2D-Реохорд

Продолжение цикла статей о технологии Touch’n’touch. Начало — https://kb-lab.blog/interfejs-tehnologiya-touchntouch/

Если помните из школьного курса физики, на заре электротехники, еще во времена Эдисона, применялся такой прибор: реохорд. Он состоит из проволоки высокого удельного сопротивления и скользящего по нему контакта (второй контакт закреплен на одном из концов проволоки). Т.е. это — прадедушка самого распространенного в наше время электрорегулятора — переменного резистора (дедушка — реостат, где провод намотан на каркас).

Так вот, идея до смешного проста: берем два провода, один из них служит струной, второй — смычком. Получаем реохорд в квадрате: относительно каждого провода —  второй служит скользящим контактом. Струна и смычок служат осями координат общей для них плоскости. Все отличие от имеющихся решений в области 2D манипуляторов (самый распространенный — планшет) — перемещающийся объект привязан к началу координат, а оси движутся относительно него. Что, принимая во внимание принцип относительности — одно и то же.

Посредством 2D-Реохорда мы будем иметь возможность плавно манипулировать 2-мя параметрами управляемого прибора.

 Упрощенная схема 2D-Реохорда представлена на рис. 1.

Принципиальная схема 2d реохорда
Рисунок 1

При включении устройства во время отсутствия контакта в точке «а» по схеме на рис. 1, на выходах ОУ устанавливается напряжение VE/2. Затем, при создании контакта в точке «а» (соприкосновение подвижной струны R(b-e) и неподвижной струны на корпусе R(c-d)), по цепи VC — R(с-а) — R(a-е) — VE начинает протекать электрический ток, сила которого определяется источником стабильного тока І1. На  инвертирующий вход, ОУ1, поступает напряжение U1 = І1   R(a-е), на не инвертирующий вход — U2 = І1   [R(с-а) + R(a-е)], а результирующее выходное  напряжение UОУ1вых = KОУ1   І1   R(с-а), где KОУ1 — коэффициент усиления ОУ1. На неинвертирующий вход ОУ2 поступает напряжение U1 = І1   R(a-е), а результирующее выходное  напряжение UОУ2вых = KОУ2 І1   R(a-е), где KОУ2 — коэффициент усиления ОУ2.  Таким образом, выходное напряжение на OUT1 прямо пропорционально длине участка (с-а) подвижной струны, а на OUT2 — прямо пропорционально длине участка (а-е) неподвижной струны.

Для упрощения конструкции устройства можно видоизменить схему по рис.2, при этом подвижная струна соединяется с устройством только одним проводом, но в холостом режиме ОУ1 будет входить в насыщение, и в результате, как показала практика, труднее будет бороться с последствиями дребезга контакта в точке «а», который, к сожалению, неизбежен.

2d-реохорд схема упрощенная
Рисунок 2

По этой же причине нежелательно значительно снижать силу тока источника I1, оптимальным мне показалось значение 10 – 25 мА, хотя это зависит от конкретных условий.

Полная принципиальная схема 2D-Реохорда приведена на рис 3. В качестве струн использовались отрезки нихромовых проводов диаметром 0,2 – 0,3 мм и длиной 200 – 500 мм. ОУ выбраны низковольтные, Rail-to-rail  как по входу, так и по выходу. В первых опытных приборах использовались обычные ОУ, но при этом схема неоправданно усложнялась.

Полная схема 2d-реохорда
Рисунок 3

Продолжение следует…

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.