Vibrograf MTG-1000

[amatér]

Letos jsem pod stromečkem našel vibrograf a protože mezi svátky bývá dost času na hraní, stihnul jsem nasbírat první zkušenosti, o které se teď chci podělit.

 

 

Napřed prozkoumáme vibrograf zevnitř, osciloskopem se podíváme na průběh audosignálu z mikrofonu a na jeho další zpracovnání. Dále bude následovat doplnění vibrografu přídavným procesorem, přenos dat na PC a jejich prozatímní vyhodnocení ? dopředu prozradím, že konstrukce umožňuje velice jednoduchý tuning, stačí trafopájka a dvě stovky na nákup součástek a otevřou se netušené možnosti:

 

 

Bohužel návod od výrobce neobsahuje nic, co by mi jako začátečníkovi pomohlo rozumět zobrazeným údajům. Nakonec mi pomohla publikace v angličtině, která vysvětlují základní principy vibrografu: ?TEST AND MEASUREMENT TECHNOLOGY FOR MECHANICAL WATCHES? https://www.witschi.com/assets/files/sheets/Test%20and%20measuring%20technology%20mechanical%20watches.pdf

 

Popisovat samotný vibrograf asi nemá cenu, je na trhu minimálně deset let a je o něm k dispozici dost popisných článků a příspěvků zde na fóru i jinde. Co jsem se ale nedočetl je to, jak nepostradatelné zařízení to je. Jakožto nehodináři se mi velice obtížně posuzuje stav a chod strojků jak starých Primek, tak nových hodinek. S vibrografem jsem mohl prakticky okamžitě roztřídit všechny staré hodinky na dvě zhruba stejně velké hromádky: ?zatím dobrý? a ?okamžitě k hodináři?. I u nových strojků člověk vidí, na čem je ? i když mám Seiko 5 4R36 vyregulované do chronometrové přesnosti, vibrograf oddělí zrno od plev a jednoduchý strojek od COSC.

 

A když už to mám na stole, proč se nepodívat dovnitř...

 

 

První mne zaujala kvalita zpracování a čistá konstrukce. Samozřejmě pár nedokonalostí by se našlo, ale celkově působí vnitřnosti velmi dobrým dojmem. Jako bonus nám konstruktér dokonce nabízí několik přípojných míst označených víceméne srozumitelnými popisky (+5V, GND, A, +AV, -AV....), které se zřejmě využívají při oživování, kalibraci a servisu. To se nám později při bastlení bude velmi hodit.

 

Překvapení přišlo při podrobné prohlídce použitých součástek. Srdcem vibrografu je extrémně zastaralý procesor 8051, jehož první verze byla uvedená na trh už v roce 1980 a který konstrukčně vychází ze sedmdesátých let minulého století. Zde je jeho ?modernější? verze C8051F360, doplněná oproti originálu třeba o SPI a taktovaná na 100 Mhz (!), ale stále jen s 1,25 kB RAM a 32kB flash. Z toho vyplývají některá funkční omezení vibrografu.

 

Vzhledem k tomu, že CPU nemá kapacitu na zpracování analogového signálu z mikrofonu, bylo třeba doplnit relativně rozsáhlou analogovou část, která převádí analogový signál na sérii impulzů, procesor pak už jen musí rozlišit náhodné pulsy od užitečného signálu a spočítat a zobrazit výsledky.

 

Dnes už by profesionál asi vibrograf takto nestavěl, většina funkcí realizovaných diskrétními součástkami a jednoduchými integrovanými obvody by šla řešit pomocí software.

 

Příště se podíváme na to, co ukázal osciloskop.

Upraveno 29. prosince 2019 uživatelem amatér

[amatér]

Jak jsem slíbil, jako další přicházejí obrázky z osciloskopu. Při jejich pořízování jsem použil hodinky MIDO se strojkem ETA 2824-2 v chronometrovém provedení. Jako první mne zajímalo, zda je možné snadno odchytit signál z mikrofonu. Po zběžném průzkum plošného spoje se ukázalo, že signál je k dispozici na měřícím bodu ?A?:

 

 

Radost pohledět, zde by jistě šlo poměrně jednoduše vytvořit výstup pro audio zesilovač, případně pro PC software typu Biburo, to ale nebyl můj záměr. Jako další jsem hledal k dispozici zpracovaný signál, který by se dal použít pro externí měření. Výstup procesoru pro LED krásně koreluje se signálem z mikrofonu:

 

 

Nakonec jsem se soustředil na to, zda signál pro LED nemá nějakou nechtěnou prodlevu vůči pulsu z mikrofonu, vše ale vypadá velmi pěkně:

 

 

Signál pro LED opravdu sleduje první ?tiknutí?, které signalizuje kontakt setrvačky s kotvou a používá se pro měření.

 

Takže máme použitelný signál, co s ním dál? Než se začne pájet a programovat, je třeba si uvědomit, co chci vytvořit a k čemu to má sloužit. To, co mi na původním vibrografu vadilo, byla krátká historie zobrazená na displeji, dále pevné měřítko kde staré Primky nejpozději po změně polohy přebíhají stropem zpět do podlahy a kde se špatně poznává, který pixel kam patří:

 

 

Na druhou stranu, údaj o amplitudě setrvačky mi stačí přečíst, ten nijak zvlášť zpracovávat nebo vylepšovat nepotřebuju. To je důležité vědět, protože když nechci sám měřit a do PC přenášet amplitudu setrvačky, stačí mi ten krásný signál z LEDky. U starých Primek chci zaznamenat signál před opravou a po opravě, případně zaarchivovat pro srovnání po několika letech. Lehce kompromisní zadání: chci zobrazit podobný graf jako na displeji vibrografu, ale o ?nekonečné? délce a s možností určení základních parametrů (day error, beat error) a změření délky každé jednotlivé amplitudy a periody.

 

Takže mi stačí vzít signál z LED, upravit na vhodnou logickou úroveň, a přivést do rychlého, levného a snadno programovatelného modulu. Ten dostatečně přesně změří periodu vstupního signálu od vzestupné hrany k další vzestupné hraně a pošle jí přes sériové/USB rozhraní do PC k dalšímu zpracování.

 

Přemýšlel jsem o možnosti nasadit malý štíhlý osmibit Atmel, který se velmi snadno bastlí a programuje. Nakonec jsem se ale rozhodl dát šanci modulu ESP32 s dvěma jádry velkým výkonem a se spoustou vhodně využitelných periferních modulů, hardwarových čítačů atd. Na Aliexpresu jde koupit za cenu pod 5? a má dostatečnou kapacitu i pro doplnění webového rozhraní přes WiFi, displeje, propojení se smartphonem přes Bluetooth atd. Jako převodník úrovní posloužil tranzistor BC337 s dvěma odpory, v podstatě vyhoví libovolný NPN, cena nestojí za zmínku. Trafopájku jak jsem původně vyhrožoval jsem sice nepoužil, ale i s ní by to jistě šlo - pájí se na velmi dobře přístupných místech s dostatkem místa a odstupu od dalších spojů a součástek.

 

Na straně software ihned při příchodu pulsu přečtu systémový čas s přesností na mikrosekundu a zaznamenám pro další zpracování. To proběhne dostatečně rychle a přesně, pak už si můžu dát na čas s dalším zpracováním. To zatím nebylo nijak složité, prostě ze zaznamenaných časů pulsů vypočítám délku dvou po sobě jdoucích amplitud, k tomu jejich rozdíl je beat error, a dále z délky jedné periody spočítám denní odchylku. To vše vysypu na sériový port rychlostí 115 kilo rovnou ve formátu csv, abych to pak snadno zachytil libovolným terminálem a bez úprav načetl tabulkovým procesorem:

 

 

Pro srovnání displej vibrografu odpovídající této sekvenci (vibrograf zaznamenal delší časový úsek než je na screenshotu, začátky se shodují). Mikrosekundy jsou značeny jako ?us?.

 

 

Měřítko osy X je počet period, v tomto případě jsou 4 za sekundu. U chyby kroku (beat error) pozoruji systematickou odchylku asi 0,1 ms, což pro mojí praxi nebude hrát roli. Navíc není jisté, kdo je přesnější ? jesti mnou programovaný ESP32, nebo číňany programovaná 8051. Denní odchylku vibrograf průměruje po minimálně dvou sekundách, já jsem průměrování prozatím neřešil a zobrazuji ji pro každou periodu zvlášť. První testy ale naznačují, že rozdíl nebude větší než 1s/den, pří hraní se starými Primkami opět nevýznamné.

 

Rozhodně to není hotové zařízení, spíš průzkum bojem jaké by byly možnosti. Zatím jsem investoval po večerech několik půlhodinek při proměřování a průzkumu, k tomu asi celkem 6 hodin při pájení kontaktů, přípravě a vývoji hardware, vývoji software a testování. Program pro ESP32 je v C++ a má 123 řádek. Asi 30 řádek jsem napsal sám, zbytek jsem okopíroval a upravil z public domain zdrojů.

 

Vzhledem k tomu, že to je první nástřel, není software a hardware nijak kalibrovaný nebo optimalizovaný. Zatím prostě věřím, že mikrosekundy jsou mikrosekundy, neřeším který proces běží na kterém jádru a podobně. ESP32 sice má hardwarovou podporu pro přímé měření délky pulsů, tu jsem ale z lenosti nepoužil. Pro jednoduchost je to stavěné naprosto klasicky - sestupná hrana na GPIO generuje přerušení, tam přečtu systémové hodiny a hodnotu pošlu do fronty, další task to z fronty přečte, vyhodnocuje a posílá ven. Na to, jak je to primitivní, to funguje neskutečně dobře.

 

Uvidíme, jak dlouho mne to ještě bude bavit a jestli se tento projekt posune někam dál.

[shaggy]

Sice polovici veci nerozumiem ale toto je neskutocne... Ty asi niecim podobným zivis, či?

 

Sent via IPoAC

[palom]

Ešte dva príspevky a môžeš publikovať.

Veľmi príjemné čítanie. Dakujem

[amatér]

Děkuji za pozitivní reakce, dnes jsem pokračoval hledáním důvodu, proč mi nesedí beat error ? těch asi 150 mikrosekund sice z hledisky (mojí) hodinařiny nehraje takovou roli, ale z principu mne to štve ? to je hrozně moc, za tu dobu procesor zvládne minimálně 5 tisíc instrukcí. Jako první se mi povedlo vyloučit systematickou chybu v mém software. Všiml jsem si totiž, že když z nějakého důvodu ztratím jedno tiknutí (třeba v důsledku hluku blízko hodinek), u beat error se pouze otočí znaménko, ale absolutní hodnota se nezmění. To je důkaz, že to nemám ani v software ani v hardware, ty impulsy jsou skutečně jeden delší a jeden kratší. Kdybych systematicky podceňoval nebo přeceňoval délku jednoho z tiků, neotočila by se hodnota beat error kolem nuly ale kolem jiné hodnoty.

 

Dál jsem zkoumal na osciloskopu prodlevu mezi mikrofonem a mnou vyhodnocovaným digitálním výstupem. Povedlo se mi rozlišit zvuky setrvačky v různých směrech tady je ?tik?:

 

 

a tady zase ?tak?:

 

 

Zajímavé je, že na hlasitější tiknutí je reakce pomalejší, nicméně rozdíl je maximálně 20 mikrosekund a tedy nevysvětlí těch pozorovaných zhruba 150 mikrosekund. Zatím mi tedy stále připadá jako nejrozumnější vysvětlení chyba v čínském software původního vibrografu, čemuž se mi moc nechce věřit a hledám dál.

 

Mimochodem, na těch obrázkách je vidět přeslech z digitálního signálu zpět do audia, to proto, že jsem tam naprasil nestíněný vícežilový přívod, na funkci to ovšem nemá vliv.

Upraveno 1. ledna 2020 uživatelem amatér

[amatér]

A nakonec přišel na řadu displej - stavím z toho, co najdu doma, takže tam je prozatím displejík opravdu miniaturní. Křivka není počítané shodně s křivkou na původním vibrografu, ten integruje a zobrazuje celkovou chybu od začátku měření. Mně to ukazuje day error, tj. při stabilní chybě nejedu na rozdíl od původního displeje do kopce nebo z kopce ale vodorovně. Na fotce jsou vidět dvě změny polohy hodinek za sebou. To grafické zobrazení je v této velikosti spíš jen takový fórek, hlavně jsem chtěl vidět průměrovanou hodnotu day error a k tomu beat error pro okamžité srovnání s originálním displejem. Poslední číslo za beat rate udává počet ztracených tiknutí, narůstá při hluku poblíž hodinek nebo změně polohy. Hodinky nejsou úplně natažené.

 

 

 

[Datel]

Zdar,

 

dobrá práce, moc dobrá, radost pozorovat  někoho, kdo věci rozumí a i dobře okomentuje.

Problém je ovšem patrně na straně příjemce sdělení - jediné, co jsem pochopil dokonale je to,

že vibrograf si domů pořizovat teda nemám ;o)

 

(prý "amatér")

Upraveno 4. ledna 2020 uživatelem Datel

[orol]

...

 

(prý "amatér")

 

pův. z lat. amator, milovník od amare milovat

 

Takže se nelze divit

[financ]

někdy je lepší nadšený amatér, než znuděný profesionál

[amatér]

Problém je ovšem patrně na straně příjemce sdělení - jediné, co jsem pochopil dokonale je to,

 

že vibrograf si domů pořizovat teda nemám ;o)

 

Naopak. Vibrograf bych doporučil téměř každému zdejšímu členovi, tento model stojí pár korun, poskytne spoustu zážitků a ušetří spoustu peněz:  při koupi použitých hodinek, při rozhodování kdy co potřebuje servis a taky při kontrole práce profesionálních hodinářů. Žádná z chybek, co jsem zatím našel, není z mého pohledu pro normální amatérské používání na závadu. Jenom litují, že jsem si ho nekoupil už dávno.

 

To, co s vibrografem provádím, je hnidopišství a fine tuning. V podstatě se z úžasné hračky za pět litrů snažím vymáčknout srovnatelný výkon jako má švýcarský profesionální vibrograf, co si můj hodinář právě pořídil za dvacetinásobnou cenu.

[Datel]

zdar, dík za odpověď, ale pro mne poměr cena/využití přesahuje rozumnou mez.

 

nejlépe by bylo něco jako obecní vibrograf.

Nebo jako vedlejší funkcionalita pro baby boxy, které většinu času (naštěstí) zejí prázdnotou.

Součást dobíjecích stanic pro elektromobily, stejně tam musíš zabít čas.

V podstatě i u doktora, mívají už elektronické EKG, tlakoměr (tzn. snímají jak zvukový signál, tak jeho průběh v čase)

šancí tu je....

 

PS nebylo tomu tak vždycky, ale pár let jsem skoro abstinent, i když to tak nevypadá ;o)

[amatér]

Ta odchylka při měření beat error mi nedala spát, takže jsem dále googlil a zkoumal. Napřed jsem našel následující recenzi:

 

https://uhrforum.de/threads/kurztest-zeitwaage-wei-shi-multi-timegrapher-1000-mtg-1000.70216/

 

Nejdůležitější informace z tohoto threadu pro mne bylo srovnání se švýcarským vibrografem Witschi:

 

Witschi:

CH: +3 Sekunden, 302 Grad, 0,2 ms
9H: -2 Sekunden, 288 Grad, 0,3 ms

MTG-1000:

CH: +2 Sekunden, 302 Grad, 0,0 ms
9h: -2 Sekunden, 282 Grad, 0,2 ms

 

I zde ukazuje MTG-1000 o něco menší beat error. Poslední test proběhl tak, že jsem vzal své hodinky k hodináři na jeho Witschi. Tam kde MTG-1000 ukazoval pro číselník dolů 0.0 ms a číselník nahoru 0.1 ms - opět vyšly hodnoty o 0.1ms vyšší (0.1 a 0.2ms).

 

Takže se po srovnání dvou kusů prodaných s odstupem 8 let s třemi rozdílnými referencemi zdá, že MTG-1000 ukazuje díky nevhodně řešenému firmware o zhruba 0.1ms nižší beat error, než je realita. U ostatních měřených hodnot se mi nepovedlo zjistit žádnou reálnou odchylku.

 

Ptal jsem se hodináře i na to, jak moc je to zlé. Odpověď byla že vůbec a že běžné hodinky reguluje tak, aby beat error byl nižší než 3ms, pouze Rolex se snaží dostat k nule.

 

Takže moje shrnutí: MTG-1000 měří velice přesně a zjištěná zcela minimální odchylka není pro praxi podstatná.

 

Velmi zajímavé bylo i měření hodinek vyzvednutých u (jiného) hodináře po (údajné) celkové opravě, detailnější zprávu podám až po dořešení reklamací.

 

Dál jsem byl dotázán na existenci klonů - takže shrnutí: Vibrograf MTG-1000, podle různých zdrojů nazývaný také Wei-Shi MTG-1000 je podle prolinkovaného článku původní čínská konstrukce. Sice je prý inspirovaná jinou konstrukcí (TYMC), ale pouze inspirovaná, vypadá trochu jinak a má jinou elektroniku. Ono i to jméno Wei-Shi připomíná Witschi taky jistě jen náhodou. O nějakých padělcích jsem se na zahraničních fórech nic nedočetl - tj. to co vypadá jako moje fotky bude pravděpodbně "originál Wei-Shi".

Upraveno 9. ledna 2020 uživatelem amatér

[Josef01]

Nedávno jsem zkoušel tuto aplikaci pro Android a velmi dobře sedí s vibrografem M-Tester 5000A. Tedy lze doma celkem dobře zjistit rychle odchylku a i poladit její hodnotu.