Редкий год мне удается
перевести стрелки на летнее время, не уронив спросонок одни из многочисленных
домашних часов. В результате экономический эффект от манипуляций со временем
ощущают не только энергетики, но и часовщики. В этот раз я решил починить
любимый будильник самостоятельно. Как и положено в новом деле, я начал с
изучения азов теории.
В семисотстраничной энциклопедии афоризмов, систематизированной по ключевым
словам, «время» представлено почти сотней высказываний всех времен и народов, а
«часы» упомянуты только дважды, причем безотносительно своего главного
назначения.
Несмотря на свою многовековую историю, часы так и не стали синонимом времени.
В быту мы не измеряем ими время, а лишь отчеркиваем пару-тройку моментов в день:
выход на работу, перерыв, начало телепередачи… Между этими точками равномерный
ход стрелок теряет практический смысл. Двадцатисекундное опоздание на автобус и
двадцатиминутное на работу уравниваются квантованием общественного
транспорта.
Возможно, именно эта дискретность положена в основу «личной поправки времени»
во многих домах, где «главные часы» выставлены на 5-15 минут вперед. И чем
дальше от остановки, тем больше запас.
Точность современных часов,
составляющая доли секунды, хоть и имеет для нас самостоятельную ценность,
«уточняется» поправкой на величину полупериода более крупных «тактовых
генераторов» нашей жизни. Эту закономерность можно аппроксимировать в обе
стороны: как на целую жизнь, так и на сколь угодно короткие отрезки времени 1.
Например, механические часы для обеспечения приемлемой суточной погрешности
±1 минута рассчитаны (два века назад!) с учетом многократно меньших временных
отрезков. Совершая десятки тысяч «тик-таков» в сутки, их механизм отрабатывает
каждый шаг с точностью до 0,0001 с.
Зная паспортную продолжительность периода тиканья (см. таблицу), часовщики
научились оценивать суточную погрешность хода за считанные секунды с помощью
сравнительно грубых акустических приборов.
Не вдаваясь в подробности его устройства, подобный прибор можно реализовать
программно. При этом главную трудность составляет воспроизведение «кардиограммы»
в канонизированном виде, упрощающем толкование результатов посредством сравнения
с известными картами «часовых болезней» (рис. 1).
|
Тип механических часов |
Паспортное значение периода колебаний баланса,
с |
|
Наручные женские |
0,3333 |
|
Наручные мужские |
0,4 |
|
Будильник настольный |
0,6 |
«Тиканье механических часов - это удары импульсного камня о паз вилки (рис.
2). Первый удар происходит в начале хода анкерной вилки, когда импульсный камень
ударяется о паз вилки.
Звук слышен отчетливо и
называется «шумом освобождения». Второй удар происходит при переходе зуба
анкерного колеса с плоскости покоя палеты на плоскость импульса. Это «шум
импульса». Одновременно возникает вторичный шум в пазу анкерной вилки. Третий
удар возникает при падении зуба анкерного колеса на плоскость покоя палеты и
одновременно при ударе анкерной вилки об ограничительный штифт - это «шум
падения» (наиболее громкий)» 2. С устройством часов всех времен и народов можно
ознакомится на www.timezone.com/WatchSchool.
Принцип работы приборов контроля точности состоит в тридцатисекундной записи
на бумажной ленте точек, соответствующих звуковому максимуму одного из
перечисленных «шумов» (в простейшем случае используют самый громкий шум, для
максимальной точности - «шум освобождения»). Имея значительный масштаб времени
(на бумаге 1 мм = 0,001 с), прибор наглядно демонстрирует отличие записанных
периодов тиканья от паспортного значения и
показывает тенденцию
накопления погрешности. По характеру записи можно определить не только точность
хода часов, но и недостатки их ремонта, износ и «усталость» деталей. Из-за
влияния степени заводки пружины на мгновенную точность хода измерения следует
производить спустя тридцать минут после полной заводки и повторить через сутки.
Для сильно изношенных механизмов важна также ориентация в пространстве.
Программная эмуляция реализована в MathCAD подручными средствами по
следующему алгоритму 3:
-
Выполняется тридцатисекундная звукозапись хода, 8000 Гц, моно.
Продолжительность записи желательно задать (знать) с точностью до четвертого
знака. Посторонние шумы не играют существенной роли, так как алгоритм
дальнейшей обработки анализирует только положение максимума звукового сигнала
на оси времени в рамках каждого полупериода колебаний баланса 4. (Качество
записи можно повысить, прижав микрофон к задней крышке наручных часов с
помощью бельевой прищепки.)
-
Файл конвертируется в текстовый формат (ASCII, integer, mono) (удобно в
GoldWave - shareware на www.goldwave.com).
-
Текстовый файл желательно просмотреть в WordPad и удалить строку со
служебными символами программы-экспортера (как правило, первая строка выглядит
примерно так: [GoldWave 4.16, 8000 Hz, mono, …]).
-
Расширение текстового файла следует изменить на *.prn и сохранить в той же
папке, где набран листинг MathCAD (рис. 3).
Если ваш график (по нажатию F9 в MathCAD-файле) приблизительно похож на рис.
4 - алгоритм работоспособен и вы можете открывать первую в Интернете мастерскую
удаленной диагностики механических часов. А если не торопиться, можно примерить
алгоритм к жесткому или флоппи-диску, а то и оценить «износ» собственной жизни,
прохронометрировав месяц-другой. Кстати, в Древней Византии практиковался
похожий анализ способностей начинающих госслужащих. По времени и стабильности
выполнения формально ненормированных заданий, бытовых процедур и пауз между ними
спецслужба делала вывод о карьерных перспективах «молодого специалиста» в первый
же месяц работы 5.
 |
Одна или две линии, расположенные параллельно, - часы идут точно.
Близкое расположение линий указывает на точную установку «выкачки»,
определяемой правильным положением анкерной вилки относительно
ограничительных штифтов. |
 |
Линия наклонена влево - часы отстают. |
 |
Линия наклонена вправо - часы спешат. |
 |
Увеличение расстояния между параллельными линиями свидетельствует об
отсутствии «выкачки», возникающем из-за неравномерной продолжительности
обоих полуколебаний баланса. |
 |
Наличие двух линий (одна из которых имеет правильную форму, другая
неправильную - разбросанную) - притяжка на одной из палет выполнена
плохо. |
 |
Беспорядочная запись хода при любой регулировке - ход часов имеет
большие отклонения из-за неотрегулированной длины спирали.
|
 |
Расстояния между линиями неодинаковые - нестабильная амплитуда
колебания баланса. |
 |
Волнистые линии - либо большой зазор в осях анкерной вилки или баланса,
либо дефект основной колесной системы или неправильное
взаимодействие триба анкерного колеса с секундным колесом.
|
[i39140]
1 (обратно к тексту) - Спор о
минимальной длине которых дошел сегодня до уровня 10-48 с, так и не
найдя «кванта» времени.
2 (обратно
к тексту) - Харитончук А. П. Справочная книга по ремонту часов. М.: «Легкая
индустрия», 1977.
3 (обратно к
тексту) - Я буду рад получить от читателей подобную программу в
самодостаточном exe-формате.
4 (обратно к тексту) - В результате чего достигается тысячекратная
итоговая свертка объема значимой информации.
5
(обратно к тексту) - Имевшиеся в «кабинетах» тех лет водяные
часы (клепсидры) обладали вполне приемлемой точностью: ±5 минут в
сутки.