وتشكل أجهزة الكشف عن عدم التعرض للكشف حجر الزاوية لقياس الترددات وتزامن الإشارة في النظم الإلكترونية، إذ إن هذه الأجهزة، عن طريق تحويل موجة متناوبة من طراز " سي " إلى قطار نقي رقمي نقي، تتيح للمراقبين المجهريين والمنطق الرقمي لقياس التواتر بدرجة عالية، وتتيح أجهزة القياس التشغيلي وسيلة مرنة وفعالة من حيث التكلفة لبناء أجهزة الكشف هذه، مما يتيح للكشف عن مكسبها الكبير وخصائص الاستجابة السريعة.

ما هو كشف صفر - كروزينغ؟

ويحدد الكشف عن البيانات التي لا تعبر عن مسارات محددة اللحظات التي يمر فيها جهاز لاسلكية إشارة من طراز AC عبر صفر من فولتات، وبالنسبة إلى موجة خطية، تحدث هذه المعابر مرتين في كل دورة: فعندما يمر الانتقال الإيجابي، ويحدث مرة واحدة خلال الفترة الانتقالية السلبية، ويُعد ناتج جهاز الكشف عن عدم التعرض للخط إشارة رقمية تتغير في كل حدث من حوادث المرور الصفري.

ويتطلب الكشف الدقيق عن أي اقتحام دائرة تستجيب بسرعة ونظافة للتغيرات في الفولطية قرب الصفر، دون وجود دوافع زائفة ناجمة عن الضوضاء أو مضاهاة المدخلات، فالأفكار التي تُشكل كمجمعات اختيار طبيعي لأنها تعمل بطريقة مفتوحة، حيث يُجبر أي مدخل متمايز على إحداث ناتج على أحد سكك العرض، غير أن عمليات التكبيل المصممة لتفريق بين طرق هامة.

لماذا تستخدمين "أوب أمب" لكشف "لايرو-كروزينغ"؟

وتُستخدم مراكز الاتصال المخصصة للمقارنة (مثلاً، LM393، LM311) على النحو الأمثل للتبديل السريع ولها نواتج مشتركة مفتوحة تبسط الترابط مع مختلف الأسر المنطقية، ومع ذلك تظل عمليات التفتيش شائعة بالنسبة لأجهزة الكشف عن عدم التعرض لأية إشارة، وذلك لأسباب عدة:

  • Low cost and availability:] General-purpose op amps like the LM358, TL081, or LM741 are widely stocked and inexpensive.
  • Flexible power supply:] Many op amps operate from single or dual supplies, accommodating various signal ranges.
  • Built-in output stage:] Op amps typically have push-pull outputs that can drive low-impedance loads without external withdrawal-up resistanceors.
  • High input impedance:] Op amps present minimal loading to the source, maintaining the integrity of the input waveform.

غير أن عمليات الاستنشاق ليست مثالية لجميع الحالات، إذ يمكن أن تكون أوقات استرداد غطائها أبطأ من المتجانسات، ولا توجد هستيرات داخلية، يجب أن تضاف خارجيا، وعند استخدام الكميات، يجب على المصممين أن ينتبهوا إلى معدل السحب، وضمادات النطاق، وقابلية المدخلات لضمان الكشف عن أي انحرافات موثوقة عند الترددات المرغوبة.

دائرة مُبيدات مُتفجرة من طراز صفر - كروز مع مُتفجرات

ويربط جهاز الكشف عن طريق الصفر بإشارة المدخلات إلى أحد مدخلات المشهد وإشارة ثابتة (مقبولة) إلى المدخلات الأخرى، حيث تعمل المقطعية على أساس مفتوح، وبالتالي فإن أي مدخلات إيجابية متباينة تدفع الناتج إلى خط العرض الإيجابي، بينما يدفعها مدخل سلبي متباين إلى السكك الحديدية السلبية، وهذا الإجراء ينتج موجة مربعة تغير كل مرة يعبر فيها المدخلات صفرا.

عدم الانحراف عن التجمع

وفي التشكيلة غير المتعمدة، تُطبق إشارة التلقيم المؤثر على المدخلات غير المحبة (+)، وترتبط المدخلات اللافتية (-) بالأرض، وعندما تكون الإشارة إلى المدخلات أعلى من الصفر، فإن الناتج يرجح إيجابياً؛ وعندما يقل الصفر، فإنه يرجح سلبياً، وهذا هو تركيب مباشر ومقابل، ولا تتطلب الدائرة أي عناصر انقلاب خارجية، ولكن نظراً إلى أن المدخلات تُعادل إلى نقطة الصفر.

تحاشي المنازعة

ويغذي التشكيلة اللافتية إشارة المدخلات من خلال مقاوم للمدخلات، مع أساس المدخلات غير المحولة، وهذا الترتيب يحول دون استقطاب الناتج مقارنة بالمدخلات: فالمدخل الإيجابي ينتج ناتجا سلبيا، والعكس صحيح، ويمكن أن يكون اللافت مفيدا عندما يكون مصدر الإشارة هو نقطة تحول عالية في الإنتاج، حيث أن الأساس الافتراضي في تجنب المدخلات يقلل من حجم العمل اللاحق.

إضافة الهيستريز إلى حصانة الضباب

ويُحدث جهاز كشف لا يُعبر عن طريق الهستيري أو ينتج نبضات متعددة عندما تتحول إشارة المدخلات إلى صفر ببطء أو تُركب على الضوضاء، ويُحدث جهاز الاستعراض (التغذية الافتراضية) فئتين عتباتيتين: إحداهما للزوال ونقطة أدنى للهبوط، والفرق بين هذه العتبات هو نطاق الهيستير، مما يحول دون حدوث انحرافات مضللة وتُضيف ناتجاًاًاًاًاًاًاًاًاً نظيفاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاً.

VHYS = (R1 / (R1 + R2)

(أ) إذا كان R1 هو مقاوم للتغذية، وR)(2) مقاوم من مدخلات غير منحرفة إلى الأرض، و(VOH)

For a detailed analysis of hysteresis design, refer to the Texas Instruments application note ]"Zero-Crossing Detector Circuits with Hysteresis".

اعتبارات التصميم

ويتطلب بناء جهاز مُحكم للكشف عن طريق الصفر اهتماماً دقيقاً لعدة بارامترات تؤثر على الدقة والموثوقية عند ترددات الهدف.

السرعة والباندافيث

"العملية يجب أن تستجيب بسرعة كافية لتتبع "الإشارة صفر من الإرساليات المُحددة هي "المعدل الـ "إف تي" و "إس تي" و "إس تي" و "إس تي" و "إس تي" و "إس بي إس" و "إس تي" و "إس بي إس" و "إس بي إس"

(د) لا بد أن يكون الناتج ذو النطاقات العالية من المشهد عالياً بما يكفي للحفاظ على ارتفاع المكسب عند تردد الإشارة، وبما أن المقطع يستخدم في فتحة مفتوحة، فإن كسبه في الترددات المفتوحة هو مجرد كسب مفتوح، وهو مرتفع عند ترددات منخفضة ولكن متجددة، وبالنسبة للترددات فوق بضع مئات من الكيلوغرامات، وهو مركب مكرس(71).

Input Offset Voltage

(أ) إنّ ممرات الإطفاء المُقابلة للاختراع هي أعلى علامة مُقابلة للاختبار، و التي تُعدّلُ أعلى علامة مُقابلة للاختبارات، و التي تُقابلُها مُعدّدةً للخطوبة، و التي تُقابلُها مُعدّلَةً للاختبارات الخفيّة، و التي تُقابلها (LM7)

مستوى الإمداد بالمصادر والنواتج

(أ) إنّ نواتج التأرجح على ارتفاعات قريبة من سكك الحديد، ولكن ليس بالضبط بالنسبة لها، بالنسبة لنقطة التشغيل القياسية، قد يكون التأرجح الناتج 1-2 بعيداً عن السكك الحديدية تحت الحمولة، وهذا يؤثر على التوافق على المستوى المنطقي، وإذا كان الناتج يجب أن يتفاعل مع 5 أجهزة تصوير مقطعية أو مدخل من طراز TTL، فإنّ الناتج الرفيع المستوى للمنشطات يتجاوز 3.5 V واختياره على مستوى منخفض هو أقل من 0.8

العنصر

وبالإضافة إلى العناصر السلبية الخارجية التي تُستخدم في الأداء، ينبغي أن يكون المصممون للهيستيريز دقيقاً بنسبة 1 في المائة من أنواع القذارة المعدنية للحفاظ على عتبات مستقرة، ويجب أن يكون لدى المكثفات المستخدمة في التقلبات (إذا لزم الأمر) تقدير منخفض للتسرب ودقيق مناسب في التحلل، وبالنسبة للإشارات المنخفضة التردد (مثلاً، قدرة سداسي كلور البنزين) يمكن أن تستخدمها.

إدماج نظام قياس الترددات في نظام قياس الترددات

وبمجرد أن ينتج جهاز الكشف عن طريق الصفر ناتجا رقميا نقيا، يجب تجهيز تلك الإشارة بواسطة جهاز متحكم صغير أو جهاز رقمي لاستخراج الترددات، وتتوقف طريقة القياس على المعدل المطلوب من حيث القرار والتحديث.

وصلة متحكمة صغيرة

فمعظم المتحكمين في الميكرومتر لديهم دبابيس خارجية للقطع يمكن أن تستجيب لزوم الارتفاع وسقوط الحواف، وبربط ناتج المكتشف الصفري بمسدس توقف، يمكن للبرمجيات أن تحدد فترات الفترات الفاصلة بين الحواف، مثلا، باستخدام نقطة زمنية تعمل في طريقة التقاط الصور، يمكن للمراقبين المجهريين تسجيل الرقم في كل حدث من حوادث عدم التكرار.

القياسات للفترة ضد التردد

وبالنسبة للإشارات المنخفضة التردد (دون 10 كيلوهرتز)، فإن قياس الفترة يولد مباشرة حلا أعلى، ويمكن أن يقاس جهاز توقيت يتراوح بين 16 و 6 ميغاهرتز فترة 60 هرتز (16.67 مترا) مع حل واحد من الميكروفونات، مما يتيح تسوية ترددات أفضل من 0.01 هرتز.

An excellent resource on frequency measurement techniques is the NXP application note AN1222] on zero-crossing detection for frequency measurement.

تحسين الاستحقاق بالمقاطعات المتعددة الألياف صفر

ولتقليل آثار خطأ المربع والتقدير الكمي، فإن متوسط الفترات الزمنية المقيسة على مدى عدة دورات، مثلاً 10 دورات متتالية وتفرق 10 دورات للوصول إلى متوسط الفترة، وهذه التقنية مفيدة بصفة خاصة عندما تكون الإشارة إلى المدخلات ضوضاء على السعة تتحول إلى حد ما نقطة العبور، حيث أن متوسط التصفير الفعال يفرز التغيُّرات العشوائية، غير أن متوسط الدقة يُحدث التباطؤ، ويصبح معدل التحديث أبطأ.

نُهج التنفيذ العملي

  • Input protection: ] If the input signal can exceed the op amp's supply voltages, add clamping diodes (e.g., 1N4148) from each input to the supply rails to prevent damage. Series resistors (10 k) limit the current.
  • Noise filtering:] A small capacitor (1-10 nF) from the input to ground creates a low-pass filter that attenuates high-frequency noise, reducing the chance of false triggers.
  • Schmitt trigger action:] The hysteresis feedback cycle inherently converts the op amp into a Schmitt trigger. Ensure the resistanceor values provide a clean snap action without oscillations at the transition.
  • Supply decoupling: ] Place 0.1 miF ceramic capacitors close to the op amp's power fats to bypass high-frequency noise from the supply lines.
  • () اختبار: ] Use a function birth to inject a sine wave and observe the output on an oscilloscope.

التطبيقات

توجد أجهزة كشف مخترقة للأجهزة المزودة بأجهزة استنشاق في العديد من نظم العالم الحقيقي:

  • Power line frequency monitoring:] Ensuring that births maintain 50/60 Hz output and detecting phase shifts for grid coincidehronization.
  • Audio frequency measurement:] Determining the fundamental frequency of a musical note or voice for tuners and toplay detectors.
  • AC motor control:] Using zero-crossing points to trigger triac or thyristor firing in phase-control circuits.
  • Data communication:] Recovering clock timing from Manchester-coded or biphase signals by detecting zero crossings.
  • Vibration analysis:] Measuring the frequency ofميكانيكي oscillations from accelerometer outputs after conditioning.

For a practical design example, see the Maxim application note on zero-crossing detectors for power measurement].

خاتمة

ويمكن للمصممين أن يخلقوا منصة وميسرة لبناء أجهزة الكشف عن طريق الصفر المصممة خصيصا لنظم قياس الترددات، وبفهم المفاضلة بين سرعة وقابلية وحصانة الضوضاء، يمكن أن يخلقوا دوائر تقدم نبضات رقمية نظيفة من إشارات مدخلات من مجموعة متنوعة من البلدان الأفريقية، واضافة الهيستيرات ضرورية لتشغيلها بقوة، واختيار العناصر الدقيقة يكفل الأداء عبر النطاق الترددي المرغوب فيه.