VÆSKESENSOR: 5 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Har du bemærket, at når du bevæger en vandslange fra side til side, slanger vandstrålen slangeretningen og flugter med den, når bevægelsen stoppes. Bestemmelse af vandstrålens vinkeludbøjning ved slangens udgang ville give et mål for vinkelfrekvensen i denne sidelænsretning.

Denne instruks demonstrerer dette princip ved at konstruere en 'Fluidic Rate Sensor' ved hjælp af 'Odds and Ends' tilgængelig i mit 'Home Lab'. Væsken her er 'Air'.

En simpel metode til at teste denne 'gyroskopiske sensor' uden brug af standard testudstyr er også præsenteret.

Forbrugsvarer

1. En gammel CPU -blæser
2. Myggeafvisende flaske (tom og godt rengjort)
3. Kuglepen med ensartet bagrør
4. To små pærer fra en serie dekorativ lysstreng
5. Scotch-Brite skrubbeunderlag
6. Få elektroniske komponenter (se kredsløbsskemaet)

Trin 1: Sådan fungerer det

De to dias giver et skematisk billede af det fysiske layout af en Fluidic sensor og teorien bag det fysiske fænomen.

I dette design er 'Air' den 'Fluid', der suges gennem en dyse ved hjælp af en lille CPU-ventilator. Luftstrålen rammer to opvarmede pære-filamenter, der danner positionssensoren. En referencebro er dannet af to modstande.

Begge arme på den fuldstændige bro, der er dannet, fodres med en spænding V+.

Under steady state-betingelser køler luftstrålen begge pære-filamenter ens, broen er afbalanceret og udgangsspændingen er nul.

Når der pålægges en vinkelhastighed på det fysiske system, afbøjes luftstrålen, og en af pære-filamenterne afkøles mere end den anden. Dette giver en ubalance til broen, der fører til en udgangsspænding.

Denne udgangsspænding, når den forstærkes, giver et mål for vinkelfrekvensen.

Trin 2: KONSTRUKTION AF SENSOREN

FØLG TRINNE

1. Vælg to pærer med lignende modstand fra lysstrengen. (To pærer med 11,7 Ohms modstand valgt)
2. Bryd forsigtigt det ydre glas, og udsæt de bare filamenter.
3. Hold CPU-blæseren klar, og kontroller luftstrømningsretningen ved en forsyningsspænding på 5 V. (Det er nødvendigt at bestemme dette, da blæseren skal bruges i en sugetilstand)
4. Skær bunden af den myggeafvisende flaske ud med en skarp kniv.
5. Skær toppen af flaskehætten væk og blot afslør den forreste rørformede del.
6. Demonter kuglepen og skær bundenden væk. Dette bør tilvejebringe et ensartet rør, der ville danne dysen til sensoren.
7. Sæt røret i flaskehætten.
8. Lav to små huller i flaskehuset som vist på billedet. Dette bør være egnet til at fastgøre pære-filamenterne diametralt modsat hinanden.
9. Fastgør hætten, skub røret til en passende længde lige ved pære-filamenthullerne.
10. Sæt nu pære-filamenterne ind i hullerne og juster dem, så filamenterne lige kommer ind i periferien af rørenden som vist. Fastgør pære-filamentlegemet til flaskehuset ved hjælp af varm lim. (Så symmetrisk en placering som muligt bør forsøges.)
11. Fastgør CPU-blæseren bag på flaskehuset (nederst) ved hjælp af varm lim i kanterne. Ventilatoren skal monteres, så en af de flade dele er parallel med pære-filamenternes plan.
12. Sørg for, at ventilatorbladene roterer jævnt, og når drevet luft suges ud, formes bagfra, så der dannes en luftstråle gennem pen-kropsrøret.

Den grundlæggende sensorenhed er nu samlet og klar til test

Denne instruktør blev muliggjort af en ejendommelig omstændighed af matchende dele:

Valg af dele til denne Instructable blev foretaget fra 'odds-and-ends' i mit 'hjemmelaboratorium'. CPU-blæserstørrelsen matchede nøjagtigt den myggeafvisende bunddiameter. Kuglepenens bageste del som et rør passede tæt ind i den rørformede del af flaskehætten, og trinformerne i flaskediameteren var egnede til fastgørelse af pærefilamenterne. En delvist sammensmeltet dekorativ lysstreng var tilgængelig. Alt passede præcist!

Trin 3: INDLEDENDE TESTING & KREDSSKEMATIK

Indledende test blev udført ved at levere en 5V forsyning til CPU-blæseren og spændingscitationen til pære-filament halvbroen.

En Android-telefon, der kørte 'AndroSensor'-applikationen, blev opbevaret ved siden af Rate-Sensor-hardware, og begge blev roteret sinusformet i hånden.

'AndroSensor' GYRO grafisk display viser sinusformet frekvensmønster. Samtidig overvåges broudgang på lavt niveau på et oscilloskop.

+/- 5 mV signal blev observeret for en hastighed på +/- 100 grader/sek.

Det elektroniske kredsløb forstærker dette med 212 for at levere udgangssignalet.

Problem og løsning

Outputtet havde et betydeligt støjniveau selv ved nulhastighed. Dette blev diagnosticeret som på grund af ustabil luftstrøm i systemet. For at overvinde dette blev et cirkulært stykke Scotch-Brite indsat mellem blæseren og pæreelementerne og et andet ved indgangsspidsen af kuglepenrøret. Dette gjorde en stor forskel.

Skematisk

Henviser til skematisk:

5 V tilføres CPU-blæseren

5 V tilføres også kombinationen af 68 Ohm - Bulb - Bulb - 68 Ohm. kondensator C3 filtrerer motorinterferensen til pære-filamenterne

5 V filtreres også af en induktor-kondensator-kombination, før den leveres som en forsyning til OP-AMP

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP bruges til det aktive kredsløb.

U1B er en enhedsforstærkningsbuffer til 2,5 V referenceforsyningen

U1A er en 212 Gain Inverterende forstærker med et lavpasfilter til sensorbrosignalet

Potentiometer R1 bruges til at annullere fuldbroen dannet af potentialdeleren og sensorseriekæden med nulhastighed.

Trin 4: ENKEL RATE-SENSOR TEST OPSÆTNING

STANDARDUDSTYR

Standardhastighedssensor-testudstyr inkluderer et motoriseret 'Rate-Table', der giver programmerbare rotationshastigheder. Sådanne tabeller er også forsynet med flere 'slip-ringe', så der kan tilvejebringes input-output signaler og strømforsyning til den enhed, der skal testes.

I f.eks. Opsætning er kun taktsensoren monteret på bordet, og andet måleudstyr og strømforsyning placeres på et bord ved siden af.

MIN LØSNING

Desværre er adgang til sådant udstyr ikke tilgængelig for DIY -entusiaster. For at overvinde dette blev en innovativ metode ved hjælp af DIY -metode vedtaget.

Den primære tilgængelige vare var et 'Roterende sidebord'

Et stativstativ blev monteret på dette med et nedadgående digitalkamera.

Nu, hvis taktsensoren, strømforsyningen, output-måleenhederne og standard-rate-sensoren kunne monteres på denne platform. Derefter kunne bordet drejes med uret, mod uret og frem og tilbage for at give sensoren forskellige hastighedsindgange. Under bevægelse kunne alle data optages som en film på digitalkameraet og analyseres senere for at generere testresultaterne.

Efter at have gjort dette blev følgende monteret på bordet:

Fluidic-Rate-Sensor

Mobiltelefon-power-bank til at levere 5V forsyning til taktsensoren

En digital multimeter til at observere udgangsspændingen. Denne multimeter havde en relativ tilstand, som kunne bruges til nulstilling ved nulhastighed.

Et oscilloskop i Android -telefon OTG -tilstand ved hjælp af 'Gerbotronicd Xproto Plain' hardware og 'Oscilloscope Pro' Android -applikation fra 'NFX Development' til at observere signalvariationer.

En anden Android-telefon, der kører applikationen "AndroidSensor" af 'Fiv Asim'. Denne bruger telefonens inertialsensorer til at vise tonehastighederne. Brug af denne i z-aksen giver en referenceværdi til at teste Fluidic-rate-sensoren under test.

Test blev udført, og nogle typiske testtilfælde rapporteres:

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

Skalafaktor baseret på gennemsnit af disse to 1,33 V i 100 grader/sek

Sinusformet test Android Telefonreference p-p 208 deg/sek, multimeter kan ikke reagere korrekt, Oscilloskop viser 1,8 sek. Periode, p-p spænding 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V

Baseret på denne 1,8 sek. Periode svarer til 200 grader/sek. P-p

Skalafaktor 1,5 V i 100 grader/sek

Trin 5: SAMMENDRAG

FEJLET TESTMETODE

Oprindeligt blev en metode til montering af sensorer, oscilloskop og referencehastighedsføler på det roterende bord og observeret data, manuelt eller ved hjælp af et kamera fra siden, forsøgt. Dette var en fejl på grund af slørede billeder og utilstrækkelig responstid for en menneskelig observatør til at registrere værdier.

TAG HJEM OBSERVATIONER:

Fluidic-Rate-Sensoren, der er konstrueret til denne Instructable, tjener formålet med at demonstrere et koncept, det satte sig for at gøre. Sensoren skal dog bygges med bedre præcision, hvis den skal tjene noget praktisk formål.

DIY-metoden til test af taktsensorer ved hjælp af et roterende bord med alt udstyr og strømforsyning på bordpladen anbefales til brug af Instructable community.