あとは、スロースタート機能や、
出力電圧の案配など加えて行くと思います。
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そういえば、ちょっと前にスレンダートーンのパチモノらしき、
「Ecivan」なるモノの未開封中古を購入したのですが、
これは結構痛くなかったです。
整形外科のEMSと思われる干渉波といわれてるのの方が痛い感じも。
ただ、説明書がないに等しい。
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とりあえず、
サイン波をバーストする、デューティー回路ができあがりました。
あとは部品の到着を待つ感じですね。
すべてを＋-15V回路にして、5V電源を省略しようかと思っております。
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フォトカプラはアナログ交換器としてもとあるけど、
FETとDiでやってるから、0.6Vの段差が出来そう。
バイアスをかけられるような構造ではないので、また、制御されてるわけではないので、歪む可能性は大きい。
で、
半導体アナログSWは、まあ、アナログビデオセレクタにも使われていたように記憶してるので、こちらがイイかも。
で、
フォトカプラを
試しにLEDとcdsという部品で回路を組んだら、うまくいってしまった…ｗ
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修正点や改良はあとで、
自作フォトカプラは、パルスを速くすると、
ターンOFFがちょっと緩いかな？
と思います。
半導体アナログSWだと、波形をちょん切るほど速くて、
痛みに繋がるかもですし、動作電圧も狭い。
で、
製品のCDSフォトカプラを見ると、かなりキレが良く、速いようなので注文してみました。
最近のCdsはかなり高速になってるらしく、
特徴に、高速応答と書いてあるのが殆ど。
ライジングもセトリングも20/30mSec以内らしい。
フォトカプラ用は反応速度、2.5mSecとあるので、
また桁違いに速そう。
正弦波の生成はファンクションICのKR2206ですが、
Amazonでキットが600〜700円であります。
なので、正弦波発信器モジュールのKITがイイです。
出力インピーダンスがかなり高いので、OP-AMPのバッファーを組みました。
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19/05/14
回路は、試験モードで一応完成。
電源トランスを使ったら…、全然来ない。
それもそのはず、二次側が電圧降下して、ほぼ、0V状態。
これは、
・トランスが50Hz用
・人間のインピーダンスが低すぎ。
とにかく、ポータブル機もあるので、
大それた電源やトランスは要らないハズ。
しかし、
間に合わせで、家にあったST-26で
Z=1KΩ：20KΩ
で試してみる。
キタキタ〜！！
でも、ちょっと弱い。
(肩はガクガク来ましたので、部位にも依存。)
多分、
巻き線比は低くても、
もっと内部インピーダンスが低いヤツが必要そうですね。
しかし、真空管なオーディオ用のトランスは、多分、高価。
60V位から感じるような感じでしたので、
200Vまで上がれば、十分っぽい？
1：10もあれば十分っぽいですね。
とても、古い粘着パッドでも、痛くなかったので、
感触としては、良い感じです。
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候補のトランス
ST-48
ST-54
ST-55
(ST-56A)
ST-57A
ST-62
ST-67B
ST-79A
で、千石に79Aがあるけど。ちょっと倍率が高い。
若松通商は結構あるけど高い。
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終段のOP-AMPの駆動電圧を60Vppに上げても良いけど、電源の安価な確保が問題。
実際に、体で良い感じにくるのは、端子間が80V位で、
筋肉運動には、もっと必要かと。
ただ、敷居を超えると、電位に対し、指数的に反応しそうです。
なので、やっぱ、トランスがネックですね。
ST-79Aだと、出力に1〜3KΩくらいつないだ方が電流も安定するし、
トランスの過電流による断線やらを防げるかも。
実働してる回路は、こんな感じです。
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ポータブル機の電源を見ると、
本体定格：DC5.5V 520mA 内部電源：DC3.6V 1,090mA
かなり食ってますね。
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ST-79Aを注文したのですが、倍率が高く、
インピーダンスが低いので、そのままだとちょっと危険。
トランスだと、4〜5倍に昇圧できれば良いかもしれないですが、
電圧高めにして、抵抗で安定化というほうが良い気もします。
つまり、
負荷抵抗が変わっても電流値が変化しづらいので。
あとは、トランスのためか、ちょっと波形が歪んでます。
まあ、高調波歪みが多少出ると、痛いとかなければ、それほど気にせずに。。。
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フォトカプラは、流す電流が多いと、ターンON/OFFが遅くなるよう?
どうなのかな？
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皮膚が乾いてたり、導通が悪いと、120Vには上がる感じ。
それでも刺激は小さめ。
あまり、電流が変わらないはずなのですからそうなのかも。
ST-26は内部抵抗が高いから、電流モードで動いてるに近いと思われます。
良く、筋電位というけど、皮膚の要素があります故。
時間が経つと、若干波形のセンターがずれる気がする。
終段の温度ドリフトかな？
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19/05/16
部品が届きました。
センターズレは、sin波のバッファアンプが低性能だったためでした。
トランスのST-79Aは結構大きめで、出力もちょうど良く、出力も抵抗などは必要ありませんでした。
あと、製品のCDSのフォトカプラは非常に高速で十分です。
フォトカプラのLEDを光らすのに必要な抵抗は諸元表を見て、1KΩから510Ωに変更しました。
パイロットランプは、cdsなカプラーを光らす出力から取りましたので点滅します。
ということで、一応完成です。
クロスして体に電流を流す干渉波のために、
もう一つ出力回路併設して4極とする予定をしてましたが、
今のところ2極しか必要ないので、あとで必要になりましたら…、
あとは、出力VRに付けるリレースイッチによる電源管理かな。
あと、20〜60分タイマーがあるとイイかも。
4極にするなら、Xにすれば、交差部分に集中した治療が出来ますし、
二の字にすれば、背筋などに沿って左右対称に効率的治療が出来ると思います。
Xに流す場合は、絶縁された2回路が必要になりますが、
二の字の場合は、回路一つで電極だけ4極にしてもさほど問題無いかもですね。
あと、導子コードに、延長ケーブルと、引っ張るとパッドが剥がれず、
比較的簡単にコネクタ側が抜けるコネクタが必要そうです。
導子のホックやコネクタのタイプには AとB及びKがあるようです。
結構高いのでバネホック(スナップボタン)を買ってきてケーブル付けても良いかもですね。
感電しないよう、上からテープでも貼って。
また、ホックじゃなくってピンのタイプもあります。
ワイヤーは、キレやすいので、ステンレスワイヤーロープが入ってると良いのですけどね。
整形外科に説明書があって、TENS(テンズ)というのが一般の低周波治療器にあたるのかな？
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ホックは、EMS用は大きく、低周波用は小さいように感じるですね。
売ってるバネホックは
小：NO1
中：NO2
大：NO5
特大
というサイズがあるようです。
昔作ったこともあったんだけど、低周波用はNo1でEMSがNo2かな？？
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19/05/17
回路を2系統にしました。
これで、干渉波も出来ます。
EMSは、パッドの付ける位置によって、
筋肉への作用が激しく変わります。
よって、その手の技術書が売られてると思いましたので、
いつの日にか…、
LMC555と1MΩの半固定抵抗、6800μFでタイマーを作りました。
出力ボリュームのSWが入ると、LMC555のVccとトリガーが半ON(コンデンサーを通して1/2Vccの7.5Vが加わり一瞬だけトリガリング)します。
その出力でダイレクトに12Vリレーを駆動します。リレー接点はCDSのLEDをONします。
相手がコイルなので電流遮断時に高電圧が戻ってこないよう、Diでブロックするのもテかもです。
(ただ、LMC555は何も付けなくてもある程度保護されてるようで大丈夫のようです。)
イロイロ詰め込んだのでスペースに困りました。
終段OP-AMPからトランスやにつなぐとこで波形が安定しないなら、
0.22μFと1Ωを直列にしたものを出力に併設すると安定するかも。
(スピーカーやモーター制御などには結構使われてる用法？？)
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EMS、筋刺激で本を探してみたけど、無いようなので
普通のEMSは低周波なので、
低周波治療で探すと、あっても高い。
電気生理学だと。。
痛いトコに付けて、ピクピクすると、結構緩和しますね。
ポンプ効果で老廃物が抜けるからか、
単に針のような治療なのか。
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パッドの状態で結構変わるのもあるのですが、パッドの中に織り込まれてる導電繊維の量が、とか、パッドの密着状態で効果や刺激も変わります。
整形外科では、液をつけた濡れた拭き綿で肌をこするのですが、
最初汚れ取りかな？と思ったのですが、アルコールでもないので、導電性を上げる液のようです。
脳波では、
水ベースに
塩化カルシウムだったか塩化カリウムだったか、まあ食塩で代用できるモノと。
グリセリン、ベントナイトという粘土状のモノを混ぜて使ってたらしいです。
なので、水とグリセリンと塩でOK？ってか、生理食塩水にグリセリン少々？
今だと、ヒアルロン酸なんてのもイイかも。
イオン導入の液を使えるらしいですが。
あと、パッドの面積があまり小さいと、刺激も大きくなるようですね。
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そうそう、フォトカプラは、「LCR-0203」というもので、高速が売りのようです。
終段OP-AMPは、LM675ですが、出力だけなら、LM12というのが大きかったような。
オーディオ用AMPなICとかでもイケるとは思います。
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これで、600円くらい。
経済性を考え、無駄の無いように1:1の比率で混ぜる。
塗ってみた結果、ガツンと来るようになり、しかも、あまり痛くないので、
かなりの好結果です。
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19/05/19
位相補償？＜ラグ版部分。
抵抗とキャパシタの直列でゾーベルフィルターといわれるモノです。
インダクタンス出力だとこのようなモノがないと発振しやすい。
電源タイマーのトリガリングを確実に行えるように時定数を微調整。
あと、主電源は外に付けてるのですが、
これ以上、ワイヤーの森にしたくない。
どうしたモノか…、
あと、導子の延長ケーブルは、
本体からバナナで出して、延長して、φ3.5mmモノラルプラグにて。
これは、エレパルスなどのケーブルがそのまま使えるという利点もあります。
中周波なEMSは、痛くなりにくいので、イイです。
効果も結構実感できたので満足です。
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この後、リレーソレノイドからICを護るDiも付けました。＜汎用高速スイッチングDi
19/05/20
トランス、
一次側にセンタータップがあるのですが、
前にちょっとチェックしたときには、あまり変わらない印象でしたが、
イロイロ改良したので、もう一度チェックしてみたいと思います。
もしかしたら、電源強化が必要になるかもですが…。
終段OP-AMPも加熱がアレなら、低速ファンを付けるとイイかも？
センタータップにしたら、数十%出力がアップ。
電源の負担もそれほどでもなさそうなのでコレにします。
二次側の波形。
ギザギザしてるのは、
多分、多くが計測側のデジタルストレージによるエイリアスですね。
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スレンダートーンのパチモノと比べてみたら、
そちらの方が刺激が少ないので、一瞬驚いたのですが、
同様のパルスにするように、
自作の方のバーストサイクルを上げたら、刺激が少なくなりました。
メカニズムは不明ですが、バーストするサイクルを速くすると、刺激が激減します。
まあ、積分されて平均値になるのかも。
電位で筋肉を動かすとき、アル電圧から一気にピキーンと入る感じがしますので、
速い周期のデューティー比にした方が、コントロールしやすいのかもですね。
筋肉をPWM駆動する感じ？
速いバーストなら、バーストを周期的に休ませるのがイイかも。
なんだか、回路構成がフラクタル構造のよう？、
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約4〜5秒動いて、2秒休む回路を付加しました。
コンパレーター制御へ送る部分に取り付けました。
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ポータブル機資料
民生品で評価の良い多分中周波
・EMS バーニングシェイパー 中周波 正弦波 採用 ヒロセ電機
中周波の中でも一番効果的な3800Hz&4200Hzの複合中周波を採用。
また、効率よく筋肉を動かす「正弦波」を採用。安価なEMSでは「スパイク波」を採用されていたが、
業務用でも採用されている「正弦波」を採用。 常に電流を流し、丸みを帯びた波型でピリピリ感を大幅減に成功した
・東レインターナショナル(TORAY) EMSフィットネスマシーン EM300
周波数:5Hz、6Hz、50Hz、80Hz
パルス幅:150μs、200μs、250μs
(中身は伊藤超短波が製作してるらしいです。)
・東レインターナショナル(TORAY) EMSフィットネスマシーン トレリート EM1
周波数5〜80Hz
・干渉波ＥＭＳ パーフェクト４０００ ヒロセ電機
周波数(搬送波：４０００Ｈｚ)による干渉波
2Hz〜100Hz
・伊藤超短波 EMS運動器具 ツインビート3ターボ 000886
搬送周波数(4極干渉時）：出力1：2,500Hz 固定、出力2：2,500〜2,560Hz 、出力周波数：EMS,TNSモード：2〜100Hz 、MCRモード：0.2〜400Hz
業務用の規格
https://www.nihonmedix.co.jp/support/03rehabilitation_about_item_04.html
最小バーストサイクルはもうちょっと短くても良い感じ？
VRもAカーブが良い場合も？
あるいは、粗動用、微動用とVRを二つに分けるとか、多回転がいいですが、
シンプルに素早く、目的の数値に合わせたいならAカーブだと思います。
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
19/05/22
筋肉のPWM駆動制御
制御というとフィードバックがかかりそうですが…、
EMS自体の信号を正弦波にして、そのサイクルを中周波にしてパッドの密着度を上げても、刺激緩和に限界がある。
まあ、深層に効く効果では、この選択が最適だというコトにはなるかと思われる。
医療用は、2500Hzがイイと言われてますが、民生用は4000Hz位。
しかし、これだけだと、
アル電圧からイキナリピキーンと力が入るし、
導子があたってる部分が痛くなってくる。
どうやら、痛みを少なくするには、
筋肉駆動のバーストサイクルを速くして、
そのバーストのデューティー量で筋力の制御量を決めるようだと感じた。
しかし、医療用では速くても0.1秒サイクルくらいで、あまり高サイクルなのはないみたい。
これを、30Hz〜100Hzにすることで、かなり違ってくる。
ということで、
30Hz位まで上げるように作りました。
医療用がどうして、それほど速くないのかも考える必要はアルかもですが、
まあ、運動効果だけを考えるなら、
あと、骨盤の裏表をクロスするように流す方法が、
泌尿器科では使われるそうで、イロイロ効果があるようです。
あとは、のこぎり波による周波数やデューティー比の掃引(スイープ)なんてのも。
こう言うのは、マイコンによる制御や、WAV記録を再生するのが強いとこだと思います。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
エレパルスのロングライフパッドに変えたら、
体の反応が2倍以上に。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Aカーブは、完全な指数カーブではなく、
扱いやすい範囲で、工業的に作りやすいよう妥協されてます。
GNDとの間にVRの0.5%程度の抵抗をつなぐと、対数化したとき、小さい数値での特性が改善するとか。
オーディオ用だと、必要ですが、EMSの電圧コントロール用だともっと大きくしてもOK。ってか、
EMSの電圧コントロールならAカーブは必要なくってBカーブと抵抗がイイですね。
ちなみに、
コンデンサーで音が変わると言われてますが、
電解コンデンサーなら、OSコンより、低ESRコンデンサーを大きめに設定した方がマシ。
電解コンデンサーじゃないなら、
時定数なら精度が良く、デカップリング、パスコンなら内部抵抗が十分低ければよし。なので、大抵が積セラ。
フィルム巻いたりOILなデカくて高いモノなど使う興味はありません。
DC回路と同じになれば問題無いですよね。
これは、科学的にも実証されてるかと思います。
味がどうのとかとか、非科学的と思われるような理由はどうか判りませんが、
性能が良ければコレでOKかと思います。
そういえば、この前、半固定抵抗の裏で、遊んでいたケーブルが触れて、回してる途中、半固定抵抗がオレンジ色に光り、煙が上がったので慌てて戻したのですが、
半固定抵抗は、お釈迦にならず、いきてました。もちろん、グリスとかはカスになってると思いますが、驚きですね
普通の低周波の場合、肌に引っかき傷などの生キズがあると、しみてかなり痛いですが、
比べて、中周波EMSだと、周波数や、バースト周期を早くしたりすると、あまり痛くなくなります。
そういう意味でも、怪我した人には無難なのかも。
理由は皮膚抵抗が低いこともありますが、バーストでアル故もあるようです。
粘着パッドに、水の霧吹きしてあぶらとり紙、とか、粘着の維持にはシリコンブラ用の粘着復活スプレーを利用とかありました。
シリコンブラの粘着復活 【BraFit】 シリコンブラ粘着復活スプレーブラフィット
Bra-Fit：商品にEMSに使えると書いてある。
https://matome.naver.jp/odai/2139046161927010601
しかし、かなりの品薄。
組成はなんなのでしょうね。
自作なので製作も含め、安全性にはそれなりの気を使うのは事実かも。
(気を使った覚えはないですが、電流が極度に高いとか、痛いとか、やっててヤバいと思う領域にまでやってませんので、、、)
最初は、電流制限とか考えたのですが、
電圧、電流、電力、をどのような基準でと、考えて、答えが出ずに、
小信号用トランスST-79Aダイレクトとなってます。
OP-AMPは半導体を抵抗としてプッシュプル回路の電流の釣り合いを行ってるので、結構熱を持ちます。
放熱フィンは必ず必要です。
気になるなら、24Vの比較的小型ファンを15Vで動かし吹き付けるといいかも。＜静かなので。
使用感としては、整形外科の干渉波と非常に似た感触でした。
なので、無理な使い方をしなければ、OKとみております。
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
キャビテション セルライト除去 強力キャビテーション シェイプアップ 家庭用 痩身 運動機器 健康機械 男女兼用 2種類モード 6段階強
FITPAD
脂肪撃退＆部分痩せの神器！
FITPADは特に1000Hz-100000Hzの中周波電流を採用し、深部組織への刺激に適しています。そのために、脂肪を減らす効果がより優れています！
とあります。
Amazonでの評価は異常に高いですね。
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
通常のタックスプレー「ニチバン バトルウィン粘着スプレー 220ml」が、
水溶性で汗で剥がれたり、水で落とせるので、これを逆手に取り、導電物質をパット上で混ぜて、
すぐに寿命が尽きる「超安物パッド」を毎回復活させられないかと思いました。
お手軽感がイイと思います。
(スレンダートーンは、ベルトにかからないようにマスキングの必要があるので、オススメではないです。)
油脂の混じったパッド表面の汚れを水で洗い流し、生理食塩水をスプレーして、乾く前にタックスプレーで混和、
乾燥してから張り付けという方法。
或いは、生理食塩水をかけてあぶらとり紙で吸って、乾く前にタックスプレーで混和。
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
通販でやってた。奥まで届くといっていたモノ。
バタフライアブス ディープテック (BUTTERFLYABS) ダイエット 腹筋 器具 EMS 1分間に60000回振動 交換用パッド 2枚組
BUTTERFLY ABS
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
食塩は、パッドや肌に、塩が、ちょっとべっとりと残る感じが不快感かもですので、
洗浄や肌に塗ったりするのは、
「アクアミルムG」と「ヒアルロン酸原液」の混合物がイイかも。
ヒアルロン酸は6gで1リットルの保水力があると言われているのですが、、、2リットル弱に15ml全量投入
皮膚表面の刺激が減った感じがします。
エレパルスのパッドは、1/5未満の価格で中国から輸送なので、パチモノかも。
タックスプレーは、アルコール系溶剤です。
が、
超安物パッドで試してみたところ、
混合液をかけてから、このタックスプレーをかけて、パッド保存用剥離シートにくっつけてゆっくり乾かすと。
うまく復活するようでした。高いモノにはオススメ致しません。
しかし、メカニズムは、タックの粘着物質で汚れを剥がす感じかも。
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
超音波診断用ゲル(プロゼリー) 300G
コレを塗り込むと復活するらしいです。
一枚に対し、大豆大くらい
純正のパッドにてかなりの効果がみられる。
あと、右のは、10セット20枚1690円の互換モノで、
ロングライフでああるけど、ちょっと粘着が強いとか。
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スレンダートーン系のやり方のEMSでは、
素早く短いパルスなので、筋肉は小刻みに動く程度、
筋肉は巨視的には、穏やかで、ガクガク動いたりはしない。
だからといって、運動が軽いかというのではなく、かなりハード。
筋肉はかなり硬く締まり、筋肉痛になりました。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
中周波EMSはわりと帯域範囲が広くあり、
2〜6KHzなら波形が歪んでも、それほど問題は無いので、
完全なSin波じゃなくっても問題無いと思われる。
また、周波数も言われるほど深い意味は無さそうなので、医療でメジャーな2500Hzをウィーンブリッジで発振させてもいいと思うし、
デューティー比も1/3固定とかでも悪くないと思います。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
190712
閾値があることから、出力レベル調整用ボリュームは、Bカーブの方が調節しやすいようです。
終段のトランス駆動用パワーOP-AMPはバイポーラーのようなので、10KΩはちょっと大きいかも知れませんので、
よって、1KΩなBカーブ、スイッチ付きがオススメです。
あと、ツマミの大きさや形状も影響。色は暗いとこでもわかりやすい色が良いかも。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
VRは、前のAカーブは結構良いモノだったのですが、
それをBカーブの安いモノに変えたところ、ツマミの摺動抵抗や粘性抵抗低く、回り方がやたら軽くなってしまった感じで、ソコの所はちょっと扱いが難アリです。
上蓋に付いてる黒いのが24Vファンです。スポンジ両面テープでくっつけてありますので、箱が響いたりはしないで、至って静かです。
この後、テープで固定されてるトランスは、接着剤で固定しました。
あと、スイッチング電源を0.8Aから1.2Aなモノに強化しました。パルス周期が遅いときの刺激が減ったような気がします。
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ツマミは大きくして、蓄光テープを貼り付け。大体の範囲の目盛りを付けました。
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
人体をつないでパッド面で計測してみたところ、多少暴れます。
プローブが10Xに設定してるのですが、オシロの設定を変えてないので、電圧が1/10の表示です。
右側の波が小さいのはバーストだからだと思います。
まあ、3.5m(往復で7m)のケーブルが付いてますし、人体はコンデンサー要素もあるかもです。
人体に繋がらなければ、ほぼ平坦な波形が出ます。
乱れるのはトランスの二次側だけの可能性もあります。
ゆがみの周期が50Hzに近いので計測ノイズの可能性もあります。
気になるならこんな感じにフィルターを付けた回路にすると良いです。
追記＞
パッド面だから波打つようで、電極端子では乱れてないようです。
やっぱ、人体からと思われるハムノイズも混ざっているようで。
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201220
新たなる回路。(案)
・正弦波ではなく矩形波2.5KHz固定。＜高調波的には多分大丈夫だが、刺激が強いならウイーンブリッジ等へ。
・省電力なデジタルAMPモジュールを使う。＜TPA3118にしたが、ワッテージというより電源/出力電圧の高さを見積もって。
・24V単電源仕様。＜トランスが適切なのを調達できれば12〜15V程度でも上手く行くはず。
・秋月の安いトランスを使用。＜入力インピーダンスが低く小規模なので、制限を設けないと破損の可能性あり。上手く行かない可能性多大。。
まだ組んでないので、図にはミスがあるかも。＜今のところRA、RBの反転ミスくらいかな？
人間にとっては、基本的に、電圧というより電流とか電力が有効値なので、回路に適度な内部抵抗をもうけないと、
発汗など電極面のコンディション変化で強く感電したり火傷したりする可能性がある。
途中まで組んでみて。。。
フォトカプラを駆動するとこまで来てます。
まず、足し算と引き算がごっちゃになってましたので修正。
RAは100Ωだと低すぎて動作しない可能性が高いので、1KΩにしました。＜330Ω程度でもOKかも。純正のNE555なら200Ωで動作しました。
ワンショットトリガーのタイマーの出力で、バースト用のマルチバイブレーターを駆動しています。
デジタルAMPの出力が図ではGNDに接地されてますが、TPA3118は両端子とも接地は出来ないかと思います。
TPA3118はゲインが20dB以上ですので、信号をかなり減衰させて使う必要があるようです。
タイマーの抵抗を3MΩ程度に設定したら、いつまでも終わらないので、これも少なめの数値に。
電解コンデンサーは、耐圧ギリギリだと、劣化が早いことから、時定数設定用は、高めの耐圧のものに。
発振ぶぶんですが、矩形波の積分が三角波なので、6番ピンからとって、Diで適度にクリッピングしても良いかも？
ただ、cds部分が出力電流を要求するので、バッファか何かが必要そうなので、Diのみでも…、
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
とりあえず、自分の足にパッドを貼ってみたトコ、旨く動いてます。
ただし、かなり出力を絞ってます。そうじゃないと、トランスが壊れるかと。
コイルも鳴きます。
波形は、トランスを通してるためか、正弦波になっているようです。
電源は、デジタルAMPも含む、全て12〜15VでOKです。
このまま、入力を絞って、最大出力を絞るか、
安くて丈夫な電源用トランスを使うかですね。
今使ってる一個320円のAT403はST-32と同じ構成ですので代替できます。
TOYOZUMIの電源トランスHT-1205(680円)で入力に10Ω付けて、8Vのタップで上手く行きました。
体内に流す電流安定のためトランス出力にも1〜3KΩの抵抗を付けて6Vのタップでやってみると更に良いかと思います。
このトランスの場合、波形は、結構エッジが出たりしますが、感覚的には問題無いようです。
ただ、デカいのでケースに入らないようなので、他のもっとコンパクトな電源トランスでも良いかも。
エッジが出る理由は、トランスの高周波に対するインピーダンスが高いので、対比的に高調波がカットされてないように見えるだけかも。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
とりあえず、小さなトランスの方だと、入力に47Ω付けたら使えました。
大きなトランスでは、入力に10Ω出力に510Ωがちょうど良い感じです。＜12V駆動
また、トランス出力が開放にならないようにした方が良いみたいです。よって、人体と並列になるよう47KΩを付けました。
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HT-605(540円)位の大きさのトランスが良いかなーと思っていたり。
出力を稼ぐなら、入力の抵抗を4.3Ω程度にしたら良いかも。出力の抵抗も330Ω程度に。
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物凄くへたったボロボロのパッドを使ったところ、ちょっとパワー不足を感じました。
そして、抵抗が焼けてる感じがありました。
ので、抵抗は1Wクラスが必要かと思いました。
15V仕様にして、トランスの入力抵抗を3.3Ωが良いかも？
HT-61という電流の大きいタイプのトランスもありますが…、どちらかというと、小規模で倍率が高く電圧降下しやすい方が良いかと思います。
矛盾してるようにも思えますが、
大きなトランスで、定電圧ならまだしも、負荷が無いとき、高電圧だと、デカい面積で接触してるときはいいのですが、剥がすとき、小面積だと、かなり痛みが走るような気がします。
なので、高めの電圧駆動で、内部抵抗をかなり高くした方が無難にも思える。
一次側の抵抗は、トランスのコイルとAMP保護。二次側は、人体への流れすぎからの保護という感じでやってみると良いかもです。
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201224
一応の完成。
今度は、HP-515というトランスを使って見ようと思います。
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210105
HP-515、入力に2Ω、出力に330Ωで無難に動いてます。
出力は人体に並列に51KΩ1Wをつないでて、無負荷で少々焼ける匂いがしましたが、まあ、大丈夫。
出力が若干弱いようなので、15V電源仕様に向いております。
あと、タイマー設定用の5MΩ半固定抵抗自体は、LMC555としては、10MΩまで使えるので、多分電解コンデンサーのリークですね。
電解でも、貯めたら数日持つものもありますし、この黒いのはあまり良くなかったのかも。
で、VRを1MΩにして、2000μFに増量して様子見です。
そうそう、このLMC555のセットリセットへの電源供給はリレーを介して行われてます。
リレーは電源ONより一瞬遅れるので上手く行く設計となりました。
漏れのある電解もあるようですが、青色の10000μFなら大丈夫でした。
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210810
トランスだけだと、定電流、定電力になりがちで、
底面積でパッドが触れたときに電流が集中して痛いかも知れない。
なので、出力に並列に抵抗を繋いで、定電圧要素というか、制限を作った方が良いと思われる。
ある程度、小規模のトランスにすることも重要。
抵抗は、数キロΩ程度だと予想するけど、耐ワッテージにも注意かな？
高圧側にバリスターも役に立つかも知れない。
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211215
アクセスが結構に上がってるみたいなのだけど、
正式な回路図を書いてないことに気が付いてるのだけど。予想は付くと思う。
書く熱意が足りない感じかなー？、、という。。
まあ、少し閾をもうけておかないと、お気楽に作って感電しまくるのが落ちなのかも知れないという憂いも。
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220109
大型な方も、
デジタルアンプモジュールに変えて、単電源化しました。
変えた部分。
ST-79Aが低電力なのと、波形がサイン波な4KHz程度に設定してるのもあって、刺激はソフトで筋肉は良く動くような気がする。
うまく設定すれば、NJM386BDとかアナログな小電力で安いオーディオアンプICとかも使えるかと思います。
BTL出力の物が振幅は稼げる。が、その分パワーのあるICが必要。D級ならPAMなんていう小規模のもある。
パワーOP-AMPの代用は、普通にOP-AMP出力にプッシュプル回路をつないで、
フィードバックかければ、それなりに動くかも。
バイアス無ければアイドリング電流も極小になります。
220118
コンパレーターとしてるOP-AMPをTLC271CPにした。ターンOFFのキレが若干改善したようにも見られるが、CDSなので、、
それよりも、単電源動作なのでLEDが消えるまで電圧が下がらない場合は問題なので、Diなども使うと良い(一個はかつて逆電圧保護用だった)
サウンドファイルを昇圧してるだけかも？
https://ascii.jp/elem/000/001/644/1644344/
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ ＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ 二酸化炭素濃度メーター-：？？ 220127 アナログ表示のCO2濃度計(二酸化炭素濃度計)の製作 PWM出力を積分して、アナログメーターで表示する。 暖房の換気など効率よく行えば、元が取れると思う。
Tをかなり長く取るのは、計測の世界の常識で、カットオフはその10倍の余裕を持つように。という規則的な掟の感じです。
実際、パワーが半分になる部分の1/10でも、RCのフィルター1個では、緩やかなので微妙な差はありますね。
それでメーターがピクピクしても読みづらいでしょうし、様子を見ながら。。
デジタイズする際にこれがエイリアスになったりしうるので避けたいワケです、、
フィルターを多段化させたりして鋭い特性を持たせることも可能ですが、パッシブ回路ではここらでイイかな？と思ってます。
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超高感度な検流計は、秋月のワケあり品。
振ってみたら針が引っかかる…。
分解してみたら、凄く細かいので見つけるのに苦労しましたが、、
バネがガイドの金属の上に乗り上げてました。コレを解除して治りました。
キャリブレーションは、積分器手前に5V繋げてと思ったのですが、コンデンサー繋がずにCO2濃度を上げるとフルに振れるのでそれで十分でした。
問題は積分の時間の時定数。。3300μFだと、まだ、ピクピクしてたので、1.5KΩを取り払って、8200μFにしました。ゆっくりと言えばまあ、そうですが、取り立てて問題なしです。
問題は、ラジケーターの固定方法かなー…、へたに外れると、Cに電荷が溜まりすぎて、次に繋げたときに突入電流的になって破損させる可能性もあります。
普通のオススメは大きな箱ですかね。なかでちゃんと配線すればいいわけですし。ポピュラーな100μAのパネルメーターでもイイですし。
ところで、CO2濃度のまともな値は、410ppmで、1000ppmを越えると環境が悪いそうです。でも、作業で息がかかってると、3000ppmなんてすぐに越えてしまいますね。
で、
このように取り付けました。
センサー部分が赤いのは、センサーの光です。マイコン内蔵のようで気ままに点滅してます。
精度は、機械の精度をメーターが超えてる可能性があるくらいなので、結構精度はあります。
CO2濃度計測器はまともなのは結構高価なようですが、
これだと安めに且つ精度もあるのが出来たとは思います。
追記＞
暫く使って見て、
室内エアコンだと、500ppm越えないかなーというレベル。
設置の高さが中腰で目の位置程度なのもあるかもだけど。
やっぱ、室内の密閉性がとても悪い家だということですね。
でも、
ストーブを弱いエコモードで点けたら十数分で1000ppmを越えました。
そのまま点けっぱなしで、1400〜1500ppm状態でした。
普通計測器は%で精度が出るが、
表示機器はゼロADJなどで小さい表示の方が誤差が出やすい。
しかも、アナログは小さい方が読みづらいからその点は留意した方が良いかも知れない。
とはいえ、大きい方が問題なのでコレはコレで。
注釈＞
時定数のTは通常CRであって、2πは含まない。
よって、見積もった容量に差が出たところもある。今後τとして分けようと思う。
で、一段の積分器でT=CRは、計測するとき、デジタイザーのサンプリング時間の最低限10倍の余裕が必要と言われてます。ということです。
書き直すと、
という感じです。
テスターにデュティー比計測モードがあるので、デューティーを電圧に変えるような、そんなICもあるかもしれないですね。
針の付いたモーターにポテンショメーターつけて、サーボのように比例制御すれば、アナログメーターも作れます。
また、テキトーな電圧計でも、増幅器でキャリブレーション出来ればイイですし、積分回路も3段以上のバターワースとか出来ます。
そういえば、大学の学生実験で使われてたガルバノメーターは、たしか戦前戦後のあたりのモノで、良く持つなーと思ってたけど、今思うに保護回路があったように思う。じゃないと学生の乱雑な扱いに耐えられるはずも無く。
ただ、電圧が低いですし、タダのDiを順方向に使っても、結構リークするので、工夫された回路があるのかなー？と思ってます。
ガルバノメーターは通常センターに針があるモノで、普通の検流計はこの方式です。
片方に振れるのは、電流計と言い直した方が、紛らわしくなかったかな？
秋月の電流計は、
50μAは4.5KΩ、100μAは1.8KΩなので、電圧や電力的な感度は100μAの方が上でした。
パネルの文字盤を書きかえる必要性がありますが、100μAもイイかと思います。
多段積分を組み込んだ、単電源の計装アンプICで、高めの電圧のメーターまで上げることも考えればもっと自在性は上がります。
逆に、安く上げたいなら、ラジケーターですが、針の動きの比例性が悪いという感じはあり、ソレによって、パネルの数値文字の振り方も難しくはなるかと思います。
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220129
計装アンプを用いて2段積分にすることで反応速度を上げようと考えた。
べつに、単電源のレール電圧の出るOP-AMPでも良いのですが、、、
針が動く行程の領域を5cmと捉えると、−40dBで0.5mmのぴくつきですね。実際はオーバーシュートもあるようで少し大きく見える気もします。
針の太さより、揺らぎが小さくなれば目立たないかと。
バターワース2段のアクティブな回路を含む積分回路です。
OP-AMPに限るなら帰還にコンデンサーを併設して3段にも出来ます。
1Hzでの減衰を同じ47dBにした場合、1段(-6dB/Oct)と2段(-12dB/Oct)では、カットオフ周期がかなり違う。
2段では単純に2倍速くなる位かと計算してみたら、軽く10倍くらい速くできるようですが…、
まあ計算違いがあるかもだし、そこは、余裕を持って、実際にやってみて確認して詰めて行きたいと思います。
部品は注文したのですが、土曜日ですし、まあ、水曜日あたりに出来ればイイかなー…と思っております。
OP-AMPを使うときは、入力Zに注意です。
時間による定積分回路ですので、大体の平均値を出してるわけですが、
二段になると、平均の平均となるので、スムージングは上手く行きますが、物理的意味は複雑になりますね。
実体配線は、大体こんな感じかなーという感じになりました。
単電源の計装アンプを使う予定ですが、
OP-AMPとPIN構成が近く、試して見たくなりました。しかし、単電源OP-AMPでなければ、案の定、電圧が上がって何も起こらないだけ。
2回路のなら持ってるのですが、、、ということで、2回路を1回路のピン配置にするアダプターを作って見ました。
NJM7043D：入力Zの問題はクリアしているが、いかんせん完全にレールにまで電圧が行かず…、
NJM2732D：入力のZが分からないが、ほぼ完全にレールtoレールになってる。
後者はキャリブレーションで上手く行ってるから、問題無さそう。
2回路なら他にも幾つか持ってるがこんな感じで行けると、単電源計装アンプも期待できる。
ただ、計装アンプは結構高いパーツなので、OP-AMPの方が釣り合うような気がするので迷ってます。
最終的に、落ち着く適正な値は、
Cは、前段100μFと後段1000μF
Rは、前段56KΩ、AMPの倍率設定が100KΩに対し5.6KΩ、後段のVRは100KΩがイイです。
針の動きは、6〜7倍速くなったのでは無いかと思います。もっと速くも出来ますが、CO2センサーのDATA更新頻度がそんなに速くないみたい。
220202
単電源なフルスイング計装アンプのAD623ANZは、電源を投入すると出力が1000ppmくらい浮きました。
つまり、0Vは出ません。よって、お蔵入りに…。
560円もしたので、何かに使おうとは思います。
NJM2732は100円なのでお気楽だったです。
でも、2回路⇒1回路のソケットアダプターは背丈があり、ケースの箱が閉まらないので、、
NJM2732の1回路版、NJM2731を、と思っても無いので、
変わりの1回路のレール電圧が出るOP-AMPを〜、と思います。
或いはちょっと長い配線のアダプタを作ってOP-AMPを引き回すか…、
結局そうなった。問題無いから良いけど。
そうそう〜、
一応、注釈なのですが、
計装アンプじゃなくてOP-AMPを使うとは、
OP-AMPの負帰還に100KΩと5.6KΩで増幅する、非反転回路です。
タダ単に、計装アンプの抵抗配置をちょっと換えただけですから、簡単に行けるですね。
NJM2732の電源電圧対出力電圧などを見るに、この状態で絶妙に測れてることが分かります。
まあ、ムリせず正負電圧を使えば良いのですが、それなりに精度は必要なので、＋5VはレギュレターICは必須かも。
ちなみに、この回路、＋電源に0.1Vの精度が必要だから、三端子レギュレターは必要な可能性が高い。
結構電気を食うので、両電源モジュールは価格的にアレなので、安く上げるには、工夫が必要です。
まあ、片方のプラス電源入力から、小電力絶縁モジュールでマイナス電源をだすのもイイかも。
センサーの分解能は1ppmで精度は5%というかなりイイ感じがする。
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220207注釈＞
計装アンプのRef端子は、GND(0V)に落とした方が良いみたい。
これによって、オフセットが無くなり、使えるようになるかもしれない。
時間があったら試して見たい。
とりあえず、やってみた。
電源投入してCO2センサーモジュールが起動してないとき、0を維持するようになった。
だが、今までのとは比例係数が違いすぎる。(約2.5倍)
バイポーラーとの比例係数の違いかも知れないけど…。
もうちょっと検証を考えねばならないかも。
思うに設計より考えて、
計装AMPの出口で。
TTLレベルの0．04853×18.86＝0.915倍
終段回路で抵抗設定が36.4KΩ、約1/9越える状態に近くなるから、0.336Vがメーターに来るはず。
これが現時点、20μA表示つまり4.5K Ωに対し0.09V
とても低すぎる。
OP-AMPの場合、
TTLレベルの0.04853×20.61＝1.0001倍 ←これはTTLが5Vの場合、高すぎで改善の余地ありかも。
終段回路で約1/9越える状態になるから、0.37Vがメーターに来るはず。
これの表示が、50μAなので、0.225Vとなる。＜CO2を高めてパルスを飽和させて実測265mV
ちょい低い。
PWM出力のTTLレベルは5Vじゃなくって3.3Vかも知れないので確認が必要…、、⇒計測の結果3.3Vだった。
でもって、TTLレベルもオシロで見た感じ、正確に3.3Vではないかなーという感じであった。
これを考慮に入れると、
計装アンプの出力が大幅に低すぎ、OP-AMPのほうが出力が若干小さすぎる気がする。
となると、
どうみても、計装アンプは正確に出てない感じがする。
だけど、
入力に漏れがあるかも知れないバイポーラーOP-AMPと漏れの無さそうな計装アンプの入力Z差から来る結果が、理屈と逆行してるのが気になる。
両者、CO2が薄いときは数値が4.0μVを僅かに越えるレベルで、似てる。
つまり、
OP-AMPは入力で少し漏れてることがあるかも。でも、キャリブレーションにて正確みたい。
で、
計装アンプは、出力電圧が頭打ちになってるイメージな感じ。
220216追記
安いアナログパネルメーターについて思ったんだけど。
何度か扱っていて、ネジの締め付けの強さ、パネル面のはめ込みなどを押し込みすぎ、衝撃を与える。などに極めて弱く、
針の、ズレ、引っかかり、渋さなどを生み出す。
あと、安いのは、バランスが取れてないのもあるため、傾けると表示がかなりズレるのがアル。
これらの問題は、高いのはそうでないと思うけど。。
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サーボメーター-：？？
オマケ
「モータ制御によるサーボ技術でのメーターの製作」
昔、学生実験でのオマケ的指導な説明のために、PD制御のモデルとして作ったサーボ。
埃を被ってて、一部、断線してたり、部品がもげてるが、
転倒防止のバランス制御の考え方や、オーバーシュートや発振現象の説明にも使った。
内容はあまり覚えてないが、
回路構成としては、LEDやLDの比例発光制御(通信用途)にも流用できるように考えてた感じ。
右から古い順に、
終段が
@パワーOP-AMP＜イロイロ使った。
Aダイヤモンドエミッタフォロアかと思ったが4つでPP(プッシュプル)。＜のろかった。基板裏にフリーホイルDiを入れてたみたい。
BFETでのPP化＜試作的要素が強い
である。
後で分かったことだけど、
AとBは、74HC14が付いてるし、FET手前で二つのポテンショメーター、そして駆動時、モーターから発振音が聞こえる。
まさか…？と思ってオシロで駆動波形を見たら、、、
既にPWM駆動回路で設計して作ってたのだった！！
ただ、まあ、デッドゾーンが大きいような気がします。調整不足なだけだとは思いますが…、
PWM方式は疲れそうなので要らない気がしたが、既に作ってるとなると、いずれ、それを越えるモノを作りたくはなる。。
あと、ステッピングモーターはマイコン向けかも。
かなり後になって気が付いたけど、A、Bは、Trを4つ取り付けるとこがある。
で、よくよく考えてみると、、
反転論理で二つのTrを使うことで、GNDとのスイッチングではなく、正負電源を同時使用する仕様にしていたみたい。
その後、反転論理を使わず、2SKと2SJの上下を入れ替えるコトによって、同じ動作を行う様にしたようだ。
むかしなのによく考えてたなー、、
今考えると、4個全部を2SKにすることぐらいかな？
でも、130モーターに正負5Vで10Vを同時にかけるのは負担が大きすぎるし、とりあえず、GNDとの電圧仕様にしようと思った。
簡単には、やはり、OP-AMPでコンプリメンタリのFETを駆動したのを使いたい。
この場合、足し引きの回路と、増幅(積分フィルター付き)は2段に分けた方が良いかと思った。
じゃないと、倍率設定的にまともに動かない。
MOS-FETはゲートのCがデカいので、間にRを繋いでOP-AMPの発振から保護したり、帰還にもCが必要かも。
PWMスイッチングでは、リニアリティーは問題にならないし、
また、OP-AMPを介してNFBで制御してるので、リニアリティーはあまり関係ない。
リニア増幅で駆動するサーボ的なアナログメーター程度なら、ノンバイアスによるスレッショルドがあっても問題無い。
また、モーターの動き出しにも閾があるがこれも挿して問題では無いかと思う。(ステッピングモーター制御なら更に。だけど面倒)
よって、まずはバイアス回路を儲けないでやってみよう。。
静的なドライブ電流が無くても、低い電圧でONになるのも多いと思う。最近のは4Vで完全にONになるとか、
小電力モーターなら2.5から3VでOKぽい印象を持った
慣性モーメントが少なく、ギアダウンされてると、起動時の電流も食わないし、
また、ロジックでのPWM回路などだと、コンプリメンタリの必要性も無くなるが、生産のラクさと実験機の設計および理解のしやすさはまた別である。
とりあえず、比例制御で、PWM方式あわよくばステッピングモーターや三相インダクションモーター等は余裕があったら考えてみようと思う。
で、オーディオ用の回路は資料があった。
案の定やはり、ノンバイアスではこの違いは出てきたが、
OP-AMPを介して制御を用いてるのと、オーディオほどシビアな精度は要求されないことが重要な点。
考えたけど、コレでも良いのでは？＜AC増幅のオーディオの場合。
ただ、全体的な比例精度のため、OP-AMPは、J-FET入力などが良いだろうと思う。071とか081あたりかな？
(最近のパワーMOSFETの配列はGDSに統一されてるのが多い？？Dを放熱したいから真ん中って言う感じも？)
ギヤのガタや、FETのスレッショルド、モーターのステップ数などは、結構重なってくると問題かも知れない。
だからと言って、感度を上げれば発振しやすいし、下げればデッドゾーンが多くなるかも。
逆に、デッドゾーンが少ないと、何時までもジリジリと細かい制御を続け、モーターの消耗もあるかと思う。
もちろん、ギヤの摩耗、電力消費観点でも良くないので、程々のポイントが必要そうである。
また、モーターは市販のREとかなマブチモーターはブラシが非常に貧弱なので、ミニ四駆用途かブラシ強化版のモーターが必要となる。
マブチモーターの280SAモーターが分厚いブラシなので、イイかも。ゲームコントローラーのバイブレーション用はどうなのかな？
針を動かすだけなので、トルク系モーターよりハイスピードモーターがイイかな。
速すぎると慣性が問題になるけど、トルク系とはちがい、巻き線抵抗が少なく、電流食うとも思うので、、
ターン数が多いからトルク型は高いのかも？
モーターとギヤの比は重要に効いてきそうです。
ガタやデッドゾーンの少ない精度、発振しないでなるべく速く、を両立は結構ムズいかも？、
そういえば、パワーMOS-FETは温度が上がると流れにくくなるんだったっけ？
そうだと、パラレル化もやりやすいですが。
性能だけ求めるなら、RC用デジタルサーボに50HzのPWMコントロール信号を送って制御するのが簡単。出来合いなので、それしか能が無いけど。
で、イイ手段が無いかイロイロ考えてみてます。
シグナル入れると、倍率を変えれば変わる必要がありますね。そうじゃないとリニアリティーが下がる。
計装アンプICはOP-AMPの部類に入るのですが、倍率設定を別のピンに繋げたVRで行えるので、
加減算回路に倍率設定が出来るのは、お得だと思います。安い計装AMPも注文しておいて正解でしたね。
まだ、ブツが来ないので、イロイロ思案中。
下の方の回路が妥当かな？と思う数値に出してみた。
ここらで、回路を弄りながらと思って、前のがPWMで出来てたことに気が付く。⇒やっぱPWMにしないとダメだと思った。
考えて変わったところは、
マブチモーターのブラシ3相モーターは、左右のマグネットと3つのコイルで、6ステップなのでは無いかなと言うことです。
なので、ギヤ比は、低くて70:1位は欲しい？
タミヤ TAMIYA 72007 4速パワーギヤボックスHEは74：1がある。
とも思ったが、モノを見た感じ、ギヤ比高すぎて速度が…、、という感じかも。
モーターをハイスピードにするのもある程度重要ですが、加速や減速を考えると…、、トルク型が良いのかも？
分解能はもうちょっと下げてもイイかも。そうだと、30：1とかまでなら行けそう。
バックラッシュが少ないことも重要かも。中に小っちゃいギヤが数多くというのは避けたい。
ここら辺は、どの程度？というバランスの問題かとは思うので極端にどちらかに寄せた作りじゃないほうが良いかも。。
あと、モーター側のピニオンギヤは8Tだと普通の樹脂のは、強度が弱く割れやすい。
もっとしっかりしたのが欲しいので、別でカーボン入りとか選ぶ方が良いかも。。
ということで、真鍮製と共に注文。
ミニモーター標準ギヤボックス 8速 [70188]
が丁度良さそうにも。でも130モーターでは無くってもっとちっちゃいので、モーター選択が困難。
でもって、130系モーター専用のギヤボックスは、
やはり、重要なのが、ギヤボックスがスムーズじゃ無い。しかもガタがある。
ここら辺を調整して、ガタを少なく、スムーズにすれば、制御も妙にぎこちなくならなくて済む。
あとは、ギヤ比とモーターの特性の相互関係を含めた付き詰めである。
でもって、ベベルギアのように90度曲げるギヤは、クリアランスが狂いやすい。音も大きいかと。
130モーターのタイプはコレが多いコトに気が付いた。どうだろう？？
テクニクラフトシリーズはモーターピニオンと平ギヤ接続が基本なのでその点問題が少ない。
テクニクラフトシリーズ No.2 ハイスピードギヤーボックス HE ＜最初に作ったタイプで速すぎ粗すぎ
テクニクラフトシリーズ No.3 ハイパワーギヤーボックス HE ＜試作はしてたけど、テストした記憶が無いが丁度よさそう？
テクニクラフトシリーズ No.5 6速ギヤボックス HE ＜別用途で持っているが、ギヤが多いのでガタ多そう＋高価
テクニクラフトシリーズ No.7 4速パワーギヤボックスHE ＜まあまあかも？モーターピニオンは10Tと12Tが選べるのが特徴。
でこれは、130系モーターが付かないモノも有るみたいだが、まあ、改造すれば。というか、付くヤツのアダプタを流用できるようだ。
電流制御が上手く行ったら、
PWM駆動回路でも作ろうと思うが、回路をブロックに分けて、調整しやすくしたい。
プッシュとプルを完全に分けてしまうことも出来るかも知れない。
(ステッピングモーターの場合、針は比例制御じゃ無く、ある程度以上は、というか、基本的に定速で動いていると思う。)
手計算で大体把握した値とシミュレーションは若干違うが、大まかな特性は同じ。
思っていたほどF特がシャープに出ないことと、持ってる部品で適正な値を与えるのは困難だと思った。
これでは、低周波でゲインが上がってるのが何故なのか不明。
反転入力は、倍率を儲けた引き算はあまりうまく出来ないはずなのだが、近似出来ればイイかと思ってる。
ひずみ率のシミュレーションでリニアリティーが分かるかも？
大体形になって来た。
微分が問題ではある。
変化率(速度)に対するダンピング抵抗みたいなモノだけど、
コレにより、オーバーシュートやソレのヒドくなった発振が緩和される。
だが、針の速度が落ちる原因でもある。
なので、最初は無しで、後付け出来る設計が良いかと。。
両電源を使うとすると、、
−−−−−−−−−−−−−−−
220202
コレを見て、ミニモーターなのだが、純正130と同じくらい？のようだ。
ミニ四駆のモーターは、適正トルクで大体17000rpmは回ってるイメージなのですので、
付属のはちょと遅いかも？
でも、これは、加速した後なので実際の使い方では変わってきそうだし、電源電圧も多少変わってくるので。
ただ、ギヤ比は60〜70が限界で、遅い場合によっては40〜50にしなければならないかも。
あとは、潤滑やガタ、
グリスはゴミがくっつくので、密閉するか、それでも問題ならドライ系のモノが良いのかも？
純正は粘性もあってイイのだろうが、
CRCのテフロン入りシリコーンなシリコングリースメイトもイイかも。
ダメなら、ドライタイプのシリコーンとかPTFEなCRCのドライファストルブ
ハイパワーギヤボックス2種類が適当でありますね。
4速の方は、ガタはどうなのだろう？というのもあるけど、ガタは制御でどうにかするというのが普通かな。
昔、秋月で売っていたCDのピックアップモジュールの制御の概念説明にも、機械的誤差を制御で補うみたいなコト書いてあったし。
ポテンショメーターは、10KΩの角度センサーのストッパーを削って360度以上の回転可能にする。
でもって、
ハイパワの2速タイプは、64.8：1
が特質的なのでソレにすることにしようと思う。シンプルでダイレクトな構造なので、ガタは小さそう。
ハイパワの4速タイプは、47.6：1かな？
ハイパワの2速タイプの41.7：1はステップ数からの分解能がきわどいかもだが、、
速度的には上手く行ければこれもイイかなー、、、
−−−−−−−−−−−−−−−
220204
モーターの電流が大きいので、制御回路の電圧降下⇒ポテンショメーターなどのコントロール電圧が狂うということで、
デッドゾーンが大きくなったり、発振したり、など作動不良もありそう。
電源の強さと、場合によっては抵抗によるモーター電流の制限が必要。
(デッドゾーンに関しては、FETのアイドリング電流を少し上げる程度に設定もあるかな？)
で、モーターは、針しか動かさないけど、それでも自己の慣性モーメントによる、
加速運動のつきが良い感じしないとイケないかも知れないと予想している。
トルク型ほど多く巻いてるので価格が高い傾向があるけど、
線を細くしたりして電流を絞って、トルクも出してるのもあるかも？
まあ、抵抗繋いで制限するテもある。コミュテーター、ブラシの耐久性も良いモノを。
トルクがあって、電流はあまり食わないモーターが欲しいトコ。
つまり、ターン数が多く巻いてるモーターがイイ。
既製品データの存在は考えても無駄でググるしかない。
アトミックチューン2モーターPRO：462円：バランス：金属板ブラシ
アトミックチューン2モーター：462円：バランス：金属板ブラシ
レブチューン2モーターPRO：462円：高回転型：金属板ブラシ
レブチューン2モーター：462円：高回転型：金属板ブラシ
トルクチューン2モーターPRO：462円：トルク型：金属板ブラシ
トルクチューン2モーター：462円：トルク型：金属板ブラシ
ライトダッシュモーター：484円：中間的：耐久性も高い金属ブラシ
ライトダッシュモーターPRO：506円：中間的：金属板ブラシの耐久性を高めた高効率
−−−−ここまでは、ググったら貧弱なブラシ−−−−
ハイパーダッシュ3モーター：506円：高出力：電気効率と耐久性のバランスに優れた銀カーボンブラシ＜＜＜＜
スプリントダッシュモーター：506円：トップスピード重視：？
パワーダッシュモーター：506円：トルク型：？分解とググったら分厚いのが付いてた。＜＜
ハイパーダッシュモーターPRO：528円：高出力？：銀カーボンブラシ
マッハダッシュモーターPRO：528円：高回転：銀カーボンブラシ
ウルトラダッシュモーター：748円：高回転：銀カーボンブラシを採用
プラズマダッシュモーター：968円：高回転：カーボンブラシ
高回転だからトルクが無いとはならないが、、電気を異常に食うことになるようだ。
トルクあたりの消費電流も関係しそう。
PROは軸が両側に出てるダブルシャフト？でも、出力の仕様も微妙に？
あまり強い駆動だと、ギヤを壊す可能性もありそう。
ギヤ購入時にハイパーダッシュ3モーターを購入してたのだけど、これが偶然ベストだったみたい。
で、金属板ブラシというのがなにも書いてないので気になった。
ググると、ただの薄い板のタイプと言ってたヤツです。よって使えない。
ただ、ブラシは取り外し可能なので、交換も出来たりはする。駆王というののサードパーティーのブラシの別売りもあるとか…、、
これも考慮すると、トルクチューン2モーターが最もよさげになりそう。
で、ウチに昔自作サーボ用に買ってたのが、
トルクチューンとトルクチューン2モーター、そして標準のFAモーター。
ブラシを買って交換してみたくも。。
モーターの慣らしは…、
まあ、コミュテーターブラシ間が汚れてきたら、接点復活剤が良く落ちる。＜遠い昔に自分で発見したのである。
タミヤ接点グリス点けてる人居るけど、、なんか薬用効果あるのかな？
RCなどパワー系には厳禁だと思うのだが、、タミヤ接点グリスは例外そうにも思えるけど、シビアな仕様には不味いかも。
で、テスト
トルクチューンモーターは、500mAでは回転が始動しなかったり。＜ブラシの変質したグリスによる汚れが原因のようだった。
トルクチューン2モーターは動くようだ。
ハイパーダッシュ3モーターは行けた。カレントリミッターは働く。
純正モーターも行けた。カレントリミッターは働かない。悪くないと思う。というか、スムーズな始動を考えると一番かも。
まあ、あまりぶん回すコトは考えないで、イイ制御が行いやすいというのがイイですね。
普通の高速サーボのギヤ比はどうなのかな？
で、思い切って分解したら、純正は既にブラシが欠けてる。グリスがべっとり。
ハイパーダッシュ3は、ワッシャが二つアリ、ブラシがリッチ。モーター缶のコミュテーター付近の穴が無い。
後方の軸受けにメタルがハマっている。
純正(ギヤセットに付いてたヤツ)のほうが、細い線で多く巻いている。故にコイルのトルクは出やすい。加熱に注意？
マグネットは、ハイパーダッシュ3の方がかなり強い。なので、トルクも出そうだが、
手で回すと回転に力が要る。いわゆるコギングが硬い。という現象であるので、
始動電圧はどうなのか？スムーズなスタートに向くか？という若干気になる部分もあるが、
で、こうすることにした。
純正のローター、ハイパーダッシュ3のマグネット、ワッシャー、ブラシ。
ただ、純正のワッシャーは、組み付けるとき、ブラシを引っかけやすいので注意ですね。精密ドライバーでブラシをずらしながらはめる感じ。
今、低電圧でならしてるトコ。006Pな高電圧で短時間ブレークインもあるらしいのを見かけた。。
ついでに、トルクチューンモーターも分解してみた。ブラシは生きてた。変質しているグリスが問題だったか？
ブラシは、純正より若干イイかもだが似たり寄ったり。はめやすいのはあるが…、、
後方のベアリングはプラのまま。
ローターのワイヤーは純正と同じくらい。マグネットは、ハイパーダッシュ3よりちょっと弱いくらいで、純正よりは大幅に強い。
同じターン数ならマグネットの強さがトルクと消費電力に効いてきそうなので、注意が必要かも。
軸受けには潤滑被膜の耐久性が非常に高いGRPを塗ってみた。ベルハンマーでも？
性能検証は下記を参照↓
http://clamp-cc.sakura.ne.jp/Mouse-c.html
ただし、油脂系や潤滑物質は、ブラシ接点やギヤ取り付け部分には点けると不味いので注意。
ニコイチするなら、ハイパーダッシュ3と純正の方が安くて良いかも？？
見たら、パワーダッシュモーターがニコイチ結果に近いかも。ハイパーダッシュ3と同じ値段。多分メーカーの価格表示が間違ってる？
ポイントがあったので、パワーダッシュと純正FA-130モーターを比べて見るべく、両方を注文。
金曜日遅くなので、日〜月に来ると思う。
とにかく、現存するモノでチェック。
ピニオンはとりあえず、カーボンのヤツですが、シャフトの頭を0.5mm〜1mm出さないと当たる部分がある。
ハイパワーギヤーボックスで64.8：1設定にて動かしてみるに、1Vちょいで動かしてもメーターとしてイイ感じなので、
もうちょっと比は大きくても良いのかも知れない。
ただし、電圧を上げても速度があまり変わらない気がするのは、多分、無負荷だからかな？たかだかメーターに強烈な電源を要求したくないですものね。
130モーターアダプターは付いてないギヤボックスだけど他から代用した。
無くても、ツラを強めの両面テープでくっつけるだけでも良いかも知れない。
低い電圧では、始動電圧など、グリスも結構効いてくるので、ゴミよけも有効かも知れない。
ギヤボックスのネジをちょっと緩めにすると良いみたいなので、ソコはモーターのワッシャーの寸法のつじつまが合ってない問題かも。
分解してクリアランス取ればイイかもですが、とりあえずこのままで。。
FA-130RAって、18100と2270がある。ミニ四駆は3Vだから、18100だと思われる。ギヤ用の後端が青いのも同じ純正とある。
ターン数は、70で、トルクチューンモーターは50らしい。
ならば、FA-130のを使った方がよさそう。それにハイパーダッシュ3やパワーダッシュのブラシを使う。
マグネットがどうしたモノか？ではあるが、コギングが硬いと始動電圧が下がるかも？でもギヤの抵抗も考慮せねばならない。
効率では9710rpmが一番良いが、無負荷で14000程度回るようだ。まあ、ミニ四駆のチューンドモーターは適正負荷で低くても15000位回る事を考えると…。
ただし、3Vまでだから分からないけど、高電圧はイロイロよろしくない。
直列にある程度の抵抗を繋いで、トルクがデカいときの電圧降下を促すと負担は減るかも知れない。
あんまり細く多く巻くと電流が制限されて、最大トルクが出ないようですが、
小電力でそれなりのトルクに、始動も良いレベル。と考えると、純正なのかも？
メーターは基本、上がるのが早いほうがイイかも。音のメーターはそうなってますね。
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ググってイロイロ調べて見ると、無負荷では、純正とトルクチューンは同じような回転数。
ということはローターのターン数の差からの寄与は少なく、同じようなモノかも。ブラシで制限されてる部分もあり？
パワーダッシュは、トルクが高いが、回転数も高い。電気を食い、ブラシの消耗も多いとか。ココは、選択を間違った感アリ。
効率はどうなのだろう？カタログスペックから(トルク×回転数)/(電流×電圧)を比較して見るに悪くない気もするが、、
とりあえず、部品取りになった感。それなら、ハイパーダッシュ3の方が良いかも？
商品が届いて分解しないとワカメだが、この用途では初動の電流が高すぎるかもで、ローターまでを扱うのは期待薄。
電流は、ブラシへの負担に直結するので。
純正よりもうちょい回ってほしくて、ブラシ、エンドベルの軸受けは高耐久となると、無い。
よって、ニコイチとなる予想。
そこでコスパを考えると、ブラシが良くてとなると、ハイパーダッシュ3＋純正ローター＝コレまでと変わらない…
薄い金属ブラシのチューンドモーターは割高なので…、。
ギヤボックス側も比は、60〜70というこの程度であまり打開策がない予想。(40あたりまで下げると分解能がキツイと思うけど。)
Winding値なる4桁のもの、線径二桁ターン数二桁という並び。
高速なモーターで電流が少なめのモノはどうなってるのだろう？トルクはそれなりだし、、、？？
細い線で少ない巻きで、弱いマグネットなら…？効率が逆行するし、、
まあ、モーターが速いとオーバーシュートの原因だから、、、という手詰まり。
部品が届く前に選択に答えが出てきてしまった感。今使ってるのがベストっぽい。
速さだけなら、トルクチューン系のローターでブラシとエンドのベアリング強化してギヤ比下げて使用かな？
残る疑問としては、回転数と電流の限界は、モーターのインピーダンスだが、自己誘導なのか単なる抵抗なのか？両方なのか？
自己誘導にしては、L値にたいし低速すぎるような？計算してないけど。。
モーターはエンジンみたいなモノで、注目を浴びやすいので、既成の論理や技術がまとまってる気がする。ニッチじゃ無いので趣向に反する。
(安物チューンドはどれも小電力でその割にトルクあるのは魅力だが、謎も多い。)
でも、RCヘリなどのブラシレスはKV値で表されるように、ある程度比例なのだから…、、、磁石のポール数多いけど。
コミュテーターの太さは違いはあるかな？
あったら、耐久性や特性に影響するかも。
購入して分解、テストはキツイので、
ターン数、線径、マグネットの強度は諸元表に書いておいて欲しかった。
回転位置の比例制御では、回りだしがスムーズじゃ無いと、その分解能には寄与しづらい。
ステッピングモーターのハーフステップみたいなのは電気食うのだろうなーとかおもったりする。
ブレーキや停止など機能は多いけど。デジタル故の多彩さですね〜、、
RCのサーボが気になるにはなりますね。
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220206
モーター来た。
まず、パワーダッシュに比べてハイパーダッシュ3はコギングが倍くらい硬いように思える。
これはマグネットの強さによるモノで、両者ノーマルより強いのだが、それにもランクが細かくあることが分かった。
ローターの寸法は
コミュテーター径：ノーマル：3.25mm、チューンド：3.3mm
で公差レベル。
前の真鍮リングとワッッシャーが当たるエンドの部分までは
ノーマル：22.95mm、チューンド22.6mm
ワッシャー厚は、白はどちらも0.4mm、黒の金属のは0.25mm
で、ノーマルローターには金属のワッシャーは要らないと判断。
前の真鍮リングとワッシャーを含む寸法は、ノーマル23.325、チューンド23.225と大体同じになった。
(ケース部のベアリングの寸法は、見たトコ、同じのようだ。)
よって、前のはギヤボックスのネジを締め付けると回転が落ちたのは分かる。
コイルは見たとおりノーマルが細く巻き数が多く巻いてある。
ブラシは早くすりあわせが出るようにコの字型になってる。
モーター缶とのはめ方は結構悩んだ末、コレがベストに思う。
先に、後ろをセットしといてから、缶に突っ込むのだ。
で、まずは、無負荷運転。
回転のし始めは緑が明らかに低電圧で電流も食わない。
回転数は、緑の方がちょい高い程度。
(モーターはアプリで音から回転数を見るようなモノがあるようではあるがメンドイ。)
それにしても、GRPなOILを軸受けに塗ると、音が静かにはなる。
ただ、後ろの軸受けは、コミュテーターに近いので少量にとどめないとべっちょりで要注意。なので、接点グリスが良いのかも。
で、ギヤボックスに入れ1.5〜3.2Vを与えるに、様相が反転した。
緑の方が、遅く感じるのである。つまり加速が悪い。赤がトルクがあるので出だしが良いわけだ。
つまり、強いマグネットで、巻き線数が多い方が初動が良い。(太さも関連するので極端には度合いにもよるのだが。)
モーター自身の慣性モーメントがメインと思われる、回転が上がる速度は重要だった。。
ただし、この場合、加速は速いが、速度も早めにデッドする。はじめのほうからイキナリ定速回転で進む。
とにかく、安く上げるには、ノーマルローター＋ハイパーダッシュ3という結果。
なんだか、最初が一番良くって、弄るほど結果は下がる。間抜けな結果。。
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話がちょっと戻って、
モーターのDATAには、ググりもしてみたが、
ここに来て、昔のトラ技の古本のモーター制御な記事を見つけて読んだ。というか、目を通すレベルだけど。
この発展方向に、納得がいった。
皆考えることは同じだろうけど、
技術って、調べりゃ答えが簡単かもだけど、自分で考えて手に入れることは重要な要素もなると思う。
大体は、考えた後で、調べて確認という感じのルートを好むので離れていた。トラ技は久しく見てないが、良くまとめてある。
近道にはオススメ。
制御工学とかでは必須なんだろうけど、全くの専門外なので。。
あとネットは万能で詳細な情報源では無いので、無い情報は無いことを忘れてはならない。そこは専門書は重要かと。
独自でやってると、ググるのってやけに勇気が要るというか億劫でして、、
調べはじめると、頼り切ってしまうと言うか、自分が考え導き出す余地を奪われる感も。
そこは、すぐに習得して要領よくさばく人と違う価値観です。
ところで、
全てを2SKにするなどスイッチング動作ではドレインとソースの関係もあまり考えなくてもイイから、
2SKと2SJもコンプリメンタリーな特性などあまり意味が無いというのはあるとは思いました。
なので、2SJは滅びていくような部分もあるかも？？種類数が減ってる気が。
細かいトコが、少しずつ決まってきてはいるけど、まだ、組むには突き詰めが必要そう。。
特に、微分回路の部分。
特に、制御においてP、D値の選定、特にD値が困る。
まあ、モーター、ギヤ、制御電源電圧で、コレが変わるからである。
ソコに来て、D値は簡単に細かい設定ができない。
つまり万能では無い⇒萎える。
という図式である。
革新論もなければ、萎え気味な気もするので、いつの日にか〜、、
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220207
ノーマルモーターのローター、他はハイパーダッシュ3モーターが良さそうと書きましたが、
始動電圧は低くて、電流も小さくって、とは行ってないですね。加速は瞬時ですが、、
デッドゾーンが気になるトコではある。
懸念材料は多く、安直に上手く行く気がしない。
安定した電源だけ考えても重い。。
昔からあるRCヘリ用ハイニュートラルサーボとか、ブラシモーターで比例制御だろうし。駆動はPWMでもない。
コアレスモーターというのはあったけど、慣性モーメント下げるためだと思う。
そして今は、デジタルサーボで非線形な制御もある。
あと、昔、電動ブローバックガンの項目でやってたのだけど、モータ筐体の一部にメンテナンスポートを開け、洗浄剤である接点復活剤を注入出来る様にしたい。
ブラシ、コミュテーターは綺麗に、後ろの軸受けは十分なOILを、、という感じ。
(古くはEPコンセプトというRCヘリを弄ってるときでテールが振れたり上下安定しなくなったとき、この洗浄は良く効いた。
当時は、ヨコモのコミュテータードロップというアルコールが売られて居るくらいで、革新的な発見をしたと思った)
ま、こんな感じが、、やりやすいのでイイかと思った。
デフォでそうなってれば良いのに。それに金属板ブラシなんて排除では？
(ミニ四駆はモーター改造は競技では不可と言うことが書いてあったから尚更。)
回転角度計なポテンショメーターを装着。
中の回転制限はツメを切り落として解除してるので、ぐるぐる回せます。
可変抵抗部分には可変抵抗接点の潤滑剤であるケイグFシリーズスプレーを吹きました。
タミヤ接点グリスもイイかもですね。
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回路の方は、少し突き詰まっては来た。
オーディオアンプの場合、＋側が2SKで、−側が2SJとするのだが、
モーターは、流すのが大きく、従ってドレイン主役でソースはふらついて欲しくない。
だから、
モーターの駆動回路は、オーディオのようなTrレイアウトと、逆にして、＋側が2SJで、−側が2SKとなるとイイかもしれない。
と思って、見て見たらそのようなのが普通のようだ。
(まあ、モーターのスピードコントローラーもアンプと呼ぶのだけど…、)
だがコレはスイッチング回路なので、神経質では無いと思うのだが？
全部2SKな三相ドライブ回路もあるし。。
ソースがふらつき、Vgsが下がった分を、高めの電源電圧でカバーする必要が出てくるかも。これもややこしい。
ただし、繋ぎ方でゲートへの論理が反転し＋−逆になる。OP-AMPの入力の＋−をひっくり返すか何か。
論理反転回路を持ち込めば楽にはなる。
シュミットトリガーインバーターの74HC14ならPWM用の発振回路にすらなるので重宝することはする。
だが、なんだか嫌な気も。。
パーツによって電源を分けたり、汎用パーツを選ぶと動かないことが多いので、回路が間違ってたのかと思ってドツボにハマってた
(まあ、一部動作してない部分が正帰還回路になってたり、計装アンプのRef端子をGNDに落とさないと正確に出ないトコはあった。)
パーツのほうこうせいなど統一しないと、ミスに繋がるので苦労、、
振幅電圧などの見積もりを、もうちょっと突き詰めてみたいところだが、
これの製作は、気分が萎えそう。。
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220208
この回路の設定でメンドイとなるネックの部分は、
微分回路と正負のPWMの起動点を調整するのが面倒なトコはポイント。
デッドゾーンや誤差を少なくするため、
制御のゲインを如何に上げるコトが出来るかというのも関係している。
電源について、
モーターには起動電圧みたいなのがある程度あって、制御に影響を及ぼすけど、
モーターがある角度にあると、ブラシとコミュテーターの位置関係やその導通コンディションによって、
電流がかなり多く流れても回転をはじめないときがあるので、最大1Aは流せないとイケないようなところがある。
回路のポテンショメーター同士の電圧バランスが崩れないようならば、
ある程度電圧降下は起こっても精度に影響しづらいかもだが、電源はなるべく強化した方が良いハズではある。
シュミットトリガインバーターの発振回路の入力や555の6番ピンはコンデンサーに貯めるための部分で、既に三角波である。
三角波を出すのに、わざわざ矩形波を積分する必要は無い。
(昔、PWM用に矩形波の積分した三角波生成回路を頼まれて、イロイロ考えて、結構あるじゃ無いか！！となった。)
ただし、出力のインピーダンスはそれなりに意識する必要がある。
ちょっと密集させ、ラベルを入れる。
・Signalが、メーター表示させたい情報の電圧入力。
・Potは回転角検出用のポテンショメーター。(角度センサー)
・R25がモーターのつもり
−−−−−−−−−−−−−−−
ユニバーサル基板に余裕が無さそうなので、レイアウトを考える。
まずは、555の回路あたりを基板に付けて見て、
その上にメインの回路が付くのは、配線図通りにしたい。
555を最下段に付け、右上あたりにPWM用コンパレーターが付くはずだが、
駆動用FETの配線部分の隙間は、あまり余裕を持たせられないと思う。
PWM用コンパレーターとしての2回路入りOP-AMPの配線が込み入ってるので、
まずは、ICソケットを設置。平滑用というか電源部分のパスコンを付ける。そして、裏側のピン間の空中配線(ジャンパ)という順序で行う。
ホントなら、555部分、メイン基板、FET用基板に分割したいくらいだ。失敗や破損、他の回路への流用も出来るし。。
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
555の発振部分を終え、
コンパレーターのOP-AMPの基板裏側の空中配線を終えたトコ。
こんな感じになりました。
因みに、555は安ーい互換品では、発振しませんでした。現在、LMC555にしております。NE555でも動くかとは思います。
0.01μFを持ち合わせてなかったので、0.022μFと10KΩにて時定数を大体同じに設定しました。。
発信周波数は、実測2.85KHz程度。まあ、ほぼ、良いけど、4KHz位がベストかなー、と思う。よくあるようなので。
−−−−−−−−−−−−−−−
思ったのだけど、ギヤのモジュール数が0.5だと思われるので、そこも滑らかさには多少影響はあるかなーと思う。
だが、制御されてるからそれが上手く行けば、動きはスムーズじゃ無くても、表示制度はそれほど下がらないかも？
あと、この回路は、諸事情によりハイZ＋小信号に設定してる部分があり、部品を選んだり、ノイズに弱そうだったりする。
計装アンプの入力までは角度情報なので情報(電圧)が飽和してはならないという条件がある。計装アンプ以降は差による制御情報なので飽和してOK。
微分が要らないなら、初段のOP-AMPは必要なくなる要素もあるのだが…、
P制御の回路の感度とシグナルのスケールとが分離されてないのはちょいアレですね。
初段の帰還の1MΩか、初段OP-AMP出力の分圧抵抗を多少可変にするという最終対処法も。。
やっぱ、分圧抵抗部分かな？
220209
迷ってる部分もあるけど、とりあえず、少しずつ出来てきた。
部品の細かい配置、電源やGNDラインはアドリブ的な部分が多いけど、
一部、狭く密集させ過ぎたかと思った。けど、丁度良く余りも無くという感じで正解だったみたい。
220210
ここまで作って、さらに若干付く詰めを考え中。
ギヤモーターの回転角度のポテンショメーターと入力シグナルの、ゲイン調節をある程度分ける。
そして、シグナルは、メーターが0表示から上がる方向へ表示と考えると、オフセット値も必要。
−−−−−−−−−−−−−−−
220211
部品を待ってるけど、雪で遅れるみたい。
で、タコメーターを作ろうと思って、
F-VコンバーターのICを見て、ワンショットパルスが…、って書いてあるんだけど、
波が一個来たときに一定レベルと幅のワンショットパルス出してっぽい…、
これって、遠い昔、超高感度煙感知器がブラックボックスだったとき、粒子毎にパルスを出してそれを積分みたいな予想をしてたのと変わらないような…。
これだと、555使うのと同じで反応速度が結構遅くなると思う。多重積分とか？？予想よりお粗末な機能点…、
でも、何らかの工夫があるかも？
マイコンのように、パルス幅の逆数から出すとかは出来ないのだろうか？？
220212
シグナル入力は、大きくオフセットを出して、ゼロスタートにする場合も考え、扱いやすい計装アンプにした。
この半田付け作業は、ユニバーサル基板の幅にあまり余裕が無く、ジャンパも多く、密集させてるので、結構きつかった。
ジャンパに使うETFE線は、＋−電源とGND、赤、黒、青が基本必要に思った。あとは信号線を一色。
他には、耐熱ビニル線は、マジックで色を付けるので、白がいい、、
デジタルで線が多いときは、線の番号とカラーコードを対応させてるヒトも居ますね。
+-5Vをつないで生きてる部分の動作チェックと、調節。
三角波の振幅は、電源の1/3電圧なので、ちょっと湾曲してるが、PWMに使うには問題無い。
PWM信号は、スルーレートやGBWなんやが高くないのもアリ、少し鈍るのでここらが開始点としてみる。アイドル電流が少々あることに？
でも、40μSec程度の溝は結構大きい気がする。電圧振幅大きいからかな？
これに、FETのゲートの容量と56Ωで少し鈍るか？と言うところ。。
計測器では重要だが、
OP-AMPの電源電圧は推奨を使う。
それで、特性が多少変わるので、データシートは推奨電圧で保障されてる。。
でも今回は、動作の下限で使ってる感じなので、若干鈍いのもありそうだ。
−−−−−−−−−−−−−−−
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220214
部品が無いけど、トランジスタは換えがあるので、テストすると、引きつけが生じた。
TRのゲートの結線2点がひっくり返っていた。
ココは、ホント、紛らわくて腹立たしい。
やっぱ、ゲートの容量と56Ωで多少鈍ってる感じ。でもゲート容量が1000pFとして、時定数はかなりちっちゃい気がする。別の要因かも。
あとは、変えた方が良い部分は、555に付いてる100Ωは電力を食う原因になってるので、もう少し上げた方が良いだろう。
出力波形の対称性を好んで低くしたのだが、さすがに電流が大きめなので…、、
薄々思ってるのだが、互換品で動作しなかったりするのはコレっぽい気がする。。
Pot入力の部分で、分圧で1/20倍にして、その後のOP-AMPで10倍その後、分圧は100Ωと50KΩのVRで1/3以下に。
という設計だが、こちらは電圧の飽和を考えて、無難なのかどうかワカメ？
特に微分値を大きく帰したときはOP-AMP出力側で飽和するとは思う。
工作的部分で、迷うとき、思い切りの良さが無いとナカナカ進まない。
とはいえ、失敗しないようにやるのだが、、
気分をそちらに向けていく。
−−−−−−−−−−−−−−−
定パルス幅の積分による回転数計のパラメタを考える。
NJM4151(或いは555)を使う。
入力は、矩形波にするためコンパレーターが必要とあるが、電圧が高そうなので、
抵抗を通し、5Vツエナーで飽和させ、矩形波の疑似信号とさせ、それをCでデカップリングさせてから入力する。OK?
低回転では針の安定をある程度犠牲。
・表示の反応に遅れを感じさせない。 ⇒リフレッシュが33mSec 30Hzから針が安定させる。⇒ 積分周期：T=0.033
・24000rpm(400Hz)がMax(デューティー比100％) ⇒ パルス幅：6mSec
で、
比例性が高い領域 ⇒ フルの積分電圧がVccの1/10程度にする。
まあ、30Hzは無くっても、20Hz以上は必要そう。
あとはCO2センサーの要領と同じ。
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220215
部品が届いたので、組み立てが終わった。
加工については、ポテンショメーターをL型アングルで、偏心を上手く抑えて固定出来た模様。
機械加工や、工作の先を見積もるのも余裕を持って上手くやらねばならない。
モーターの保護のため抵抗で制限はしているが、FETはコレで十分のようである。
メーターとしての制御電圧を送るのはまだなので、そこの計装AMPは付けてない。
表面
裏面
とりあえず、動作は成功した。
今のところ、
デッドゾーン(遊びみたいなモノ)が大きくなるか、細かく振動するか？
という感じ、
あまり長時間、モーターに負担はかけたくないので、少しずつ。
調整はまだ出来てないのでこれから。
微分を付加すると、意図してないような感じ。ダンピングという感じでは無い。
ソコの部分、自在でも無く、なにかおかしい可能性もアルが、LD(レーザーダイオード)の制御の位相調整ではどうやったか？
ただ、モーターの制御には、遅れ時間の係数みたいなのがアル。
まずは、電源の強化が必要そうだ。制御回路の電源がふらついてる。
タコメーターにしたり、
調整がうまく出来たら、また、その時にでも。
ものすごく、ギヤ比を上げて、遅くてもイイなら、また違った感じになるかとは思う。
調べれば、それこそ、簡単かも知れないし、専用チップでマイコン使って制御すれば、優秀な結果かも知れない。
で、なるべく最低限の資料で、自分で考えられる部分は考えて答えを出すので、遠回りではある。
学んだことをスラスラ述べて、コレ当然みたいなの言うのは、他人のふんどしだと思っている。
努力しない、マウンターは本質がサルなので、好きでは無い。というか、とっても嫌い。
振動原因の一つに、ギアのガタ(バックラッシュ)があるのを確認。
モーターがステップすると、その勢いで、のガタ分だけ動いてしまう。
それで、元に戻そうと逆側にステップすると、その逆方向の現象が起こるという感じ。。
あと、モーターのノイズの影響を受けていて、
これが無くなれば、ほぼ安定したようだ。
電源を強化しただけでも、かなり改善が見られた。
つまり、回路的に、ほぼ完成した。
−−−−−−−−−−−−−−−
で、気になってた微分回路だが、、
どうも偏差の微分を引くという感じがするので、ポテンショメーターの値を微分して引くのは、単に変化のゲインを上げることになることがずっと気になってた。
なので、計装AMP以降の偏差の値の微分値を扱うことになるのでは？？
で、間違いも多いのであまり当てにしてないWikipediaより確認。
rが目標、eが偏差、uが操作量、yが制御出力(ポテンショメーターの値)である。(この場合、単純な理想論で言えば、u∝ｙである。)
つまり、懸念通り、計装アンプ以降でやるべきであった。。
(因みに、積分項は積分周期Tで割った方が整然としてる。というのもデジタル積分の長時間は逆にオフセットを増やすからムリだと思う。)
まとめると、
微分項が、考えてた論理式は合っていたが、
組んだ回路に問題があった。
つまり、偏差を微分してNFBとしなければならない部分がそう行って無い感じだった。
前々から、気にはなってたけど、やっぱおかしかった。
まあ微分項を必要とするかどうするかは、あとで考えよう。。
アナログ回路上で、微分項を付与するのはしんどい気もする。
まあ、微分項がやりたければ、ここらは、いつの日にか。。
−−−−−−−−−−−−−−−
で、
比例制御でやってるのだが、
モーターノイズが大きく問題だったようで、
モーターにはコンデンサーは付いてるのだが、
角度センサーラインにフェライトコア、
そして、土台のアルミプレートにGNDを落としたら、かなり落ち着く仕様になって、ゲインも大きく上げられるようになった。
あまり大きいと、結構オーバーシュートするので、やはりD項は欲しいトコ。
D項は、ダンピングとかデルタとか呼んでいる。
−−−−−−−−−−−−−−−
で、微分回路なのだけど、偏差の微分要素を付加すること。
それほ、回路のリニアリティーを強く要求しないので、思ったほど難しくないような気もしてるので、そのうち、と思っている。
で、ポテンショの微分を省き、差分部分に新たに微分を組み込んでみる。＜ポテンショ部分のOP-AMPの意味はあまりない。
こんな感じかな。
整理して。
組んでみた。
初段のOP-AMP回路を弄る形で、そこの微分回路を使用。
で、動かしてみるに、
まず、微分無し：ゲインを上げてくと、オーバーシュート⇒減衰振動⇒発振となる。
最後に示す値の精度はそれなりだと思う。
で、微分を有効にすると、、、、やはり3〜4Hzでかなりの高速発振する。
いくつかの原因を考えてみる。
・位相では無く時間でもなくという遅れが、周りに回って、発振しやすい位相になったトコで発振している。
・モーターノイズ。
・モーター運動にも見られないような高周波が影響しているかも。
・どこかの極性が逆になるか配線ミス。
・パラメタの不一致。
で、電源の誤作動が多いので、電源を入れてから、素早く結線の接続をするようにした。
そしたら上手く行った。
起動時、電流を食い過ぎて、レギュレターの安全装置が働いていたようだ。
で、調整すると、オーバーシュートも殆ど無く、動作するようになった。
故に、完成でアル。
性能は、多分、結構満足するレベルのようである。
いつの日にか、F-Vコンバーターでタコメーターにしてみたい。
もし、偏差が大きかったら、I制御も、と思うのだが、初期に針が暴れることが懸念されて、行わないことにしていた。
メーターの0を左端に持っていきたい場合、Signal入力用計装アンプの−入力で調節する回路となってるが、
Ref端子をずらすと出来るかも知れない。そちらの方が簡単かも？
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