СЕНЗОР ЗА ФУИДИЧНА СКОРОСТ: 5 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Забелязали ли сте, че когато премествате маркуч за вода отстрани, водната струя изостава от посоката на маркуча и се подравнява с него, когато движението е спряно. Определянето на ъгловото отклонение на водната струя на изхода на маркуча би осигурило мярка за ъгловата скорост в тази странична посока.

Тази инструкция демонстрира този принцип, като конструира „Сензор за флуидна скорост“, използвайки „Коефициенти и краища“, налични в моята „Домашна лаборатория“. Течността тук е „Въздух“.

Представен е и прост метод за тестване на този „жироскопичен сензор“без използването на стандартно изпитвателно оборудване.

Консумативи

1. Стар вентилатор на процесора
2. Бутилка против комари (празна и добре почистена)
3. Химикалка с еднакво задно тръбно сечение
4. Две малки крушки от серия декоративни светлинни струни
5. Почистваща подложка Scotch-Brite
6. Малко електронни компоненти (вижте схемата на схемата)

Стъпка 1: КАК РАБОТИ

Двата слайда дават схематично представяне на физическото разположение на флуиден сензор и теорията зад физическото явление.

В този дизайн „Въздух“е „течността“, която се изсмуква през дюза с помощта на малък вентилатор на процесора. Въздушната струя въздейства върху две нагрети крушки с нишки, образуващи сензора за положение. Референтен мост се формира от два резистора.

И двете рамена на така образувания пълен мост се захранват с напрежение V+.

При стационарни условия въздушната струя охлажда и двете крушки с една и съща нишка, мостът е балансиран и изходното напрежение е нула.

Когато ъгловата скорост е наложена на физическата система, въздушната струя се отклонява и една от нишките на крушката се охлажда повече от другата. Това осигурява дисбаланс на моста, водещ до изходно напрежение.

Това изходно напрежение при усилване осигурява мярка за ъгловата скорост.

Стъпка 2: КОНСТРУКЦИЯ НА СЕНЗОРА

СЛЕДВАЙ СТЪПКИТЕ

1. Изберете две крушки с подобно съпротивление от светлинния низ. (Избрани са две крушки с съпротивление 11.7 ома)
2. Внимателно счупете външното стъкло, разкривайки голите нишки.
3. Поддържайте CPU-вентилатора готов и проверете посоката на въздушния поток при захранващо напрежение 5 V. (Необходимо е да се определи това, тъй като вентилаторът трябва да се използва в режим на засмукване)
4. Изрежете дъното на бутилката против комари с остър нож.
5. Отрежете горната част на капачката на бутилката, като изложите предната тръбна част.
6. Демонтирайте химикалката и отрежете долния край. Това трябва да осигури еднаква тръба, която да образува дюзата за сензора.
7. Поставете епруветката в капачката на бутилката.
8. Направете две малки дупки в тялото на бутилката, както е показано на снимката. Това трябва да е подходящо за фиксиране на нишките на крушката, диаметрално противоположни една на друга.
9. Закрепете капачката, избутайте тръбата до подходяща дължина малко под отворите на крушката.
10. Сега поставете крушките с нишки в отворите и ги подравнете така, че нишките просто да влязат в периферията на края на тръбата, както е показано. Прикрепете корпуса с нажежаема жичка към тялото на бутилката с помощта на горещо лепило. (Трябва да се опита възможно най -симетрично разположение.)
11. Прикрепете вентилатора на процесора към задната част на корпуса на бутилката (отдолу), като използвате горещо лепило по краищата. Вентилаторът трябва да бъде монтиран така, че една от плоските части да е успоредна на равнината на крушките с нишки.
12. Уверете се, че лопатките на вентилатора се въртят плавно и когато захранваният въздух се изсмуква от задната част, така че да образува въздушна струя през тръбата на тялото на писалката.

Основният сензорен модул вече е сглобен и готов за тестване

Тази инструкция е станала възможна поради особеното обстоятелство на съвпадащите части:

Избирането на части за тази инструкция беше направено от „коефициентите и краищата“в моята „домашна лаборатория“. Размерът на вентилатора на процесора точно съответства на диаметъра на дъното, отблъскващо комарите. Задната част на химикалката като тръба беше плътно прилепнала към тръбната част на капачката на бутилката и стъпаловидните форми в диаметъра на бутилката бяха подходящи за фиксиране на нишките на крушката. Налична беше частично разтопена декоративна светлинна струна. Всичко съвпадна точно!

Стъпка 3: Първоначално тестване и схеми на вериги

Първоначалното тестване беше извършено чрез осигуряване на 5V захранване към вентилатора на процесора и възбуждане на напрежението към полумоста на крушката.

Телефон с Android, работещ с приложението „AndroSensor“, се държеше до хардуера на Rate-Sensor и двата бяха завъртени на синусоидално на ръка.

Графичният дисплей на GYRO „AndroSensor“показва модела на синусоидалната скорост. Едновременно с това ниско ниво на моста се наблюдава на осцилоскоп.

Сигнал +/- 5 mV се наблюдава при скорост +/- 100 deg/sec.

Електронната схема усилва това с 212, за да осигури изходния сигнал.

Проблем и решение

Изходът имаше значително ниво на шум дори при нулева скорост. Това беше диагностицирано като поради нестабилен въздушен поток в системата. За да се преодолее това, кръгло парче Scotch-Brite беше поставено между вентилатора и елементите на крушката и друго на входящия връх на тръбата с химикалка. Това направи голяма разлика.

Схематично

Позовавайки се на схемата:

5 V се подава към вентилатора на процесора

5 V се подава и към комбинация от 68 ома - крушка - крушка - 68 ома. кондензатор С3 филтрира смущенията на двигателя към крушката-нишки

5 V също се филтрира от комбинация индуктор-кондензатор, преди да се осигури това като захранване за OP-AMP

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP се използва за активната верига.

U1B е буфер за единично усилване за референтно захранване 2.5 V

U1A е 212 Gain инвертиращ усилвател с нискочестотен филтър за сигнала на моста на сензора

Потенциометър R1 се използва за нулиране на пълния мост, образуван от делителя на потенциала и веригата от серия сензори при нулева скорост.

Стъпка 4: ПРОСТА НАСТРОЙКА НА ТЕСТ НА СЕНЗОР

СТАНДАРТНО ОБОРУДВАНЕ

Стандартното тестово оборудване с датчик за скорост включва моторизирана таблица за скорост, осигуряваща програмируеми скорости на въртене. Такива таблици също са снабдени с множество „плъзгащи пръстени“, така че да могат да се осигурят входните и изходните сигнали и захранването за изпитваната единица.

При такава настройка само сензорът за скорост е поставен на масата, а другото измервателно оборудване и захранването са поставени на масата отстрани.

МОЕТО РЕШЕНИЕ

За съжаление достъпът до такова оборудване не е достъпен за ентусиастите „направи си сам“. За да се преодолее това, беше приет иновативен метод, използващ методология „направи си сам“.

Основният наличен артикул беше „Въртяща се странична маса“

Върху това беше монтирана стойка за триножник с насочен надолу цифров фотоапарат.

Сега, ако сензорът за скорост, захранване, измервателни устройства за изход и сензор със стандартна скорост могат да бъдат монтирани на тази платформа. След това масата може да се завърта по посока на часовниковата стрелка, обратно на часовниковата стрелка и напред-назад, за да се осигури различен вход за скорост на сензора. Докато са в движение, всички данни могат да бъдат записани като филм на цифровата камера и по-късно да бъдат анализирани за генериране на резултатите от теста.

След като направи това, на масата беше монтирано следното:

Сензор за флуидна скорост

Мобилен телефон-power-bank за осигуряване на 5V захранване към сензора за скорост

Цифров мултицет за наблюдение на изходното напрежение. Този мултиметър имаше относителен режим, който можеше да се използва за нулиране при нулева скорост.

Осцилоскоп в OTG режим на телефон с Android, използващ хардуера „Gerbotronicd Xproto Plain“и приложението „Android Oscilloscope Pro“от „NFX Development“за наблюдение на вариациите на сигнала.

Друг телефон с Android, работещ с приложението „AndroidSensor“от „Fiv Asim“. Той използва инерционните сензори на телефона за показване на височината на тона. Използването на това в оста z дава референтна стойност за тестване на тествания сензор за флуидна скорост.

Проведени са тестове и са докладвани някои типични тестови случаи:

CCW Z: +90 градуса/сек многометър -0.931 V, осцилоскоп ~ -1.0 V

CW Z: -90 градуса/сек многометър +1,753 V, осцилоскоп ~ +1,8 V

Мащабен коефициент, базиран на средно за тези две 1,33 V за 100 градуса/сек

Синусоидален тест Android телефон референтен p-p 208 deg/sec, мултиметърът не може да реагира правилно, осцилоскопът показва 1.8 Sec период, p-p напрежение 2.4 Div X 1.25 V/div = 3 V

Въз основа на този период от 1.8 сек отговаря на 200 градуса/сек p-p

Мащабен фактор 1,5 V за 100 градуса/сек

Стъпка 5: РЕЗЮМЕ

МЕТОД НА НЕПОЛАГАНИЯ ТЕСТ

Първоначално беше изпробван метод за монтиране на сензори, осцилоскоп и сензор за референтна скорост на въртящата се маса и наблюдение на данни, ръчно или с помощта на камера отстрани. Това беше провал поради замъглени изображения и недостатъчно време за реакция, за да може човешкият наблюдател да записва стойности.

ВЗЕМЕТЕ НАЧАЛНИ НАБЛЮДЕНИЯ:

Сензорът за флуидна скорост, конструиран за тази инструкция, има за цел да демонстрира концепцията, която си е поставил за цел. Сензорът обаче трябва да бъде изграден с по -голяма точност, ако трябва да служи на някаква практическа цел.

Методът DIY за тестване на сензора за скорост, използващ въртяща се маса с цялото оборудване и захранване на плота, се препоръчва за използване от общността Instructable.