bewegend kristal (Algemeen)

door loek , Exloo (Drenthe), 20-04-2020, 14:02 (1679 dagen geleden)
Gewijzigd door loek, 20-04-2020, 14:29

Hallo Forumlezers,

In mijn werkzaam leven (al weer heel lang geleden) kwam ik regelmatig voor werkzaamheden bij het DR.Neher Laboratorium in Leidschendam (DNL). Dit was het ontwikkel laboratorium van PTT/KPN. In het jaar2001 is het DNL definitief opgeheven.

Tijdens bezoeken aan het DNL werden vaak ook demonstraties gegeven. Ik heb bijvoorbeeld een demonstratie gezien waarbij een laserstraal door een andere laserstraal belicht werd en daardoor blijvend van richting veranderde. Je kon hiermee dus licht met licht schakelen en dat zou dus enorme snelle schakeltijden kunnen gaan betekenen.

Er was ook een demonstratie waarmee de beweging van een kristal zichtbaar kon worden gemaakt.

Het vakmanschap om met kristallen te werken was al lang bij het DNL aanwezig. De kristallen die gebruikt werden in de operationele omgeving van PTT werden in de periode 1931-1955 gemaakt in het Radio laboratorium te Den Haag. Van af 1955 tot 1960 werden er nog kristallen gemaakt in het DNL maar Philips leverde toen ook grote hoeveelheden.
Waarschijnlijk hebben jullie wel eens deze type gezien.

De demonstratiekristallen zijn gemaakt uit een platte plaat kristal . Hieruit zijn 3 cirkel ringen gesneden. De diameter (en ook de frequentie) is dus per demonstratiekristal verschillend. De buitenste met de grootste en de binnenste ring met de kleinste diameter.

Uit de cirkel is een stuk weg gehaald . Het geheel is via opgedampt goud verbonden met draden en zit in een glazen buis.

De heer Frederik J.W Alblas werkte op de kristal afdeling in Den Haag en ook op het DNL in Leidschendam. Hij was ook aanwezig op de 40 jarige NVHR jubileum dag. En vertelde toen dat er ook nog een gas in glazen buis zat om de beweging van het kristal te dempen. Zou dit niet gedaan zijn dan kunnen de uiteinde tegen elkaar komen en zou het kristal kunnen breken. Helaas ben ik vergeten welk gas dit is.

De kristallen werken allemaal in frequentie rondom de 345 Hz. De beweging wordt zichtbaar gemaakt door met een knipperende lichtbron te schijnen op het kristal. Door het stroboscopisch effect zie je dan de beweging.

Er zijn dus drie van deze demonstratiemodellen één in het Communicatie museum, één in het Crypto Museum van Arthur Bauer en één in het bezit van de heer F. Alblas.

Op het 40 jaar NVHR jubileumfeest op 17-18-19 maart 2017, in Egmond aan Zee, was het gelukt om een demonstratiemodel te lenen van het Museum voor Communicatie te Scheveningen. Daar stond dit apparaat in het depot , niemand die daar een idee had van wat dit voor een apparaat was. Ook was dit museum gesloten vanwege een volledige renovatie/herindeling.

Hieronder zie de link met een filmpje van dit kristal dat gepresenteerd werd op de het 40 jaar jubileum van de NVHR.
https://www.youtube.com/watch?v=opu8rpuLbtc

Een tijd geleden kreeg ik via zijn zoon te horen dat de Heer F. Alblas in 2019 is overleden. Ik was zeer vereerd/verrast met de mededeling dat zijn zoon het demonstratieapparaat aan mij wou schenken. Dit is zo’n bijzonder apparaat en er zijn er maar drie van !!

Nu was er tijd om te kijken of het apparaat nog werkte. Dus eerst het geheel visueel gecontroleerd en daarna voorzichtig onder spanning gezet. Als lichtbron is bij dit demonstratieapparaat een TL buisje gebruikt . Met de knop aan de buitenzijde verander je een voedingsspanning tussen de 15 en 18 Volt.

Deze 15 tot 18 Volt is de voeding voor de kristal oscillator en ook voor de TL buis schakeling. De TL buis schakeling zet deze weer om via een blokgolf oscillator en transformator naar een schakelende hoogspanning.

Je hoorde de oscillatie via TL-transformator erg hard en de TL starten pas na ongeveer 17 Volt. Daarna kon je wel weer terug naar 15V en bleef de TL ook branden.

De frequentie van het kristal, in dit geval 345Hz, veranderde niet door het regelen van de gelijkspanning. De frequentie van de TL-buis veranderde wel en was ook in de buurt van 345Hz. Wel zag je dat de amplitude van het kristal tot 100% gemoduleerd werd door de frequentie van de TL buis oscillator. Was dit nu goed of fout? In ieder geval lukte het bijna niet om een goed bewegend kristal zichtbaar te maken.

Op onderstaande foto zie je hoe het er origineel uit zag. Ook zie je de extra condensatoren die er een beetje “opgeplakt” zitten.

Eerst heb ik van alle onderdelen een schema gemaakt. Maar uiteindelijk werd ik daar toch niet echt wijzer van. De vraag was nu moet ik alles origineel houden of zou ik het knipperende licht kunnen uitvoeren met LED-strips.

Van een mede hobbyist en ook radio/TV reparateur Vok Keijsper heb ik wat LED-strips gekregen welke uit een defecte TV komen, daarvoor nogmaals bedankt.

Via een test schakeling met een timer IC 555 was het resultaat zeer overtuigend.
Gezien dit resultaat en het feit dat het toch uiteindelijk gaat om het kristal heb ik maar besloten om de aansturing volledig nieuw uit te voeren.

De schakeling van de kristal oscillator blijft onaangetast. Deze werkt nu op 15 Volt via een standaard drie poot regulator met wel wat extra veiligheid zoals een zener diode.

De aansturing via een 555 timer IC ging wel aardig maar om precies een 50/50 blok te krijgen moet je toch weer extra dioden toevoegen en het geheel is minder stabiel.

Het geheel is nu uitgevoerd via een Micro Processor (MP). De frequentie instelling gebeurt met een zogenaamde Rotary Encoder.

Dit is eigenlijk een draaischakelaar zonder eindstand met twee contacten. Deze contacten maken iets na elkaar contact de MP kan zo bepalen naar welke kant je draait. Ook zit er nog een schakelaar in als je op de as drukt.

Het schakelen van de LEDS gaat met een IRF520. De LEDS twee keer parallel 36 stuks werken op ongeveer 40 V. Er is een constante stroombron (20mA) gemaakt met 2* LM317. Één zou voor de stroom instelling voldoende zijn, echter de maximale spanning van een LM317 is 35V dus als er iets mis zou gaan dan zou de regelaar stuk kunnen gaan. De spanning is nu verdeeld over twee IC’s en beveiligd met zeners van 30V.

Het geheel ziet er nu van binnen zo uit. Links zie je de voedingprint en rechts de Microprocessor

Als voorbeeld zie je hier onder het belangrijkste deel van het programma. Dit is geschreven in BASIC met het programma van MCS-BASCOM. Het blijft leuk om te zien dat je in plaats van het werken met een soldeer bout de oplossing ook kan maken via software. Natuurlijk moet je ook nog solderen, echter dat is voor de voeding en aansturing van de LED’s . Maar dat zou je met een volledige hardware oplossing toch ook moeten doen.

De werking is nu als volg:
Bij inschakelen knippert het licht op de nominale frequentie van 345Hz je ziet dan het kristal zeer langzaam bewegen.

Je kan dan de frequentie wijzigen door te draaien aan de knop (rotary encoder) tussen 334 en 355Hz. Je ziet dan de beweging van het kristal ten opzichte van de nominale frequentie sneller worden. In werkelijkheid veranderd de snelheid van het kristal natuurlijk niet, deze blijft constant op 345Hz.

Om dat verschijnsel , voor sommige , duidelijk te maken kan je als je 3 seconden drukt op de as van de knop de frequentie regelen van het zichtbaar knipperende met 15 Hz en tot onzichtbaar knipperen van 233 Hz

Je ziet dan bij het regelen naar onzichtbaar knipperen toch geen beweging van het kristal. Druk je nu de knop kort in dan veranderd de knipper frequentie weer naar 345Hz. Je merkt daar niets van aan het licht zelf, maar je ziet wel het kristal ineens bewegen.

Dat bewegen van dat stuk glas, toch wel zo’n 4mm, is bijna “eng”. En dan te denken dat dit 345 keer per seconde gebeurt zonder dat het glas breekt. En normaal zie je dat dan ook nog niet!!

Ik hoop in de toekomst als het weer mogelijk is om dit demonstratie apparaat live te tonen op een beurs of demodag misschien ook aan een school?

Met vriendelijke groet,

Loek