SENZOR DE VITEZĂ FLUIDICĂ: 5 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Ați observat că, atunci când mutați un furtun de apă dintr-o parte în alta, jetul de apă rămâne în direcția furtunului și se aliniază cu aceasta atunci când mișcarea este oprită. Determinarea devierii unghiulare a jetului de apă la ieșirea furtunului ar oferi o măsură a vitezei unghiulare în această direcție laterală.

Acest instructabil demonstrează acest principiu prin construirea unui „senzor de frecvență fluidică” folosind „Cote și sfârșite” disponibile în „Laboratorul de acasă”. Fluidul de aici este „Aer”.

Este prezentată și o metodă simplă de testare a acestui „senzor giroscopic” fără utilizarea echipamentului de testare standard.

Provizii

1. Un vechi fan CPU
2. Flacon anti-țânțari (gol și bine curățat)
3. Pix cu bilă cu secțiune tubulară spate uniformă
4. Două becuri mici dintr-o serie de șnururi decorative
5. Tampon pentru scrub Scotch-Brite
6. Puține componente electronice (consultați schema circuitului)

Pasul 1: CUM FUNCȚIONEAZĂ

Cele două diapozitive oferă o schemă a aspectului fizic al unui senzor fluidic și teoria din spatele fenomenului fizic.

În acest design, „Aerul” este „Fluidul” care este aspirat printr-o duză folosind un mic ventilator CPU. Jetul de aer afectează două filamente cu bec încălzite care formează senzorul de poziție. Un pod de referință este format din două rezistențe.

Ambele brațe ale punții complete astfel formate sunt alimentate cu o tensiune V +.

În condiții de echilibru, jetul de aer răcește ambele filamente bulb, puntea este echilibrată și tensiunea de ieșire este zero.

Când se impune o rată unghiulară asupra sistemului fizic, jetul de aer deviază și unul dintre filamentele becului este răcit mai mult decât celălalt. Acest lucru oferă un dezechilibru podului care duce la o tensiune de ieșire.

Această tensiune de ieșire atunci când este amplificată oferă o măsură a ratei unghiulare.

Pasul 2: CONSTRUIREA SENZORULUI

URMARESTE PASII

1. Selectați două becuri cu rezistență similară din șir. (Două becuri cu rezistență de 11,7 Ohmi selectate)
2. Rupeți cu grijă geamul exterior expunând filamentele goale.
3. Păstrați ventilatorul CPU pregătit și verificați direcția fluxului de aer la o tensiune de alimentare de 5 V. (Este necesar să determinați acest lucru deoarece ventilatorul trebuie utilizat într-un mod de aspirație)
4. Tăiați fundul sticlei respingătoare de țânțari cu un cuțit ascuțit.
5. Tăiați partea superioară a capacului sticlei, expunând doar porțiunea tubulară din față.
6. Demontați pixul și tăiați capătul inferior. Aceasta ar trebui să asigure un tub uniform care ar forma duza pentru senzor.
7. Introduceți tubul în capacul sticlei.
8. Faceți două găuri mici în corpul sticlei, așa cum se arată în imagine. Acest lucru ar trebui să fie potrivit pentru fixarea bulbilor-filamente diametral opuse unul față de celălalt.
9. Fixați capacul, împingeți tubul la o lungime adecvată, la scurt timp de orificiile filamentului becului.
10. Acum introduceți filamentele bulb în găuri și aliniați-le astfel încât filamentele să intre doar în periferia capătului tubului, așa cum se arată. Fixați corpul filamentului becului pe corpul sticlei folosind lipici fierbinți. (Ar trebui încercată o plasare cât mai simetrică.)
11. Fixați ventilatorul CPU pe partea din spate a corpului sticlei (jos) folosind lipici fierbinți la margini. Ventilatorul trebuie montat astfel încât una dintre porțiunile plate să fie paralelă cu planul filamentelor bulb.
12. Asigurați-vă că paletele ventilatorului se rotesc ușor și când aerul alimentat este aspirat din spate, formând astfel un jet de aer prin tubul corpului stiloului.

Unitatea senzorială de bază este acum asamblată și gata de testare

Acest instructabil a fost posibil datorită unei circumstanțe deosebite de potrivire a pieselor:

Selectarea pieselor pentru acest instructabil a fost făcută din „șanse și capete” din „laboratorul de acasă”. Mărimea ventilatorului CPU corespundea exact cu diametrul inferior al țânțarilor. Porțiunea din spate a stiloului cu bilă a fost fixată în porțiunea tubulară a capacului sticlei, iar formele treptelor din diametrul sticlei erau potrivite pentru fixarea filamentelor bulbului. A fost disponibil un șir luminos decorativ parțial topit. Totul s-a potrivit exact!

Pasul 3: TESTARE INIȚIALĂ ȘI SCHEMATIC DE CIRCUIT

Testarea inițială a fost efectuată prin furnizarea unei surse de 5V la ventilatorul CPU și excitația de tensiune la jumătatea podului filament-bec.

Un telefon Android care rulează aplicația „AndroSensor” a fost păstrat lângă hardware-ul Rate-Sensor și ambele au fost rotite manual într-o manieră sinusoidală.

Afișajul grafic GYRO „AndroSensor” arată tiparul de viteză sinusoidală. Simultan, ieșirea podului de nivel scăzut este monitorizată pe un osciloscop.

+/- 5 mV semnal a fost observat pentru +/- 100 grade / sec.

Circuitul electronic amplifică acest lucru cu 212 pentru a furniza semnalul de ieșire.

Soluția la problemă

Ieșirea a avut un nivel de zgomot semnificativ chiar și la rata zero. Acest lucru a fost diagnosticat ca urmare a fluxului de aer instabil în sistem. Pentru a depăși acest lucru, o bucată circulară de Scotch-Brite a fost introdusă între ventilator și elementele becului și o alta la vârful de intrare al tubului stiloului cu bilă. Acest lucru a făcut o mare diferență.

Schematic

Referindu-ne la schemă:

5 V este alimentat la ventilatorul CPU

5 V este, de asemenea, alimentat în combinația din seria 68 Ohm - Bec - Bec - 68 Ohm. condensatorul C3 filtrează interferența motorului la bec-filamente

5 V este, de asemenea, filtrat de o combinație inductor-condensator înainte de a furniza acest lucru ca o sursă de alimentare pentru OP-AMP

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP este utilizat pentru circuitul activ.

U1B este un buffer de câștig de unitate pentru sursa de referință de 2,5 V.

U1A este un amplificator inversor 212 Gain cu un filtru low-pass pentru semnalul senzor-punte

Potențiometrul R1 este utilizat pentru a anula puntea completă formată de divizorul de potențial și lanțul seriei de senzori la o rată zero.

Pasul 4: CONFIGURAREA TESTULUI SENZOR DE RATĂ SIMPLĂ

ECHIPAMENT STANDARD

Echipamentul standard de testare a senzorului de rată include un „tabel de rată” motorizat care oferă viteze de rotație programabile. Astfel de tabele sunt, de asemenea, prevăzute cu mai multe „inele de alunecare”, astfel încât să poată fi asigurate semnalele de intrare-ieșire și sursa de alimentare pentru unitatea sub-test.

În cazul configurării, numai senzorul de viteză este montat pe masă, iar alte echipamente de măsurare și sursa de alimentare sunt așezate pe o masă lateral.

SOLUȚIA MEA

Din păcate, accesul la astfel de echipamente nu este disponibil pasionaților de bricolaj. Pentru a depăși acest lucru, a fost adoptată o metodă inovatoare care utilizează metodologia DIY.

Elementul principal disponibil a fost o „Masă laterală rotativă”

Pe acesta a fost montat un suport pentru trepied cu o cameră digitală cu aspect descendent.

Acum, dacă senzorul de rată, sursa de alimentare, dispozitivele de măsurare a ieșirii și senzorul de rată standard ar putea fi montate pe această platformă. Apoi, masa ar putea fi rotită în sensul acelor de ceasornic, în sens invers acelor de ceasornic și în sus și înapoi pentru a oferi intrări diferite de rată senzorului. În timp ce sunt în mișcare, toate datele ar putea fi înregistrate ca film pe camera digitală și analizate ulterior pentru a genera rezultatele testului.

După ce a făcut acest lucru, s-a montat pe masă următoarele:

Senzor de rată fluidică

Telefon mobil-bancă de alimentare pentru a furniza o sursă de 5V la rata-senzor

Un multimetru digital pentru a observa tensiunea de ieșire. Acest multimetru avea un mod relativ care putea fi folosit pentru a reduce la zero la o rată zero.

Un osciloscop cu mod OTG pentru telefon Android care utilizează hardware-ul „Gerbotronicd Xproto Plain” și aplicația Android „Osciloscop Pro” de la „Dezvoltare NFX” pentru a observa variațiile de semnal.

Un alt telefon Android care rulează aplicația „AndroidSensor” de „Fiv Asim”. Acesta folosește senzorii inerțiali ai telefonului pentru a afișa viteza de înălțime. Folosind acest lucru în axa z, se oferă o valoare de referință pentru a testa senzorul de viteză fluidică testat..

Testarea a fost efectuată și sunt raportate câteva cazuri tipice de testare:

CCW Z: +90 deg / sec multi-metru -0,931 V, osciloscop ~ -1,0 V

CW Z: -90 deg / sec multi-metru + 1,753 V, osciloscop ~ + 1,8 V

Factorul de scară bazat în medie pe acești doi 1,33 V pentru 100 grade / sec

Test sinusoidal Referință telefon Android p-p 208 deg / sec, multi-metru nu poate răspunde corect, osciloscopul arată o perioadă de 1,8 sec, tensiune p-p 2,4 Div X 1,25 V / div = 3 V

Pe baza acestei perioade de 1,8 secunde corespunde 200 deg / sec p-p

Factor de scalare 1,5 V pentru 100 grade / sec

Pasul 5: REZUMAT

METODA DE TEST EȘUATĂ

Inițial s-a încercat o metodă de montare a senzorilor, osciloscopului și senzorului de referință pe masa rotativă și de observare a datelor, manual sau folosind o cameră din lateral. Acesta a fost un eșec din cauza imaginilor neclare și a timpului de răspuns insuficient pentru ca un observator uman să înregistreze valorile.

LUAȚI OBSERVAȚII ACASĂ:

Senzorul de viteză fluidică construit pentru acest instructabil servește scopului de a demonstra conceptul pe care și-a propus să-l facă. Cu toate acestea, senzorul trebuie construit cu o precizie mai bună dacă trebuie să servească vreunui scop practic.

Metoda DIY de testare a senzorului de viteză folosind o masă rotativă cu toate echipamentele și sursa de alimentare de pe masă este recomandată pentru utilizare de către comunitatea Instructable.