SENZOR FLUIDICKEJ RYCHLOSTI: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Všimli ste si, že keď pohybujete vodnou hadicou zo strany na stranu, vodný lúč zaostáva v smere hadice a zarovnáva sa s ňou, keď je pohyb zastavený. Stanovenie uhlovej výchylky vodného lúča na výstupe z hadice by poskytlo mieru uhlovej rýchlosti v tomto bočnom smere.

Tento pokyn demonštruje túto zásadu zostrojením „snímača rýchlosti tekutiny“pomocou „kurzov a šancí“, ktoré sú k dispozícii v mojom „domácom laboratóriu“. Tekutinou je tu „vzduch“.

Prezentuje sa aj jednoduchá metóda testovania tohto „gyroskopického senzora“bez použitia štandardného testovacieho zariadenia.

Zásoby

1. Starý ventilátor CPU
2. Fľaša odpudzujúca komáre (prázdna a dobre vyčistená)
3. Guľôčkové pero s rovnomerným zadným rúrkovým prierezom
4. Dve malé žiarovky zo série dekoratívnych svetelných reťazcov
5. Čistiaca podložka Scotch-Brite
6. Niekoľko elektronických komponentov (pozri schému zapojenia)

Krok 1: AKO TO FUNGUJE

Dva diapozitívy poskytujú schému fyzického rozloženia fluidného senzora a teóriu fyzikálneho javu.

V tomto prevedení je „vzduch“„tekutina“, ktorá je nasávaná cez trysku pomocou malého ventilátora CPU. Prúd vzduchu dopadá na dve vyhrievané vlákna žiarovky tvoriace snímač polohy. Referenčný most je tvorený dvoma odpormi.

Obe ramená takto vytvoreného mostíka sú napájané napätím V+.

Za ustálených podmienok prúd vzduchu chladí obe vlákna žiarovky rovnako, most je vyvážený a výstupné napätie je nulové.

Keď je na fyzický systém aplikovaná uhlová rýchlosť, prúd vzduchu sa vychýli a jedno z vlákien žiarovky sa ochladí viac ako druhé. To poskytuje nerovnováhu mostíka vedúcu k výstupnému napätiu.

Toto výstupné napätie pri zosilnení poskytuje mieru uhlovej rýchlosti.

Krok 2: KONŠTRUKCIA SNÍMAČA

NASLEDUJ KROKY

1. Zo svetelného reťazca vyberte dve žiarovky s podobným odporom. (Vybraté sú dve žiarovky s odporom 11,7 ohmov)
2. Opatrne rozlomte vonkajšie sklo a odhalte holé vlákna.
3. Majte ventilátor CPU pripravený a skontrolujte smer prúdenia vzduchu pri napájacom napätí 5 V. (Je potrebné to určiť, pretože ventilátor je potrebné používať v sacom režime)
4. Ostrým nožom vystrihnite dno fľaše odpudzujúcej komáre.
5. Odrežte hornú časť uzáveru fľaše tak, aby bola odkrytá predná tubulárna časť.
6. Rozoberte guľôčkové pero a odrežte spodný koniec. To by malo poskytnúť rovnomernú trubicu, ktorá by tvorila dýzu pre snímač.
7. Vložte skúmavku do uzáveru fľaše.
8. V tele fľaše vytvorte dva malé otvory, ako je znázornené na obrázku. To by malo byť vhodné na fixáciu vlákien žiarovky diametrálne proti sebe.
9. Zaistite uzáver a zatlačte trubicu na vhodnú dĺžku tesne pred otvormi pre žiarovky.
10. Teraz vložte žiarovky do otvorov a zarovnajte ich tak, aby vlákna práve vstupovali do obvodu konca trubice, ako je znázornené. Telo žiarovky pripevnite k telesu fľaše pomocou horúceho lepidla. (Mali by ste sa pokúsiť o symetrické umiestnenie.)
11. Upevnite ventilátor CPU k zadnej časti tela fľaše (dole) pomocou horúceho lepidla na okrajoch. Ventilátor musí byť namontovaný tak, aby jedna z plochých častí bola rovnobežná s rovinou vlákien žiarovky.
12. Uistite sa, že sa lopatky ventilátora otáčajú hladko a keď je napájaný vzduch nasávaný zo zadnej strany, aby vytvoril vzduchový prúd cez trubicu telesa pera.

Základná senzorová jednotka je teraz zostavená a pripravená na testovanie

Tento návod bol umožnený zvláštnou okolnosťou zhodných dielov:

Výber dielov pre tento návod bol vykonaný z „šancí a koncov“v mojom „domácom laboratóriu“. Veľkosť ventilátora CPU sa presne zhodovala s priemerom dna odpudzujúcim komáre. Zadná časť guľôčkového pera ako rúrka tesne priliehala k rúrkovitej časti uzáveru fľaše a tvary stupňov v priemere fľaše boli vhodné na fixáciu vlákien žiarovky. K dispozícii bola čiastočne zatavená dekoratívna svetelná reťaz. Všetko presne zodpovedalo!

Krok 3: Počiatočné testovanie a schéma zapojenia

Počiatočné testovanie sa uskutočnilo poskytnutím napájania 5 V pre ventilátor CPU a napäťového budenia pre polovičný mostík žiarovky.

Telefón s Androidom s aplikáciou „AndroSensor“bol umiestnený vedľa hardvéru Rate-Sensor a oba boli ručne otáčané sínusovým spôsobom.

Grafický displej „AndroSensor“GYRO zobrazuje sínusový priebeh. Súčasne je výstup nízkoúrovňového mostíka monitorovaný na osciloskope.

Signál +/- 5 mV bol pozorovaný pri rýchlosti +/- 100 stupňov/s.

Elektronický obvod to zosilňuje o 212, aby poskytoval výstupný signál.

Problém a riešenie

Výstup mal značnú hladinu hluku aj pri nulovej rýchlosti. Toto bolo diagnostikované ako dôsledok nestabilného prúdenia vzduchu v systéme. Aby sa to prekonalo, bol medzi ventilátor a žiarovkové prvky vložený kruhový kus Scotch-Brite a ďalší do vstupného hrotu trubice guľôčkového pera. Toto urobilo veľký rozdiel.

Schematický

S odkazom na schému:

5 V je privedené do ventilátora CPU

5 V je tiež napájané kombináciou série 68 ohmov - žiarovka - žiarovka - 68 ohmov. kondenzátor C3 filtruje rušenie motora do žiaroviek

5 V je tiež filtrovaný kombináciou induktora a kondenzátora, než to poskytne ako zdroj pre OP-AMP

Pre aktívny obvod je použitý MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP.

U1B je vyrovnávacia pamäť zosilnenia jednoty pre referenčné napájanie 2,5 V.

U1A je 212-invertujúci zosilňovací zosilňovač s dolnopriepustným filtrom pre signál mostíka senzora

Potenciometer R1 sa používa na nulovanie plného mostíka tvoreného deličom potenciálu a reťazcom série snímačov s nulovou rýchlosťou.

Krok 4: NASTAVENIE TESTU JEDNODUCHÉHO SENZORA

ŠTANDARDNÉ ZARIADENIE

Štandardné testovacie zariadenie snímača rýchlosti obsahuje motorizovanú tabuľku sadzieb, ktorá poskytuje programovateľné rýchlosti otáčania. Také tabuľky sú tiež vybavené viacnásobnými „posuvnými krúžkami“, aby bolo možné zaistiť vstupno-výstupné signály a napájanie pre testovanú jednotku.

V takom prípade je na stôl namontovaný iba snímač rýchlosti a ostatné meracie zariadenia a napájanie sú umiestnené na stole vedľa seba.

MOJE RIEŠENIE

Prístup k takýmto zariadeniam bohužiaľ nie je k dispozícii pre domácich majstrov. Aby sa to prekonalo, bola prijatá inovatívna metóda využívajúca metodiku DIY.

Hlavnou dostupnou položkou bol „otočný bočný stôl“

Na tento bol namontovaný statív so smerom nadol vyzerajúcim digitálnym fotoaparátom.

Teraz, ak by bolo možné na túto platformu namontovať snímač rýchlosti, napájací zdroj, zariadenia na meranie výstupu a snímač štandardnej rýchlosti. Potom sa stôl môže otáčať v smere hodinových ručičiek, proti smeru hodinových ručičiek a sem a tam, aby sa do senzora poskytli rôzne vstupy rýchlosti. V pohybe môžu byť všetky údaje zaznamenané ako film na digitálny fotoaparát a neskôr analyzované na generovanie výsledkov testu.

Po tom bol na stôl namontovaný nasledujúci:

Fluidný snímač rýchlosti

Power-bank pre mobilný telefón poskytuje 5V napájanie senzora rýchlosti

Digitálny multimetr na sledovanie výstupného napätia. Tento multimetr mal relatívny režim, ktorý bolo možné použiť na nulovanie nulovou rýchlosťou.

Osciloskop s režimom OTG v telefóne s Androidom, ktorý používa hardvér „Gerbotronicd Xproto Plain“a aplikáciu „Oscilloscope Pro“pre Android od „NFX Development“na sledovanie variácií signálu.

Ďalší telefón s Androidom, na ktorom je spustená aplikácia „AndroidSensor“od „Fiv Asim“. Na zobrazenie výškových tónov používa inerciálne senzory telefónu. Použitím tohto parametra v osi z získate referenčnú hodnotu na testovanie testovaného snímača fluidnej rýchlosti..

Vykonali sa testy a uviedli sa niektoré typické testovacie prípady:

CCW Z: +90 stupňov/s multimetr -0,931 V, osciloskop ~ -1,0 V

CW Z: -90 deg/s multimetr +1,753 V, osciloskop ~ +1,8 V

Faktor mierky založený na priemere týchto dvoch 1,33 V počas 100 stupňov/s

Sínusový test Referencia telefónu Android p-p 208 stupňov/s, multimeter nemôže správne reagovať, osciloskop zobrazuje periódu 1,8 s, napätie p-p 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V

Na základe tejto doby 1,8 s zodpovedá 200 stupňom za sekundu p-p

Faktor stupnice 1,5 V pre 100 stupňov/s

Krok 5: ZHRNUTIE

ZLYHANÁ SKÚŠOBNÁ METÓDA

Pôvodne bol vyskúšaný spôsob montáže senzorov, osciloskopu a senzora referenčnej rýchlosti na otočný stôl a pozorovanie údajov, ručne alebo pomocou kamery zboku. Toto bolo zlyhanie kvôli rozmazaným obrazom a nedostatočnému času odozvy, aby ľudský pozorovateľ zaznamenal hodnoty.

PRIJMEJTE SI DOMOVSKÉ PRIPOMIENKY:

Senzor fluidickej rýchlosti skonštruovaný pre tento návod slúži na účely demonštrácie konceptu, ktorý bolo stanovené. Senzor však musí byť vyrobený s lepšou presnosťou, ak má slúžiť nejakému praktickému účelu.

Komunita Instructable odporúča používať DIY metódu testovania snímača rýchlosti pomocou otočného stola so všetkým vybavením a napájaním na stole.