#1 Wysłany: 2010-08-30, 10:01 Co (się) kręci w kwarcu?
Z braku (jeszcze, bo Rudolf się mocno stara ) dedykowanej kategorii dla Quartz'ów, postuję temat w "japończykach", bo jestem tak skrzywiony
Więc co może kręcić w kwarcach?
Po pierwsze, to samo, co kręci też w braciach mechanicznych, czyli "powłoka". Jakość wykonania, image zegarka, dopracowanie szczegółów, wykorzystane materiały. Myślę, że pod tym względem nie ma rozbieżności.
Co jeszcze? W kwarcu brak wirujących trybików, w których magii wielu się podkochuje (skrycie bądź jawnie). Pewnie dla sporej grupy normalnych userów - multum funkcji 30 stoperów, 10 alarmów, mierzenie ciśnienia (w tym ciśnienia krwi), pulsu, zapowiadanie pogody itp.
Dla prawdziwych hobbystów zegarka kwarcowego (do których śmie zaliczać się piszący te słowa) - nie o to chodzi
Chodzi o to, o co chodziło od początku, czyli o czas.
W rozwoju dziedziny zegarkowej zawsze chodziło o mierzenie czasu, w sposób doskonały na aktualne możliwości. Zegarek pod tym względem jest magicznym przedmiotem, bo pokazuje coś, czego nie można dotknąć, pomacać, zobaczyć gołym okiem. W zegarku kwarcowym można odnaleźć kontynuację tego poszukiwania, bo nie jest to przyrząd tak doskonały, jak może się na początku wydawać.
Co to kwarc? Zegarek, w którym upływ czasu jest mierzony w oparciu o drgania rezonansowe oscylatora kwarcowego. Niby proste. Czy te drgania od czegoś zależą? I tu dochodzimy do sedna - zależą w sposób istotny, od temperatury oscylatora. Taki oscylator drga wg założeń w ściśle określonej temperaturze, wszelkie odchyłki temperatury w górę lub w dół o kilka stopni - zaburzają te drgania powodując, że oscylator zaczyna drgać wolniej. Efektem spadku/wzrostu temperatury o 10 stopni w stosunku do założonej jest różnica kilku minut w skali roku. Większe różnice temperatury przekładają się na większe odchyłki w mierzeniu czasu.
Zegarek jest przedmiotem, który trzymamy na ręce (gdzie nagrzewa się od ciepła ręki), a potem zdejmujemy. Nosimy w zimę i w upalne lato. Efektem tych zmian temperatury są podawane przez producentów odchyłki +-20s/miesiąc. Dla jednych to wystarcza, dla innych (maniaków czasu i perfekcyjności ) - raczej nie.
Co z tym można zrobić?
1. synchronizować, synchronizować - czyli próbować zwalić na zegarek "czarną robotę" z poprawianiem bieżących ustawień czasu.
Na całe szczęście cywilizacja odkryła zegar atomowy, pozwalający bardzo dokładnie mierzyć czas. W kilku miejscach na świecie taki zegar podłączony jest pod nadajnik radiowy, który co minutę nadaje na falach długich informację o aktualnym czasie. W naszych, polskich warunkach, żyjemy w zasięgu dwóch nadajników: niemieckiego, w miejscowości Mainflingen, około 25 km na południowy wschód od Frankfurtu nad Menem, nadającego sygnał DCF77 (D=Deutschland, C=long wave signal, F=Frankfurt, 77=frequency: 77.5 kHz).
Tak wygląda nadajnik:
(chodzi o ten las anten na drugim planie )
Drugi nadajnik znajduje się na Wyspach Brytyjskich, ale nie jest on tak istotny (tak naprawdę nie chce mi się szukać szczegółów ).
Czy można zrobić zegarek, który odebrałby sobie taki sygnał i sam się przestawił na właściwą godzinę?
Pewnie że można, do środka koperty trzeba tylko zapakować mały komputer
Poważnie. Tak wygląda schemat blokowy zegarka z umiejętnością odbioru sygnału radiowego:
Mamy antenę, mieszacz z heterodyną, procesor (bo coś musi ten odebrany sygnał przetworzyć), pamięć RAM i ROM. Problemem zaczyna być to, jak to wszystko upakować w środku. I tu mamy coś, co kręci - jak cienki może być zegarek z takim ustrojstwem w środku? Oj może, są zegarki, które mają poniżej 10mm (Seiko Brightz i Manty z Casiakowych Oceanusów - ceny zaczynają się od okrągłych 3 zer w zielonej walucie).
Czyli co, mamy ten czas radiowy i po problemie? Niestety nie. Zegarek do procesu odbierania sygnału potrzebuje niezłej porcji energii (każdy odbiornik radiowy jest w pewnym sensie nadajnikiem - tak w PRLu namierzano, kto słucha Wolnej Europy - trzeba z czegoś zasilić generator). Zwykła bateria to za słabe źródło energii, za szybko by się wyczerpała. Dlatego w zegarkach takich stosuje się ogniwo solarne, będące źródłem większej ilości energii dla zegarka.
Drugi problem, wynikający z konstrukcji zegarka jest poważniejszy. Zegarek odbiera sygnał radiowy, przetwarza przy pomocy procesora i w swoim wnętrzu wie, jaka jest godzina. Musi teraz pokazać ten czas swemu panu Koniecznością jest więc pamiętanie przez zegarek, co aktualnie pokazują wskazówki, aby mógł je odpowiednio przesunąć aby dokonać korekty.
Każdy zapewne zetknął się z silniczkiem elektrycznym i wie, że używając siły można go obrócić bez pomocy prądu. Podobnie w silniczkach zegarkowych, które obracają wskazówkami, przy odpowiednio silnych siłach bezwładnościowych, powiązanych z ciężarem wskazówek, te mogą ulegać mikroprzesunięciom (szczególnie przy ruchu wskazówek), a te po jakimś czasie mogą dać efekt w postaci istotnych przesunięć. A nie daj boże zegarek znajdzie się w istotnym polu magnetycznym, które zakłóci działanie silniczków elektromagnetycznych i wskazówki niekonieczne się przesuną? Dochodzimy do sytuacji, kiedy wskazówki zaczynają się znajdować w innych miejscach, niż myśli zegarek, że są. Dalej przesuwa te wskazówki jakby były we właściwych miejscach, robi korekty z pozyskiwanego czasu radiowego, a właściciel widzi co innego. A wszystko dlatego, że zegarek nie ma oka, którym mógłby spojrzeć na tarczę Wie tylko o ile przesuwa wskazówki i gdzie one powinny być po tych wszystkich przesunięciach.
Najprostsza recepta - zwalić czarną robotę na użytkownika. W prawie każdym zaawansowanym zegarku kwarcowym jest funkcja kalibracji wskazówek. Po jej uruchomieniu zegarek (tak jak mu się wydaje) ustawia wszystkie wskazówki na godz. 12. Użytkownik ocenia wzrokiem, jeśli coś nie jest na 12-tej, poprawia i jest OK. Aż do kolejnej straty kalibracji, która nie wiadomo kiedy nastąpi
Czy można coś z tym zrobić we wnętrzu zegarka?
Ano można - system automatycznej kalibracji, sprawdzający samodzielnie co jakiś czas, co wskazują wskazówki. Opiszę system na przykładzie technologii ToughMovement, dostępnej w zegarkach Casio.
Detekcję pozycji wskazówek robi mechanizm diodowy, który emituje błyski 16x na sekundę i stara się ustalić położenie mikrootworów (300um) wykonanych w kołach zębatych połączonych na sztywno ze wskazówkami:
Patrząc od góry, najpierw jest zębatka od godzin (otworki co 1h), potem minut (na 55 minucie) i sekund.
Synchronizacja odbywa się automatycznie właśnie w 55 minucie każdej godziny. Zegarek sprawdza wtedy pozycję otworków, jeśli nie ma pokrywania się, uruchamiania jest korekta.
Tą synchronizację można też uruchomić ręcznie - wtedy zegarek najpierw synchronizuje do tego położenia dla 55 minuty, a potem przesuwa na aktualną godzinę.
Znalazłem filmik pokazujący taką synchronizację:
zegarek jest już celowo rozkalibrowany o 5 minut, rejestr wewnętrzny zegarka po prawej mierzy czas prawidłowy (czas prawidłowy jest pokazany na zegarku cyfrowym po lewej), zaś wskazówki nie pokazują tego czasu w sposób poprawny. Z chwilą osiągnięcia 55 minuty zegarek rozpoczyna proces sprawdzenia pozycji wskazówek, po wykryciu nieprawidłowego położenia - sam dokonuje korekty:
http://www.tudou.com/programs/view/XTzfwVh97Tg/
U pozostałych producentów japońskich występują technologie podobne:
- w Seiko ta funcja nazywa się AutoCorrect. Działa to w reżimie odmiennym od Casio, mianowicie wskazówka sekundowa jest kontrolowana co minutę, zaś wskazówki minut i godzin - raz na 12h.
- u Citizena jest detekcja w ramach technologii Perfex, ale detekcji podlega jedynie wskazówka sekundnika (za to stosowana jest technika wykrywania uderzeń i aktywnego blokowania silniczków, w celu nie dopuszczenia do przesunięć wskazówek)
Jeszcze jeden filmik, właśnie odnośnie Citizena, pokazujący poprawianie pozycji sekundnika "zakłóconego" silnym magnesem - prawy panel Citizena pokazuje na dole sekundy, czyli zegarek nadal mierzy czas, za to pod wpływem pola magnetycznego silniczek nie przesuwa wskazówek, synchronizacja sekundnika następuje po osiągnięciu przez niego godziny 12-tej
http://video.google.com/v...99435301644620#
To tyle na początek. Zupełnie inną bajką jest dążenie do lepszych wskazań bez pomocy zewnętrznej (czyli nie poprzez odbiór sygnału radiowego, bo też nie wszędzie i nie zawsze jest on dostępny), tak więc ciąg dalszy nastąpi
Na koniec tej części kilka egzemplarzy zegarków "atomowych" (czyli takich, które dla zapewnienia dokładności czasu odbierają sygnał radiowy z wzorcem czasu z podłączonego zegara atomowego):
Pomógł: 90 razy Wiek: 63 Dołączył: 09 Lut 2010 Posty: 31014 Skąd: Zielona Góra
#5 Wysłany: 2010-08-30, 10:17
Ja używam elektronicznego zegarko-budzika marki Eurochron produkcji Niemieckiej (dawniej Ruchla) synchronizowanego oczywiście z jedynie słusznym nadajnikiem we Frankfurcie.
_________________
sergserg [Usunięty]
#6 Wysłany: 2010-08-30, 10:27
Ja mam taki budziko - przepowiadacz pogody na parapecie, też ciągnie z okolic Frankfurtu czas, a do tego radiowo temperaturę z czujnika za oknem.
A z zegarków to poluję na jakieś najtańsze Seiko z linii Brightz, jak ustrzelę, to się pochwalę
Ostatnio zmieniony przez sergserg 2010-08-30, 10:28, w całości zmieniany 1 raz
Ciekawe, dziękuję za artykuł.
Przypomniało mi się jak w technikum omawiany był kwarc i poruszany temat zegarków. W owych czasach najrozsądniejszą metodą na stabilizację temperaturową pracy kwarcu było nieściąganie zegarka z ręki
Dodam jeszcze, że zmiana okresu drgań kwarcu związana jest z rozszerzalnością jego pod wpływem temperatury. A przy tak małych rozmiarach rezonatora powoduje ona dość poważne przesunięcia fazowe w stosunku do sygnału wzorcowego.
PS.
Polemizowałbym na temat stwierdzenia, że każdy odbiornik jest nadajnikiem
Ja mam taki budziko - przepowiadacz pogody na parapecie, też ciągnie z okolic Frankfurtu czas, a do tego radiowo temperaturę z czujnika za oknem.
Też z Lidla
sergserg [Usunięty]
#9 Wysłany: 2010-08-30, 10:34
wahin napisał/a:
Ciekawe, dziękuję za artykuł.
Przypomniało mi się jak w technikum omawiany był kwarc i poruszany temat zegarków. W owych czasach najrozsądniejszą metodą na stabilizację temperaturową pracy kwarcu było nieściąganie zegarka z ręki
Pierwsze podejście do bardziej dokładnych kwarców parę lat temu, kiedy eksperymentowano ze zwiększaniem częstotliwości rezonansowej (aż do MHz) zalecało użytkownikom trzymanie zegarka co najmniej 12h na dobę na ręku.
wahin napisał/a:
Ciekawe, dziękuję za artykuł.
Dodam jeszcze, że zmiana okresu drgań kwarcu związana jest z rozszerzalnością jego pod wpływem temperatury. A przy tak małych rozmiarach rezonatora powoduje ona dość poważne przesunięcia fazowe w stosunku do sygnału wzorcowego.
Nic dodać nic ująć, o to chodzi.
wahin napisał/a:
Ciekawe, dziękuję za artykuł.
PS.
Polemizowałbym na temat stwierdzenia, że każdy odbiornik jest nadajnikiem
W pamięci mam dziury, ale bez lokalnego generatora (zwanego heterodyną) nastawionego na konkretną częstotliwość nie wyłowi się z eteru sygnału o tej samej częstotliwości. Matematycznie opiera się to na jakimś wzorze z cosinusami.
sergserg [Usunięty]
#10 Wysłany: 2010-08-30, 10:35
ALAMO napisał/a:
sergserg napisał/a:
Ja mam taki budziko - przepowiadacz pogody na parapecie, też ciągnie z okolic Frankfurtu czas, a do tego radiowo temperaturę z czujnika za oknem.
Też z Lidla
Z jakiejś hurtowni elektronicznej, ma napis ActiveJet.
sergserg, bardzo fajny tekst, choć dla mnie jako rasowego humanisty częściowo nieprzyswajalny
w kwarcach fajne jest to, że można mieć ciekawy stylistycznie zegarek z licznymi subtarczami, połączeniami ana-digi w dobrej cenie. Tymczasem kpmplikacje w mechaniku wiadomo, kosztują. Ciągnie się za mną pokusa na jakiegoś Citka Skyhawk albo coś w tym typie, ale do tej pory zawsze poddawałem się argumentowi "szkoda tysiaka na kwarca".
Dzięki, dzięki
Chciałem pokazać, że pomimo braku mechanicznej zawartości w środku - coś tam jednak może kręcić
Mnie kręciło odkrywanie rzeczywistości, jak to tam jest i jak działa. I faktycznie, trochę czasu to trwało, bo brak jest takich sumarycznych opracowań. W swoich poszukiwaniach natrafiłem na The Horological Institute of Japan (http://wwwsoc.nii.ac.jp/hij/english/), jednostkę naukową dedykowaną mechatronice (określenie tak jak zegarek kwarcowy, pochodzące z Japonii), która skupia japońskich producentów zegarków i jest platformą do wymiany informacji o technologiach (w ramach instytutu pracują stałe zespoły robocze). Widać, że jest to dość poważne podejście (bo naukowe ) do zegarka kwarcowego, do ściągnięcia są pdf'y, w większości po japońsku, ale streszczenie wstępne jest zwykle w angielskim. Z jednego z takich opracowań pozwoliłem sobie skopiować schemat blokowy.
W pamięci mam dziury, ale bez lokalnego generatora (zwanego heterodyną) nastawionego na konkretną częstotliwość nie wyłowi się z eteru sygnału o tej samej częstotliwości. Matematycznie opiera się to na jakimś wzorze z cosinusami.
Postaram się w skrócie
Odbiornik - jego zdaniem jest odbiór i wzmocnienie sygnału. Musi być on na tyle selektywny, aby przenosił pożądany przedział częstotliwości (pasmo przenoszenia odbiornika).
Także układy wejściowe odbiornika odpowiadają za wyłowienie z eteru sygnału.
Układ przemiany częstotliwości - ma za zadanie zmianę wysokiej częstotliwości (w.cz.) i wzmocnienie sygnału niższej częstotliwości (wzmocnienie sygnału w.cz. jest mało wygodne - gabarytowo i wprowadza duże straty).
W skład układu wchodzi mieszacz.
Do jednego wejścia mieszacza doprowadzony jest sygnał w.cz. a do drugiego stabilna częstotliwościowo sinusoida z heterodyny.
W zależności od wymagań w mieszaczu od sygnału w.cz. odejmowany jest sygnał z heterodyny (lub jego wielokrotność). Dobierając odpowiednio częstotliwość sygnału z heterodyny możemy na wyjściu mieszacza uzyskać częstotliwość wygodną do dalszej obróbki.
Nie możesz pisać nowych tematów Nie możesz odpowiadać w tematach Nie możesz zmieniać swoich postów Nie możesz usuwać swoich postów Nie możesz głosować w ankietach
) dedykowanej kategorii dla Quartz'ów, postuję temat w "japończykach", bo jestem tak skrzywiony 
Niemiecki 
