Бага зардалтай реометр: 11 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:00

Энэхүү зааварчилгааны зорилго нь шингэний зуурамтгай чанарыг туршилтаар олохын тулд бага өртөгтэй реометрийг бий болгох явдал юм. Энэхүү төслийг Браун их сургуулийн бакалавр, бакалаврын оюутнуудын баг Механик системийн чичиргээ ангид бүтээжээ.

Реометр бол шингэний зуурамтгай чанарыг хэмжихэд ашигладаг лабораторийн төхөөрөмж юм. Шингэн дотор живсэн чичиргээний системийн хариу урвалыг хэмжих замаар шингэний зуурамтгай чанарыг хэмжих боломжтой реометрүүд байдаг. Хямд өртөгтэй реометрийн төсөлд бид янз бүрийн давтамжтай хариултыг хэмжихийн тулд чанга яригч дээр хавсаргасан бөмбөрцөг, булагнаас чичиргээт системийг бий болгосон. Энэхүү хариултын муруйгаас та шингэний зуурамтгай чанарыг олж мэдэх боломжтой.

Хангамж:

Шаардлагатай материал:

Орон сууцны угсралт:

• Бөөмийн самбар (11 '' W x 9 '' H) (энд) $ 1.19
• 12 x 8-32 x 3/4 "Hex head screws (here) $ 9.24 tot
• 12 x 8-32 Hex самар (энд) 8.39 доллар
• 4 x 6-32 x ½’’ Hex head screw (энд) 9.95 доллар
• 4 x 6-32 Hex самар (энд) $ 5.12
• 9/64 "Аллен түлхүүр (энд) $ 5.37

Электроник:

• 12V цахилгаан хангамж (энд) $ 6.99
• Өсгөгч (энд) $ 10.99
• Aux Cable (энд) $ 7.54
• Холбогч утас (доороос үзнэ үү)
• Аллигаторын клипүүд (энд) $ 5.19
• Илтгэгч (энд) $ 4.25
• Screw Driver (энд) $ 5.99

Хавар ба хүрээг тохируулах:

• 3D принтерийн давирхай (хувьсах)
• 2 x акселерометр (бид үүнийг ашигласан) $ 29.90
• 10 ширхэг эмэгтэй эрэгтэй солонго кабель (энд) $ 4.67
• 12 х эрэгтэй-солонго кабель (энд) $ 3.95
• Arduino Uno (энд) $ 23.00
• USB 2.0 кабель А -аас В хүртэл (энд) $ 3.95
• Талхны самбар (энд) 2.55 доллар
• Шахалтын булаг (бид эдгээрийг ашигласан) ??
• 2 x Тусгай холбогч (3D хэвлэсэн)
• 2 x ⅜’’-16 Hex самар (энд) 1.18 доллар
• 4 x 8-32 шураг тохируулах (энд) $ 6.32
• 4 x ¼’’-20 Hex самар (Хөнгөн цагаан) (энд) 0.64 доллар
• 2 x ¼’’-20’’ Урсдаг саваа (Хөнгөн цагаан) (энд) 11.40 доллар
• 7/64 "Аллен түлхүүр
• 5/64 "Аллен түлхүүр
• 4 x 5x2mm 3/16’’x1/8 '' эрэг (энд) $ 8.69

Бусад

• Хуванцар аяга (энд) $ 6.99
• Зуурамтгай чанарыг шалгах шингэн (бид каро сироп, ногооны глицерин, Хершейн шоколадны сиропыг туршиж үзсэн)

НИЙТ ЗАР: $ 183.45*

*3D принтерийн давирхай эсвэл шингэнийг оруулаагүй болно

Багаж хэрэгсэл

• Лазер таслагч
• 3D принтер

Програм хангамж хэрэгтэй

• МАТЛАБ
• Ардуино

Файл ба код:

• Орон сууцны угсралтын Adobe Illustrator файл (Rheometer_Housing.ai)
• Чанга яригч хянагч GUI (ENGN1735_2735_Vibrations_Lab_GUI_v2.mlapp)
• Arduino реометрийн файл (rheometer_project.ino)
• Бөмбөрцгийн торон файлууд (cor_0.9cmbody.stl ба cor_1.5cmbody.stl)
• Custom Connector ASCII геометрийн файл (Connector_File.step)
• MATLAB код 1 (ff_two_signal.m)
• MATLAB код 2 (accelprocessor_foruser.m)
• MATLAB код 3 (rheometer_foruser.m)

Алхам 1: 1 -р хэсэг: Тохируулах

Туршилтын платформыг хэрхэн тохируулах талаар.

Алхам 2: 3D хэвлэх ба лазераар бүх эд ангиудыг хайчилж ав (захиалгат холбогч, бөмбөрцөг, орон сууц)

Алхам 3: Электроникийг доор үзүүлсэн шиг холбоно уу

Анхаарах чухал зүйл: Энэ хэсгийн бүх алхамыг дуустал цахилгаан тэжээлийг залгуурт бүү залгаарай! ӨӨРЧЛӨЛТ ХИЙХЭЭР ЭРЧИМ ХҮЧНИЙ ХАНГАМЖИЙГ ҮРГЭЛЖ ХАГАЛААРАЙ.

Эхлэхийн тулд өсгөгчийг бариулыг өөр тийш харуулан байрлуулсан эсэхийг шалгаарай. Торон хавчаар болон холбогч утаснуудыг өсгөгчийн зүүн доод гар терминалуудтай холбоно уу. Цахилгааны утас болон түүний холбогч утсыг өсгөгчийн зүүн дээд талын терминалуудад холбоно уу. Утасны тээглүүрийг бэхлэхийн тулд терминалын холболтын төгсгөлийг шургуул. Эерэг ба сөрөг терминалууд нь өсгөгч дээрх хавчаарууд болон матрын хавчаарыг чанга яригчтай зөв холбосон эсэхийг шалгаарай. Эдгээр хоёр клип хоорондоо холбоо барихгүй байгаа эсэхийг шалгаарай.

Алхам 4: GUI тохируулах

Электроникийг тохируулсны дараа бид GUI -ийг туршиж үзэх боломжтой бөгөөд энэ нь чанга яригчийг жолоодох, шингэндээ живсэн чичиргээний системийг бий болгох боломжийг олгоно. Чанга яригчийг манай компьютерийн аудио гаралтын систем хянах болно. MATLAB болон дээр дурдсан GUI кодыг татаж эхэл. ТАЙЛБАР: LED гэрлийн тохиргоо байдаг бөгөөд үүнийг ашиглахгүй бөгөөд үүнийг үл тоомсорлох ёстой.

MATLAB -ийг нээсний дараа тушаалын цонхонд "info = audiodevinfo" гэсэн зүйлийг ажиллуулаад "гаралт" сонголтыг давхар товшино уу. Гадаад чихэвч/чанга яригчийн ID дугаарыг олоорой. Энэ нь таны машинаас хамааран "Чанга яригч / чихэвч…" эсвэл "Гадаад …" эсвэл "Оруулсан гаралт …" гэх мэт байх болно. "Гадаад чанга яригчийн ID" -г энэ ID дугаар руу тохируулна уу.

Одоо манай систем зөв тохируулагдсан эсэхийг шалгая. БҮХ АРГА ХЭРЭГТЭЭ КОМПЬЮТЕРИЙН ДУГААРЫГ ДЭЭРЭЭРЭЙ. Аудио кабелийг компьютерээсээ салгаад оронд нь чихэвчний багцыг залгаарай Бид сэгсрэгчид дохио илгээх GUI холболтыг шалгана. Доор үзүүлсэн шиг текстийн талбарт жолооны давтамжийг 60 Гц гэж оруулна уу. (Энэ талбар нь 150 Гц хүртэлх утгыг хүлээн авдаг). Энэ бол таны тохиргоог хийх давтамж юм. Дараа нь жолооны далайцыг ойролцоогоор 0.05 хүртэл гулсуулна уу. Дараа нь "Системийг асаах" товчийг дарж чихэвч рүү дохио илгээнэ үү. Энэ нь таны чихэвчний аль нэг сувгийг (зүүн эсвэл баруун) ажиллуулах болно. Дуу сонсогдох хүртэл компьютерийнхээ дууг чангална уу. "Системийг унтраах" товчийг дарж, дуут дохио сонсогдож, дууг тоглуулахаа больсон эсэхийг шалгаарай. Ажиллаж байх үед системийн давтамж эсвэл жолоодлогын далайцыг өөрчлөхийн тулд "Тохиргоог шинэчлэх" товчийг дарна уу.

Алхам 5: Чичиргээтэй масс чуулганыг үүсгэнэ үү

Бид одоо шингэндээ живүүлэх чичиргээт массын системийг угсарч эхэлнэ. Энэ алхам дахь акселерометрийг үл тоомсорлож, бөмбөрцөг, холбогч, зургаан өнцөгт самар, хавар угсрахад анхаарлаа хандуулаарай. Тохируулсан боолт ба 5/64 инчийн Аллен Түлхүүр бүхий тусгай холбогч бүрт ган зургаан өнцөгт самар бэхлээрэй. Эдгээрийн аль нэгийг бөмбөрцөгт хөнгөн цагаан зургаан өнцөгт самар, хөнгөн цагаан урсгалтай саваагаар холбоно уу. Дээр үзүүлсэн шиг хоёуланг нь холино. Эцэст нь хоёр дахь урсгалтай саваа дээд холбогч руу шургуулж, хөнгөн цагаан зургаан өнцөгт самар дээр хэсэгчлэн шургуулна.

Алхам 6: Accelerometers & Arduino нэмнэ үү

Дээрх диаграмыг ашиглан arduino -г акселерометрт холбоно уу. Солонго урт кабелийг бий болгохын тулд эрэгтэй эрэгтэй утсыг (диаграммд цагаан, саарал, нил ягаан, цэнхэр, хар гэж дүрсэлсэн) ашиглаж, эмэгтэй эрэгтэй утсыг (улаан, шар, улбар шар, ногоон, хүрэн). Хоёрдахь төгсгөл нь акселерометртэй холбогдох болно. "GND" (Ground) ба "VCC" (3.3 вольт) хурдатгал хэмжигчийн портууд талхны самбартай таарч байгаа бөгөөд "X" порт нь Arduino дахь A0 ба A3 портуудтай таарч байгаа эсэхийг шалгаарай.

Эцсийн хурдатгал хэмжигчийг 5x3mm 3/16’’x1/8 '' эрэг ашиглан чичиргээт массын угсралтад холбоно уу. Arduino кодыг ажиллуулахын тулд та TOP хурдасгуурыг A0 ба BOTTOM хурдатгал хэмжигчийг A3 руу холбосон эсэхийг шалгах хэрэгтэй.

Arduino -ийг өөрөө тохируулахын тулд эхлээд arduino програмыг компьютер дээрээ татаж аваарай. USB 2.0 кабель ашиглан Arduino -г компьютерт холбоно уу. Өгөгдсөн файлыг нээх эсвэл хуулж аваад шинэ файл руу буулгана уу. Дээд талын самбар дээрх хэрэгсэл рүү очоод Arduino Uno -г сонгохын тулд "Board:" дээр дарна уу. Нэг доошоо "Порт" дээр гүйлгээд Arduino Uno -г сонгоно уу.

Алхам 7: Эцсийн системийг тохируулна уу

Суулгах эцсийн алхам-бүгдийг нэгтгэх! Эхлээд матрын хавчаарыг чанга яригчаас салгаж, чанга яригчийг 6-32 x ½ '' Hex толгойн эрэг, 6-32 зургаан өнцөгт самар, 9/64 инч Аллен түлхүүрээр бэхэлгээний дээд хэсэгт шургуулна. Дараа нь чичиргээт массын угсралтыг (акселерометрийн хамт) чанга яригч руу шургуулна. Хамгийн сайн үр дүнд хүрэхийн тулд акселерометрийн утсыг орооцолдуулахгүйн тулд чанга яригчийг эргүүлэхийг зөвлөж байна. Хөнгөн цагаан зургаан өнцөгт самар ашиглан чанга яригч руу массыг чангална.

Эцэст нь орон сууцны угсралтын гурван талыг дээд талд нь зүснэ. Орон сууцны угсралтыг 8-32 x 3/4 инчийн зургаан өнцөгт боолт, 8-32 зургаан өнцөгт самар ашиглан бэхлэнэ. Эцэст нь матрын хавчаарыг чанга яригч руу дахин холбоно уу. Та туршилтыг эхлүүлэхэд бэлэн байна!

Өөрийн хүссэн шингэнээ сонгож, хуванцар аягаа бөмбөрцөг бүрэн живэх хүртэл дүүргэнэ. Та бөмбөрцөгийг хэсэгчлэн живүүлэхийг хүсэхгүй байгаа боловч шингэн нь хөнгөн цагаан зургаан өнцөгт самарт хүрэх хүртэл бөмбөрцгийг живүүлэхгүй байхыг анхаарна уу.

Алхам 8: 2 -р хэсэг: Туршилтыг ажиллуулах

Бид угсралтаа дуусгасны дараа өгөгдлөө бүртгэх боломжтой боллоо. Та тогтоосон жолоодлогын далайцаар 15 - 75 Гц давтамжийг давах болно. Бид 5 Гц давтамжтайгаар нэмэгдүүлэхийг зөвлөж байна, гэхдээ илүү нарийвчлалтай үр дүнд хүрэхийн тулд үүнийг өөрчилж болно. Arduino нь csv файлд бичих чанга яригч (дээд хурдатгал хэмжигч) болон бөмбөрцөг (доод хурдатгал хэмжигч) -ийг хоёуланг нь бүртгэдэг. Өгөгдсөн MATLAB код 1 ба 2 нь csv-ийн утгыг тусдаа багана болгон уншиж, дохиог дуугүй болгохын тулд хоёр дохиолол бүхий Fourier хувиргалтыг хийж, дээд ба доод акселерометрийн далайцын харьцааг хэвлэнэ. MATLAB Code 3 нь эдгээр далайцын харьцаа болон анхны таамагласан зуурамтгай чанарыг хүлээн зөвшөөрч, туршилтын болон тооцоолсон харьцааг давтамжтай харьцуулах болно. Таасан зуурамтгай чанараа өөрчилж, энэхүү таамаглалыг туршилтын өгөгдөлтэй харьцуулж үзээд шингэнийхээ зуурамтгай чанарыг тодорхойлох боломжтой болно.

MATLAB кодын дэлгэрэнгүй тайлбарыг хавсаргасан техникийн баримт бичгээс үзнэ үү.

Алхам 9: Өгөгдлийг CSV -д бүртгэх

Өгөгдөл бичиж эхлэхийн тулд эхлээд 1 -р хэсэгт тайлбарласны дагуу тохиргоогоо хийж дуусгасан эсэхийг шалгаарай. Өсгөгчийг цахилгаан залгуурт залгасан эсэхийг шалгаарай. Баруун дээд буланд байгаа "Байршуулах" товчийг дарж Arduino кодыг төхөөрөмждөө оруулна уу. Үүнийг амжилттай байршуулсны дараа "Хэрэгслүүд" рүү очоод "Цуваа дэлгэц" -ийг сонгоно уу. Serial Monitor эсвэл Serial Plotter -ийг нээхдээ baudd дугаар нь кодын (115200) бооддын тоотой тэнцүү байгаа эсэхийг шалгаарай. Та дээд ба доод хурдатгалын хэмжигдэхүүний хоёр өгөгдөл үүсгэж байгааг харах болно.

MATLAB GUI -ийг нээгээд туршилтынхаа жолоодлогын далайцыг сонгоно уу (бид 0.08 ампер ба 0.16 ампер ашигласан). Та 15 - 75 Гц давтамжтайгаар 5 Гц тутамд өгөгдлийг бүртгэх болно (нийт өгөгдлийн 13 багц). Жолооны давтамжийг 15 Гц болгож тохируулаад "Системийг асаах" дээр дарж системийг асаана уу. Энэ нь таны чанга яригчийг асааж, бөмбөрцөг үүсгэж, дээш, доош чичиргээ өгөх болно. Arduino Serial Monitor руу буцаж очоод "Гаралтыг арилгах" дээр дарж шинэ мэдээлэл цуглуулж эхлээрэй. Үүнийг 6 секундын турш ажиллуулаад Arduino -г компьютерээсээ салга. Цуваа монитор нь бичлэгийг зогсоох бөгөөд энэ нь csv файл руу 4, 500-5000 орчим өгөгдлийг гараар хуулж, буулгах боломжийг танд олгоно. Өгөгдлийн хоёр баганыг хоёр тусдаа баганад хуваана (Багана 1 ба 2). Энэ csv -ийг "15hz.csv" гэж нэрлэ.

Arduino -г компьютер дээрээ буцааж залгаарай (Портийг дахин тохируулахаа мартуузай) ба энэ процессыг 20 Гц, 25 Гц,… 75 Гц давтамжтайгаар давтаж CSV файлуудын нэрлэх дүрмийг дагаж мөрдөөрэй. Эдгээр файлыг MATLAB хэрхэн уншдаг талаар нэмэлт мэдээллийг техникийн баримт бичгээс үзнэ үү.

Хэрэв та давтамж шилжүүлэх явцад далайцын харьцааны өөрчлөлтийг ажиглахыг хүсч байвал Arduino Serial Plotter -ийг ашиглан энэ ялгааг нүдээр харж болно.

Алхам 10: MATLAB кодыг ашиглан өгөгдлөө боловсруулна уу

Туршилтын өгөгдлийг CSV файл хэлбэрээр олж авсны дараа дараагийн алхам бол өгөгдлийг боловсруулахад бидний өгсөн кодыг ашиглах явдал юм. Кодыг ашиглах талаар дэлгэрэнгүй заавар, үндсэн математикийн тайлбарыг манай техникийн баримт бичгээс үзнэ үү. Зорилго нь дээд ба доод акселерометрийн хурдатгалын далайцыг олж, дараа нь доод далайцын дээд далайцтай харьцуулсан харьцааг тооцоолох явдал юм. Энэ харьцааг жолоодлогын давтамж бүрт тооцоолно. Дараа нь харьцааг жолоодлогын давтамжийн функц болгон харуулав.

Энэ талбайг олж авсны дараа шингэний зуурамтгай чанарыг тодорхойлохын тулд өөр багц кодыг (техникийн баримт бичигт дахин нарийвчилсан) ашиглана. Энэ код нь хэрэглэгчээс зуурамтгай чанарын анхны таамаглалыг оруулахыг шаарддаг бөгөөд энэ анхны зуурамтгай чанараас доогуур байх нь маш чухал тул маш бага зуурамтгай чанарыг таах хэрэгтэй, эс тэгвээс код зөв ажиллахгүй болно. Код нь туршилтын өгөгдөлд нийцсэн зуурамтгай чанарыг олсны дараа доор үзүүлсэн шиг схемийг гаргаж, зуурамтгай байдлын эцсийн утгыг харуулна. Туршилтыг дуусгасанд баяр хүргэе!

Алхам 11: Файлууд

Эсвэл:

drive.google.com/file/d/1mqTwCACTO5cjDKdUSCUUhqhT9K6QMigC/view?usp=sharing