VÄTSKESENSOR: 5 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Har du märkt att när du flyttar en vattenslang från sida till sida drar vattenstrålen slangriktningen och anpassar sig till den när rörelsen stoppas. Bestämning av vattenstrålens vinkelböjning vid slangens utgång skulle ge ett mått på vinkelhastigheten i denna sidled.

Denna instruktion visar denna princip genom att konstruera en 'Fluidic Rate Sensor' med hjälp av 'Odds and Ends' som finns i mitt 'Home Lab'. Vätskan här är "luft".

En enkel metod för att testa denna "gyroskopiska sensor" utan att använda standard testutrustning presenteras också.

Tillbehör

1. En gammal CPU -fläkt
2. Myggavvisande flaska (tom och väl rengjord)
3. Kulspetspenna med enhetlig bakre rörformad sektion
4. Två små glödlampor från en serie dekorativa ljussträngar
5. Scotch-Brite scrub pad
6. Få elektroniska komponenter (se kretsschemat)

Steg 1: HUR DET FUNGERAR

De två bilderna ger en schematisk bild av den fysiska utformningen av en Fluidic sensor och teorin bakom det fysiska fenomenet.

I denna design är 'Air' den 'Fluid' som sugs genom ett munstycke med en liten CPU-fläkt. Luftstrålen träffar två uppvärmda glödtrådsfilament som bildar positionssensorn. En referensbro bildas av två motstånd.

Båda armarna på den fullständigt bildade helbron matas med en spänning V+.

Under stabila förhållanden kyler luftstrålen båda glödlamporna lika mycket, bron är balanserad och utspänningen är noll.

När det fysiska systemet utsätts för en vinkelhastighet, avböjer luftstrålen och en av glödtrådarna kyls mer än den andra. Detta ger en obalans till bron som leder till en utspänning.

Denna utspänning vid förstärkning ger ett mått på vinkelhastigheten.

Steg 2: KONSTRUKTION AV SENSOREN

FÖLJ STEGEN

1. Välj två glödlampor med liknande motstånd från ljussträngen. (Två glödlampor med 11,7 ohm motstånd valt)
2. Bryt försiktigt det yttre glaset och blottlägg filamenten.
3. Håll CPU-fläkten redo och kontrollera luftflödesriktningen vid en matningsspänning på 5 V. (Det är nödvändigt att bestämma detta eftersom fläkten måste användas i ett sugläge)
4. Skär ut botten av den myggavvisande flaskan med en vass kniv.
5. Skär bort toppen av flasklocket och bara avslöja den främre rörformade delen.
6. Ta isär kulspetspenna och skär bort den nedre änden. Detta bör ge ett enhetligt rör som skulle bilda munstycket för sensorn.
7. Sätt in röret i flasklocket.
8. Gör två små hål i flaskkroppen som visas på bilden. Detta bör vara lämpligt för att fixera glödlamptrådarna diametralt motsatta varandra.
9. Fixera locket, skjut röret till en lämplig längd strax utanför glödlampans filamenthål.
10. Sätt nu in glödlamptrådarna i hålen och rikta in dem så att filamenten precis kommer in i periferin på röränden som visas. Fäst glödlampa-filamentkroppen på flaskkroppen med varmt lim. (Så symmetrisk en placering som möjligt bör försökas.)
11. Fäst CPU-fläkten på baksidan av flaskhuset (botten) med hjälp av lim i kanterna. Fläkten måste monteras så att en av de plana delarna är parallella med glödlampans filament.
12. Se till att fläktbladen roterar smidigt och när den drivna luften sugs ut från baksidan så att en luftstråle bildas genom pennkroppen.

Den grundläggande sensorenheten är nu monterad och klar för testning

Denna instruktör möjliggjordes av en speciell omständighet av matchande delar:

Att välja delar till denna instruktör gjordes från "oddsen och ändarna" i mitt "hemlabb". CPU-fläktstorleken matchade exakt den myggavvisande bottendiametern. Kulspetspenns bakre del som ett rör passade tätt in i flaskhylsans rördel och stegformarna i flaskdiametern var lämpliga för fixering av glödlamporna. En delvis sammansmält dekorativ ljussträng var tillgänglig. Allt stämde exakt!

Steg 3: INITIAL TESTING & CIRCUIT SCHEMATIC

Initial testning utfördes genom att tillhandahålla en 5V-matning till CPU-fläkten och spänningsexciteringen till glödlampa-filamenthalvbryggan.

En Android-telefon med AndroSensor-applikationen förvarades bredvid hastighetssensormaskinvaran och båda roterades sinusformat för hand.

'AndroSensor' GYRO grafisk display visar sinusformat hastighetsmönster. Samtidigt övervakas lågnivåbryggan på ett oscilloskop.

+/- 5 mV signal observerades för +/- 100 deg/sek hastighet.

Den elektroniska kretsen förstärker detta med 212 för att ge utsignalen.

Problemlösning

Utgången hade en betydande brusnivå även vid nollhastighet. Detta diagnostiserades på grund av ostadigt luftflöde i systemet. För att övervinna detta infördes en cirkulär bit Scotch-Brite mellan fläkten och glödlampselementen och en annan vid ingångsspetsen på kulspetsröret. Detta gjorde stor skillnad.

Schematisk

Med hänvisning till schemat:

5 V matas till CPU-fläkten

5 V matas också till kombinationen 68 Ohm - Bulb - Bulb - 68 Ohm. kondensatorn C3 filtrerar motorstörningen till glödlamporna

5 V filtreras också av en induktor-kondensator-kombination innan den tillhandahålls som en matning till OP-AMP

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP används för den aktiva kretsen.

U1B är en enhetsförstärkningsbuffert för 2,5 V referensförsörjning

U1A är en 212 förstärkningsförstärkare med ett lågpassfilter för sensorbronsignalen

Potentiometer R1 används för att nollställa den fullständiga bryggan som bildas av potentialdelaren och sensorseriekedjan med nollhastighet.

Steg 4: ENKEL RATE-SENSOR TEST INSTÄLLNING

STANDARD UTRUSTNING

Standardutrustning för tester av sensorer inkluderar en motoriserad "hastighetstabell" som tillhandahåller programmerbara rotationshastigheter. Sådana tabeller är också försedda med flera "slip-ringar" så att ingång-utsignaler och strömförsörjning för enheten under test kan tillhandahållas.

I t.ex. installation är endast taktsensorn monterad på bordet och annan mätutrustning och strömförsörjning placeras på ett bord vid sidan av.

MIN LÖSNING

Tyvärr är tillgång till sådan utrustning inte tillgänglig för DIY -entusiaster. För att övervinna detta antogs en innovativ metod med hjälp av DIY -metodik.

Det primära objektet som var tillgängligt var ett 'roterande sidobord'

Ett stativstativ monterades på detta med en nedåtgående digitalkamera.

Nu, om taktsensorn, strömförsörjningen, utgångsmätanordningarna och standardfrekvenssensorn skulle kunna monteras på denna plattform. Sedan kan bordet roteras medsols, moturs och fram och tillbaka för att ge sensorn olika hastighetsingångar. Under rörelse kunde alla data spelas in som en film på digitalkameran och analyseras senare för att generera testresultaten.

Efter att ha gjort detta monterades följande på bordet:

Fluidic-Rate-Sensor

Mobiltelefon-power-bank för att ge 5V-försörjning till taktsensorn

En digital multimätare för att observera utspänningen. Denna multimätare hade ett relativläge som kan användas för nollställning med nollhastighet.

Ett oscilloskop i OTG -läge för Android -telefoner med hårdvaran "Gerbotronicd Xproto Plain" och "Oscilloscope Pro" Android -applikation från "NFX Development" för att observera signalvariationer.

En annan Android-telefon som kör "AndroidSensor" -appen från "Fiv Asim". Denna använder telefonens tröghetssensorer för att visa tonhastigheterna. Med hjälp av detta i z-axeln ger du ett referensvärde för att testa Fluidic-rate-sensorn som testas.

Testet utfördes och några typiska testfall rapporteras:

CCW Z: +90 deg/sek multimeter -0.931 V, oscilloskop ~ -1.0 V

CW Z: -90 grader/sek multimätare +1,753 V, oscilloskop ~ +1,8 V

Skalfaktor baserad på genomsnittet av dessa två 1,33 V för 100 grader/sek

Sinusformat test Android Telefonreferens p-p 208 grader/sek, multimätaren kan inte svara korrekt, oscilloskop visar 1,8 sek period, p-p spänning 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V

Baserat på denna 1,8 sek period motsvarar 200 deg/sek p-p

Skalfaktor 1,5 V för 100 grader/sek

Steg 5: SAMMANFATTNING

Misslyckad testmetod

Inledningsvis testades en metod för att montera sensorer, oscilloskop och referenshastighetssensor på det roterande bordet och observera data, manuellt eller med hjälp av en kamera från sidan. Detta var ett misslyckande på grund av suddiga bilder och otillräcklig svarstid för en mänsklig observatör att registrera värden.

TA HEM OBSERVATIONER:

Fluidic-Rate-Sensorn som är konstruerad för denna Instructable tjänar syftet att demonstrera ett koncept som den tänkte göra. Sensorn måste dock byggas med bättre precision om den måste tjäna något praktiskt syfte.

DIY-metoden för hastighetssensortestning med hjälp av ett roterande bord med all utrustning och strömförsörjning på bordsskivan rekommenderas för användning av instruktionssamhället.