VÆSKESENSOR: 5 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Har du lagt merke til at når du flytter en vannslange fra side til side, slenger vannstrålen slangeretningen og retter seg etter den når bevegelsen stoppes. Bestemmelse av vinkelavbøyningen av vannstrålen ved utgangen av slangen ville gi et mål på vinkelfrekvensen i denne sidelengs retning.

Denne instruksen demonstrerer dette prinsippet ved å konstruere en 'Fluidic Rate Sensor' ved hjelp av 'Odds and Ends' tilgjengelig i min 'Home Lab'. Væsken her er 'Air'.

En enkel metode for å teste denne 'gyroskopiske sensoren' uten bruk av standard testutstyr er også presentert.

Rekvisita

1. En gammel CPU -vifte
2. Myggavvisende flaske (tom og godt rengjort)
3. Kulepenn med ensartet bakre rørformet seksjon
4. To små pærer fra en serie dekorativ lysstreng
5. Scotch-Brite skrubbepute
6. Få elektroniske komponenter (se kretsskjemaet)

Trinn 1: Slik fungerer det

De to lysbildene gir en skjematisk oversikt over det fysiske oppsettet til en Fluidic sensor og teorien bak det fysiske fenomenet.

I dette designet er 'Air' 'Fluid' som suges gjennom en dyse ved hjelp av en liten CPU-vifte. Luftstrålen treffer på to oppvarmede pære-filamenter som danner posisjonssensoren. En referansebro er dannet av to motstander.

Begge armene til fullbroen som dannes, mates med en spenning V+.

Under stabil tilstand avkjøler luftstrålen begge pærefilamentene likt, broen er balansert og utgangsspenningen er null.

Når det fysiske systemet pålegges en vinkelhastighet, avbøjes luftstrålen og en av pærefilamentene avkjøles mer enn den andre. Dette gir en ubalanse til broen som fører til en utgangsspenning.

Denne utgangsspenningen når den forsterkes gir et mål på vinkelfrekvensen.

Trinn 2: KONSTRUKSJON AV SENSOREN

FØLG STEGENE

1. Velg to pærer med lignende motstand fra lysstrengen. (To pærer med 11,7 ohm motstand valgt)
2. Bryt forsiktig det ytre glasset og blottlegg filamentene.
3. Hold CPU-viften klar og kontroller luftstrømningsretningen ved en forsyningsspenning på 5 V. (Det er nødvendig å bestemme dette, da viften må brukes i sugemodus)
4. Skjær ut bunnen av den myggavvisende flasken med en skarp kniv.
5. Klipp av toppen av flaskehetten og avslør den fremre rørformede delen.
6. Demonter kulepennen og skjær bort den nedre enden. Dette skal gi et ensartet rør som vil danne dysen for sensoren.
7. Sett røret inn i flaskehetten.
8. Lag to små hull i flaskekroppen som vist på bildet. Dette bør være egnet for å fikse pærefilamentene diametralt motsatt hverandre.
9. Fest hetten, skyv røret til en passende lengde like ved hullene i glødetråden.
10. Sett nå pærefilamentene inn i hullene og juster dem slik at filamentene bare kommer inn i periferien av rørenden som vist. Fest pære-filamentlegemet til flaskehuset med varmt lim. (Så symmetrisk som mulig bør det plasseres som mulig.)
11. Fest CPU-viften på baksiden av flaskehuset (nederst) med varmt lim i kantene. Viften må monteres slik at en av de flate delene er parallell med pærefilamentets plan.
12. Sørg for at viftebladene roterer jevnt, og når drevet luft suges ut fra baksiden, slik at det dannes en luftstråle gjennom pennkroppen.

Den grunnleggende sensorenheten er nå montert og klar for testing

Denne instruksen ble muliggjort av en særegen omstendighet mellom matchende deler:

Å velge deler til denne instruksjonsboken ble gjort fra "odds-og-ender" i mitt "hjemmelaboratorium". CPU-vifte-størrelsen samsvarte nøyaktig med myggavvisende bunndiameter. Kulepennens bakre del som et rør passet godt inn i den rørformede delen på flaskehetten, og trinnformene i flaskediameteren var egnet for å fikse pærefilamentene. En delvis sammensmeltet dekorativ lysstreng var tilgjengelig. Alt passet akkurat!

Trinn 3: INNSTILLENDE TESTING OG KRETSSKJEMA

Den første testen ble utført ved å levere en 5V forsyning til CPU-viften og spenningseksitasjonen til halvbroen med pære-filament.

En Android-telefon som kjørte 'AndroSensor' -appen, ble oppbevart ved siden av Rate-Sensor-maskinvaren, og begge ble rotert sinusformet for hånd.

'AndroSensor' GYRO grafisk display viser sinusformet frekvensmønster. Samtidig overvåkes broutgangen på lavt nivå på et oscilloskop.

+/- 5 mV signal ble observert for +/- 100 grader/sek hastighet.

Den elektroniske kretsen forsterker dette med 212 for å gi utgangssignalet.

Problemløsning

Utgangen hadde et betydelig støynivå, selv ved nullhastighet. Dette ble diagnostisert som på grunn av ustabil luftstrøm i systemet. For å overvinne dette ble et sirkulært stykke Scotch-Brite satt inn mellom viften og pæreelementene og en annen ved inngangsspissen av kulepennrøret. Dette gjorde stor forskjell.

Skjematisk

Henviser til skjemaet:

5 V mates til CPU-viften

5 V mates også til kombinasjonen 68 Ohm - Bulb - Bulb - 68 Ohm. kondensator C3 filtrerer motorinterferensen til pærefilamentene

5 V filtreres også av en kombinasjon av induktor-kondensator før dette leveres som en forsyning til OP-AMP

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP brukes til den aktive kretsen.

U1B er en enhetsforsterkningsbuffer for 2,5 V referansetilførsel

U1A er en 212 Gain inverterende forsterker med et lavpassfilter for sensorbro-signalet

Potensiometer R1 brukes til å nullstille fullbroen som dannes av potensialdeleren og sensorseriekjeden med nullhastighet.

Trinn 4: ENKEL RATE-SENSOR TEST SETUP

STANDARDUTSTYR

Standard testutstyr for sensorer inkluderer en motorisert "hastighetstabell" som gir programmerbare rotasjonshastigheter. Slike bord er også utstyrt med flere "slip-ringer" slik at det kan skaffes inngang-utgangssignaler og strømforsyning for enheten som skal testes.

I for eksempel oppsett er bare taktsensoren montert på bordet, og annet måleutstyr og strømforsyning plasseres på et bord ved siden av.

MIN LØSNING

Dessverre er ikke tilgang til slikt utstyr tilgjengelig for DIY -entusiaster. For å overvinne dette ble det innført en innovativ metode ved bruk av DIY -metodikk.

Det primære elementet som var tilgjengelig var et 'Roterende sidebord'

Et stativstativ ble montert på dette med et digitalt kamera som vender nedover.

Nå, hvis hastighetssensoren, strømforsyningen, utgangsmåleenhetene og standardfrekvenssensoren kunne monteres på denne plattformen. Deretter kan bordet roteres med klokken, mot klokken og frem og tilbake for å gi forskjellige hastighetsinnganger til sensoren. Mens alle data er i bevegelse kan de registreres som en film på digitalkameraet og analyseres senere for å generere testresultatene.

Etter å ha gjort dette ble følgende montert på bordet:

Fluidic-Rate-Sensor

Mobiltelefon-strømbank for å gi 5V forsyning til taktsensoren

En digital multimeter for å observere utgangsspenningen. Denne multimåleren hadde en relativ modus som kan brukes til nullstilling med nullhastighet.

Et OTG -modus -oscilloskop for Android -telefoner som bruker maskinvaren 'Gerbotronicd Xproto Plain' og 'Oscilloscope Pro' Android -applikasjon fra 'NFX Development' for å observere signalvariasjoner.

En annen Android-telefon som kjører "AndroidSensor" -appen fra "Fiv Asim". Denne bruker telefonens treghetssensorer til å vise tonehastighetene. Ved å bruke denne i z-aksen gir du en referanseverdi for å teste Fluidic-rate-sensoren under test.

Testen ble utført og noen typiske testtilfeller er rapportert:

CCW Z: +90 deg/sek multimeter -0.931 V, oscilloskop ~ -1,0 V

CW Z: -90 deg/sek multimeter +1.753 V, oscilloskop ~ +1.8 V

Skala faktor basert på gjennomsnittet av disse to 1,33 V for 100 grader/sek

Sinusformet test Android-telefonreferanse p-p 208 deg/sek, multimeter kan ikke svare riktig, Oscilloskop viser 1,8 sek periode, p-p spenning 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V

Basert på denne 1,8 sek perioden tilsvarer 200 grader/sek p-p

Skala faktor 1,5 V for 100 grader/sek

Trinn 5: SAMMENDRAG

FEILSATT TESTMETODE

Opprinnelig ble en metode for montering av sensorer, oscilloskop og referansehastighetssensor på det roterende bordet og observert data, manuelt eller ved bruk av et kamera fra siden, prøvd. Dette var en feil på grunn av uskarpe bilder og utilstrekkelig responstid for en menneskelig observatør til å registrere verdier.

TA HJEM OBSERVASJONER:

Fluidic-Rate-Sensoren konstruert for denne instruksjonsboken tjener formålet med å demonstrere et konsept det ble satt til å gjøre. Sensoren må imidlertid bygges med bedre presisjon hvis den skal tjene noen praktiske formål.

Gjør-det-selv-metoden for hastighetssensortesting ved bruk av et roterende bord med alt utstyr og strømforsyning på bordplaten, anbefales for bruk av instruksjonssamfunnet.