ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΡΕΥΣΟΥ ΡΥΘΜΟΥ: 5 Βήματα

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

Έχετε παρατηρήσει ότι όταν μετακινείτε έναν εύκαμπτο σωλήνα νερού από τη μια πλευρά στην άλλη, ο πίδακας νερού υστερεί στην κατεύθυνση του σωλήνα και ευθυγραμμίζεται με αυτόν όταν σταματήσει η κίνηση. Ο προσδιορισμός της γωνιακής απόκλισης του πίδακα νερού στην έξοδο του εύκαμπτου σωλήνα θα παράσχει ένα μέτρο της γωνιακής ταχύτητας προς αυτή την πλάγια κατεύθυνση.

Αυτό το Instructable αποδεικνύει αυτήν την αρχή με την κατασκευή ενός «Fluidic Rate Sensor» χρησιμοποιώντας το «Odds and Ends» που διατίθεται στο «Home Lab» μου. Το υγρό εδώ είναι "Αέρας".

Παρουσιάζεται επίσης μια απλή μέθοδος δοκιμής αυτού του «γυροσκοπικού αισθητήρα» χωρίς τη χρήση τυπικού εξοπλισμού δοκιμής.

Προμήθειες

1. Ένας παλιός ανεμιστήρας CPU
2. Μπουκάλι απωθητικό στα κουνούπια (άδειο και καλά καθαρισμένο)
3. Στυλό με στυλό με ομοιόμορφο πίσω σωληνωτό τμήμα
4. Δύο μικροί λαμπτήρες από μια σειρά διακοσμητικών χορδών
5. Scotch-Brite scrub pad
6. Λίγα ηλεκτρονικά εξαρτήματα (ανατρέξτε στο σχηματικό κύκλωμα)

Βήμα 1: ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ

Οι δύο διαφάνειες παρέχουν ένα σχηματικό διάγραμμα της φυσικής διάταξης ενός αισθητήρα Fluidic και τη θεωρία πίσω από το φυσικό φαινόμενο.

Σε αυτό το σχέδιο 'Air' είναι το 'Fluid' το οποίο αναρροφάται μέσω ενός ακροφυσίου χρησιμοποιώντας ένα μικρό CPU-Fan. Ο πίδακας αέρα προσκρούει σε δύο θερμαινόμενα νήματα βολβού που σχηματίζουν τον αισθητήρα θέσης. Μια γέφυρα αναφοράς σχηματίζεται από δύο αντιστάσεις.

Και οι δύο βραχίονες της γέφυρας που σχηματίζεται έτσι τροφοδοτούνται με τάση V+.

Υπό συνθήκες σταθερής κατάστασης, ο πίδακας αέρα ψύχει εξίσου και τα δύο νήματα της λάμπας, η γέφυρα είναι ισορροπημένη και η τάση εξόδου είναι μηδενική.

Όταν επιβάλλεται ένας γωνιακός ρυθμός στο φυσικό σύστημα, ο πίδακας αέρα εκτρέπεται και ένα από τα νήματα των βολβών ψύχεται περισσότερο από το άλλο. Αυτό παρέχει ανισορροπία στη γέφυρα που οδηγεί σε τάση εξόδου.

Αυτή η τάση εξόδου όταν ενισχυθεί παρέχει ένα μέτρο της γωνιακής ταχύτητας.

Βήμα 2: ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΟΥ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ

ΑΚΟΛΟΥΘΗΣΕ ΤΑ ΒΗΜΑΤΑ

1. Επιλέξτε δύο λαμπτήρες με παρόμοια αντίσταση από το κορδόνι φωτός. (Επιλέχθηκαν δύο λαμπτήρες με αντίσταση 11,7 Ohms)
2. Σπάστε προσεκτικά το εξωτερικό γυαλί εκθέτοντας τα γυμνά νήματα.
3. Διατηρήστε τον CPU-Fan έτοιμο και ελέγξτε την κατεύθυνση ροής αέρα σε τάση τροφοδοσίας 5 V. (Είναι απαραίτητο να το προσδιορίσετε, καθώς ο ανεμιστήρας πρέπει να χρησιμοποιείται σε λειτουργία αναρρόφησης)
4. Κόψτε το κάτω μέρος του μπουκαλιού που απωθεί τα κουνούπια με ένα κοφτερό μαχαίρι.
5. Κόψτε το πάνω μέρος του πώματος της φιάλης εκθέτοντας ακριβώς το μπροστινό σωληνωτό τμήμα.
6. Αποσυναρμολογήστε το στυλό και κόψτε το κάτω άκρο. Αυτό θα πρέπει να παρέχει έναν ομοιόμορφο σωλήνα που θα σχηματίζει το ακροφύσιο για τον αισθητήρα.
7. Εισάγετε τον σωλήνα στο καπάκι της φιάλης.
8. Κάντε δύο μικρές τρύπες στο σώμα της φιάλης όπως φαίνεται στην εικόνα. Αυτό θα πρέπει να είναι κατάλληλο για τη στερέωση των νημάτων λαμπτήρα διαμετρικά αντίθετα μεταξύ τους.
9. Στερεώστε το καπάκι, σπρώξτε το σωλήνα σε ένα κατάλληλο μήκος λίγο μικρότερο από τις οπές του νήματος του βολβού.
10. Τώρα εισάγετε τα νήματα των βολβών στις οπές και ευθυγραμμίστε τα έτσι ώστε τα νήματα να εισέρχονται στην περιφέρεια του άκρου του σωλήνα όπως φαίνεται. Στερεώστε το σώμα του νήματος της λάμπας στο σώμα της φιάλης χρησιμοποιώντας θερμή κόλλα. (Θα πρέπει να επιχειρείται όσο το δυνατόν πιο συμμετρική τοποθέτηση.)
11. Στερεώστε τον ανεμιστήρα CPU στο πίσω μέρος του σώματος της φιάλης (κάτω) χρησιμοποιώντας ζεστή κόλλα στις άκρες. Ο ανεμιστήρας πρέπει να είναι τοποθετημένος έτσι ώστε ένα από τα επίπεδα τμήματα να είναι παράλληλο με το επίπεδο των νημάτων των βολβών.
12. Βεβαιωθείτε ότι τα πτερύγια του ανεμιστήρα περιστρέφονται ομαλά και όταν απορροφάται ο αέρας από το πίσω μέρος, σχηματίζοντας έτσι έναν πίδακα αέρα μέσω του σωλήνα του σώματος της πένας.

Η βασική μονάδα αισθητήρα είναι πλέον συναρμολογημένη και έτοιμη για δοκιμή

Αυτό το Instructable έγινε εφικτό από μια περίεργη περίσταση που ταιριάζει με τα μέρη:

Η επιλογή εξαρτημάτων για αυτό το Instructable έγινε από τις «πιθανότητες και τα άκρα» στο «εργαστήριο του σπιτιού» μου. Το μέγεθος της CPU-Fan ταιριάζει ακριβώς με τη διάμετρο πυθμένα που απωθεί το κουνούπι. Το οπίσθιο τμήμα του στυλό με σφαιρίδιο ως σωλήνας προσαρμόστηκε σφιχτά στο σωληνοειδές τμήμα του πώματος της φιάλης και τα σχήματα βημάτων στη διάμετρο της φιάλης ήταν κατάλληλα για τη στερέωση των νημάτων του βολβού. Decorativeταν διαθέσιμο ένα μερικώς λιωμένο διακοσμητικό κορδόνι φωτός. Όλα ταίριαξαν ακριβώς!

Βήμα 3: ΑΡΧΙΚΗ ΔΟΚΙΜΗΣ & ΣΧΗΜΑΤΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ

Ο αρχικός έλεγχος πραγματοποιήθηκε με την παροχή τροφοδοσίας 5V στον CPU-Fan και διέγερση τάσης στη μισή γέφυρα νήματος λαμπτήρα.

Ένα τηλέφωνο Android με την εφαρμογή "AndroSensor" κρατήθηκε δίπλα στο υλικό Rate-Sensor και και τα δύο περιστρέφονταν με ημιτονοειδή τρόπο με το χέρι.

Η γραφική οθόνη "AndroSensor" GYRO δείχνει το μοτίβο ημιτονοειδούς ρυθμού. Ταυτόχρονα, η έξοδος γέφυρας χαμηλού επιπέδου παρακολουθείται σε ένα παλμογράφο.

Παρατηρήθηκε σήμα +/- 5 mV για ρυθμό +/- 100 deg/sec.

Το ηλεκτρονικό κύκλωμα το ενισχύει κατά 212 για να παρέχει το σήμα εξόδου.

Λύση προβλήματος

Η έξοδος είχε ένα σημαντικό επίπεδο θορύβου ακόμη και σε μηδενικό ρυθμό. Αυτό διαγνώστηκε ως ασταθής ροή αέρα στο σύστημα. Για να ξεπεραστεί αυτό, ένα κυκλικό κομμάτι Scotch-Brite εισήχθη μεταξύ του ανεμιστήρα και των στοιχείων του βολβού και ένα άλλο στο άκρο εισόδου του σωλήνα στυλό. Αυτό έκανε μεγάλη διαφορά.

Σχηματικός

Αναφερόμενοι στο σχηματικό:

5 V τροφοδοτείται στον ανεμιστήρα της CPU

5 V τροφοδοτείται επίσης στον συνδυασμό σειράς 68 Ohm - Bulb - Bulb - 68 Ohm. ο πυκνωτής C3 φιλτράρει την παρεμβολή του κινητήρα στη λάμπα-Νήματα

Τα 5 V φιλτράρονται επίσης από έναν συνδυασμό επαγωγέα-πυκνωτή πριν το παρέχουν ως πηγή στο OP-AMP

Το MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP χρησιμοποιείται για το ενεργό κύκλωμα.

Το U1B είναι ένα buffer κέρδους ενότητας για την παροχή αναφοράς 2,5 V

Το U1A είναι ένας ενισχυτής αναστροφής κέρδους 212 με φίλτρο χαμηλής διέλευσης για το σήμα της γέφυρας αισθητήρα

Το ποτενσιόμετρο R1 χρησιμοποιείται για να μηδενίσει την πλήρη γέφυρα που σχηματίζεται από το διαχωριστή δυναμικού και την αλυσίδα σειράς αισθητήρων με μηδενικό ρυθμό.

Βήμα 4: ΡΥΘΜΙΣΗ ΕΛΕΓΧΟΥ ΑΠΟΣΤΟΛΗΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ

ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ

Ο τυπικός εξοπλισμός δοκιμής αισθητήρα ταχύτητας περιλαμβάνει έναν μηχανοκίνητο «πίνακα τιμών» που παρέχει προγραμματιζόμενους ρυθμούς περιστροφής. Τέτοιοι πίνακες είναι επίσης εφοδιασμένοι με πολλαπλούς «δακτυλίους ολίσθησης», έτσι ώστε να παρέχονται τα σήματα εισόδου-εξόδου και η παροχή ρεύματος για την υπό δοκιμή μονάδα.

Σε τέτοια ρύθμιση, μόνο ο αισθητήρας ταχύτητας είναι τοποθετημένος στο τραπέζι και άλλος εξοπλισμός μέτρησης και η παροχή ρεύματος τοποθετούνται σε ένα τραπέζι στο πλάι.

Η ΛΥΣΗ ΜΟΥ

Δυστυχώς, η πρόσβαση σε τέτοιο εξοπλισμό δεν είναι διαθέσιμη στους λάτρεις των DIY. Για να ξεπεραστεί αυτό, υιοθετήθηκε μια καινοτόμος μέθοδος χρησιμοποιώντας μεθοδολογία DIY.

Το κύριο διαθέσιμο στοιχείο ήταν ένας "Περιστρεφόμενος βοηθητικός πίνακας"

Μια βάση με τρίποδο τοποθετήθηκε σε αυτό με μια ψηφιακή φωτογραφική μηχανή προς τα κάτω.

Τώρα, εάν ο αισθητήρας ρυθμού, το τροφοδοτικό, οι συσκευές μέτρησης εξόδου και ο αισθητήρας τυπικού ρυθμού θα μπορούσαν να τοποθετηθούν σε αυτήν την πλατφόρμα. Στη συνέχεια, ο πίνακας θα μπορούσε να περιστραφεί δεξιόστροφα, αριστερόστροφα και από εδώ και πέρα για να παρέχει διαφορετικές εισροές ρυθμού στον αισθητήρα. Ενώ κινείστε, όλα τα δεδομένα θα μπορούσαν να καταγραφούν ως ταινία στην ψηφιακή κάμερα και να αναλυθούν αργότερα για τη δημιουργία των αποτελεσμάτων της δοκιμής.

Έχοντας κάνει αυτό, τοποθετήθηκαν τα ακόλουθα στο τραπέζι:

Fluidic-Rate-Sensor

Κινητό τηλέφωνο-power-bank για παροχή τροφοδοσίας 5V στον αισθητήρα τιμών

Digitalηφιακό πολύμετρο για παρακολούθηση της τάσης εξόδου. Αυτό το πολύμετρο είχε μια σχετική λειτουργία που μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για μηδενισμό με μηδενικό ρυθμό.

Ένα παλμογράφο Λειτουργίας OTG τηλεφώνου Android που χρησιμοποιεί το υλικό «Gerbotronicd Xproto Plain» και την εφαρμογή Android «Oscilloscope Pro» από την «NFX Development» για να παρατηρήσει τις παραλλαγές σήματος.

Ένα άλλο τηλέφωνο Android που τρέχει την εφαρμογή "AndroidSensor" από το "Fiv Asim". Αυτό χρησιμοποιεί αδρανειακούς αισθητήρες τηλεφώνου για να εμφανίζει τις ταχύτητες βήματος. Χρησιμοποιώντας αυτό στον άξονα z δίνει μια τιμή αναφοράς για τον έλεγχο του υπό δοκιμή αισθητήρα Fluidic-rate Ε

Πραγματοποιήθηκε δοκιμή και αναφέρονται μερικές τυπικές περιπτώσεις δοκιμών:

CCW Z: +90 deg/sec πολύμετρο -0,931 V, παλμογράφος ~ -1,0 V

CW Z: -90 deg/sec πολυμέτρο +1,753 V, παλμογράφο ~ +1,8 V

Συντελεστής κλίμακας με βάση τον μέσο όρο αυτών των δύο 1,33 V για 100 βαθμούς/δευτερόλεπτο

Ημιτονοειδής δοκιμή Αναφορά τηλεφώνου Android p-p 208 deg/sec, το πολύμετρο δεν μπορεί να ανταποκριθεί σωστά, το παλμογράφο δείχνει περίοδο 1,8 sec, τάση p-p 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V

Βάσει αυτής της περιόδου 1,8 Sec αντιστοιχεί σε 200 deg/sec p-p

Συντελεστής κλίμακας 1,5 V για 100 βαθμούς/δευτερόλεπτο

Βήμα 5: ΠΕΡΙΛΗΗ

ΜΕΘΟΔΟΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΕΝΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ

Αρχικά δοκιμάστηκε μια μέθοδος τοποθέτησης αισθητήρων, παλμογράφου και αισθητήρα ταχύτητας αναφοράς στο περιστρεφόμενο τραπέζι και παρατήρησης δεδομένων, χειροκίνητα ή κάμερας από το πλάι. Αυτό ήταν μια αποτυχία λόγω θολών εικόνων και ανεπαρκούς χρόνου απόκρισης για να καταγράψει τιμές ένας παρατηρητής.

ΠΑΡΕΤΕ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΣΠΙΤΙ:

Ο Fluidic-Rate-Sensor που κατασκευάστηκε για αυτό το Instructable εξυπηρετεί το σκοπό της επίδειξης μιας έννοιας που είχε σκοπό να κάνει. Ωστόσο, ο αισθητήρας πρέπει να κατασκευαστεί με καλύτερη ακρίβεια εάν πρέπει να εξυπηρετήσει οποιονδήποτε πρακτικό σκοπό.

Η μέθοδος DIY για τον έλεγχο των αισθητήρων ρυθμού με τη χρήση περιστρεφόμενου τραπεζιού με όλο τον εξοπλισμό και τροφοδοτικό στο τραπέζι, συνιστάται για χρήση από την κοινότητα Instructable.