersom glaset jag lyssnar på bara några millimeter bort, liksom lasern.

Jag hade fel. Dessa lasermikrofoner använder störningar från det ursprungliga laserljuset och det reflekterade ljuset för att upptäcka vibrationer från fönsterrutor. Jag kan inte tänka mig något sätt att göra en enhet för att göra det. Kanske någon annan här gör det, berätta för mig i kommentarerna nedan.

Att använda en mikrofon för att lyssna på vinglaset fungerar inte heller, ljudet som kommer från högtalaren blir starkare och systemet kommer att svänga, men inte med vinglasets frekvens, du känner eventuellt skrattet när någon skruvar upp förstärkaren också mycket och det ljudet återkommer via en mikrofon.

Med stämgaffeloscillatorn använde jag en optisk avbrytare för att upptäcka vibrationerna hos tänderna. Det fungerade bra, kan jag upprepa det med något av glas?

Glas böjer ljus, kanske det kan användas. Så jag försökte med lysdioder i olika färger som lyser genom vinglaset på olika sätt och upptäcker eventuella förändringar med en fototransistor. Det fungerade inte. Sedan försökte jag en laserljusstråle som reflekterade från glaset och försökte upptäcka eventuella vibrationer i det. Det fungerade inte heller.

Det som fungerade var att skumma laserstrålen över glaset på ett sådant sätt att vinglaset skulle blockera det mesta av ljuset, ljuset som når fototransistorn moduleras med vinglasets vibrationer. Problemet med den här inställningen är att den är extremt känslig för de minsta rörelserna i lasern, glaset och detektorn. Men det är så jag fick det att fungera.

Steg 3: Gröna lasrar är farliga

Först använde jag en grön laser eftersom jag vet att grönt laserljus är tillverkat med en IR -laser och en olinjär kristall som fördubblar IR -ljusets frekvens till grönt ljus. Men den processen är inte perfekt så det kommer fortfarande lite IR -ljus ur den. Med de billiga gröna lasrarna (t.ex. mina) finns det inget IR -filter som blockerar det. Och min fototransistor är känslig för IR -ljus. Men till slut bytte jag till en röd laser när jag såg att det kom * mycket * IR från lasern och eftersom dina ögon inte reagerar på det kan det vara farligt. Lyckligtvis reagerar min fototransistor lika bra på rött ljus som på IR.

Steg 4: Rätt frekvens

Genom att knacka på glaset och spela in det på oscilloskopet såg jag (åtminstone) två frekvenser dyka upp. Den ena verkade vara cirka 100 Hz, vilket är mycket lågt och den andra runt 800 Hz. Den där såg ut som den frekvens jag letade efter. Jag ville inte ha det där 100 Hz så jag gjorde ett högpassfilter för att blockera det (och samtidigt blockera lågfrekvent brus som 50 Hz brumning av elnätet). Jag använde filterguiden med analoga enheter för att beräkna de korrekta värdena på delarna, de gör inte bara enastående elektroniska delar, de är också mycket hjälpsamma med deras användning. (https://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/) Senare insåg jag att 100 Hz kan ha producerats genom att hela glaset skakade på det på grund av att jag knackade på det.

Steg 5: Stäng slingan

Nu att knacka på vinglaset gav mig några fina bilder på oscilloskopet, så det var dags att testa med en högtalare. Det fungerade direkt, vinglaset började resonera med en frekvens på 807 Hz. Därifrån var det enkelt, jag förstärkte signalen från (nu filtrerade) fototransistorn och matade den till högtalaren.

Steg 6: Slutsats

Slutsats, det är möjligt att göra en oscillator med ett vinglas istället för en RC, LC, kristall eller någon annan normalt använd frekvensbestämmande enhet, men det är inte lätt. Åtminstone är det inte lätt som jag gjorde det. Placeringen av lasern, vinglaset och fototransistorn är extremt kritisk, det är inte bara en millimeter framåt eller bakåt, det är mindre än så, som jag sa till min bror, månens fas påverkar positioneringen för mycket.

Kanske känner någon till bättre, mindre kritiska sätt att upptäcka vibrationer i ett vinglas (och nej, en mikrofon fungerar INTE) Berätta för mig i kommentarerna nedan.