Ածր ծախսվող ռեոմետր ՝ 11 քայլ (նկարներով)

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Այս հրահանգի նպատակը հեղուկի մածուցիկությունը փորձնականորեն գտնելու համար ցածր գնով ռետրոմետր ստեղծելն է: Այս նախագիծը ստեղծվել է Բրաունի համալսարանի մագիստրատուրայի և ասպիրանտների թիմի կողմից `« Մեխանիկական համակարգերի թրթռում »դասում:

Ռեոմետրը լաբորատոր սարք է, որն օգտագործվում է հեղուկների մածուցիկությունը չափելու համար (որքան հեղուկը հաստ կամ կպչուն է. Ջուրն ընդդեմ մեղրի): Կան որոշակի ռետրոմետրեր, որոնք կարող են չափել հեղուկների մածուցիկությունը ՝ չափելով հեղուկի մեջ ընկղմված թրթռացող համակարգի արձագանքը: Այս էժան ռեոմետրերի նախագծում մենք ստեղծեցինք թրթռացող համակարգ բարձրախոսից ամրացված ոլորտից և աղբյուրից `տարբեր հաճախականությունների արձագանքը չափելու համար: Այս արձագանքի կորից կարող եք գտնել հեղուկի մածուցիկությունը:

Պարագաներ:

Անհրաժեշտ նյութեր.

Բնակարանային ժողով.

• Մասնիկների տախտակ (11 '' X x 9 '' H) (այստեղ) $ 1.19
• 12 x 8-32 x 3/4 '' Վեցանկյուն գլխի պտուտակներ (այստեղ) $ 9.24 տոտալ
• 12 x 8-32 Վեցանկյուն ընկույզ (այստեղ) 8,39 դոլար
• 4 x 6-32 x ½’’ Վեցանկյուն գլխի պտուտակ (այստեղ) $ 9.95
• 4 x 6-32 Վեցանկյուն ընկույզ (այստեղ) $ 5.12
• 9/64 "Allen Key (այստեղ) $ 5.37

Էլեկտրոնիկա:

• 12 Վ էլեկտրամատակարարում (այստեղ) 6,99 դոլար
• Ուժեղացուցիչ (այստեղ) $ 10.99
• Aux Cable (այստեղ) 7.54 դոլար
• Jumper Wire (տես ստորև)
• Alligator Clips (այստեղ) $ 5.19
• Բարձրախոս (այստեղ) 4.25 դոլար
• Պտուտակահան (այստեղ) $ 5.99

Գարնանային և ոլորտի տեղադրում.

• 3D տպիչի խեժ (փոփոխական)
• 2 x արագացուցիչ (մենք դրանք օգտագործում էինք) 29,90 դոլար
• 10 x կին-տղամարդ ծիածանի մալուխներ (այստեղ) $ 4.67
• 12 x արու-տղամարդ ծիածանի մալուխներ (այստեղ) $ 3.95
• Arduino Uno (այստեղ) $ 23.00
• USB 2.0 մալուխ A- ից B (այստեղ) $ 3.95
• Հացի տախտակ (այստեղ) 2,55 դոլար
• Կոմպրեսիոն զսպանակներ (մենք դրանք օգտագործում էինք) ??
• 2 x Պատվերով միակցիչներ (3D տպագիր)
• 2 x ⅜’’-16 վեցանկյուն ընկույզ (այստեղ) 1.18 դոլար
• 4 x 8-32 պտուտակներ (այստեղ) 6,32 դոլար
• 4 x ¼’’-20 Hex ընկույզ (ալյումին) (այստեղ) $ 0.64
• 2 x ¼’’-20’’ թելերով ձող (ալյումին) (այստեղ) $ 11.40
• 7/64 '' Ալեն Բեյ
• 5/64 '' Ալեն Բեյ
• 4 x 5x2 մմ 3/16’’x1/8’’ պտուտակներ (այստեղ) $ 8.69

Այլ

• Պլաստիկ բաժակ (այստեղ) 6,99 դոլար
• Մածուցիկության ստուգման համար հեղուկ (մենք փորձարկել ենք կարո օշարակ, բուսական գլիցերին, Հերշեյի շոկոլադե օշարակ)

ԸՆԴԱՄԵՆԸ ԱՐOSTԵՔ ՝ 183,45 $*

*չի ներառում 3D տպիչի խեժ կամ հեղուկ

Գործիքներ

• Լազերային Դանակ
• 3D տպիչ

Անհրաժեշտ է ծրագրային ապահովում

• MATLAB
• Արդուինո

Ֆայլեր և ծածկագիր.

• Adobe Illustrator ֆայլ բնակարանային հավաքման համար (Rheometer_Housing.ai)
• Speaker Controller GUI (ENGN1735_2735_Vibrations_Lab_GUI_v2.mlapp)
• Arduino Rheometer ֆայլ (rheometer_project.ino)
• Գնդի ցանցի ֆայլեր (cor_0.9cmbody.stl և cor_1.5cmbody.stl)
• Custom Connector ASCII երկրաչափական ֆայլ (Connector_File.step)
• MATLAB կոդ 1 (ff_two_signal.m)
• MATLAB կոդ 2 (accelprocessor_foruser.m)
• MATLAB կոդ 3 (rheometer_foruser.m)

Քայլ 1: Մաս 1: Կարգավորում

Ինչպես կարգավորել փորձարարական հարթակը:

Քայլ 2. 3D տպագրություն և լազերային կտրում բոլոր մասերը (հարմարեցված միակցիչներ, ոլորտներ և բնակարան)

Քայլ 3: Միացրեք էլեկտրոնիկան, ինչպես ցույց է տրված ստորև

Կարևոր է նշել. Մի միացրեք հոսանքի աղբյուրը վարդակին, մինչև այս բաժնի բոլոր քայլերը չավարտվեն: ՄԻՇՏ ՄԻԵԼ PԱՆԿԱԱ ՓՈՓՈԽՈԹՅՈՆՆԵՐԻ ՀԵՏ ԷԼԵԿՏՐԱՄԱՌՈՅԸ:

Սկսելու համար համոզվեք, որ ուժեղացուցիչը տեղադրված է կողպեքը դեպի կողմ: Միացրեք ալիգատորների սեղմիչներն ու ցատկող լարերը ուժեղացուցիչի ձախ ներքևի տերմինալներին: Կցեք հոսանքի լարը և դրա թռիչքային մետաղալարը ուժեղացուցիչի ձախ վերևի տերմինալներին: Պտուտակով փակեք տերմինալի միացման ծայրերը `մետաղալարերի կապումներն ամրացնելու համար: Համոզվեք, որ դրական և բացասական տերմինալները պատշաճ կերպով համընկնում են բարձրախոսին ամրացնող և սեղմիչ ալիգատորների սեղմակների տերմինալների հետ: Համոզվեք, որ այս երկու տեսահոլովակները չեն շփվում:

Քայլ 4: Կարգավորեք GUI- ը

Այժմ, երբ էլեկտրոնիկան տեղադրված է, մենք կարող ենք փորձարկել GUI- ն, որը թույլ կտա մեզ վարել բարձրախոսը և ստեղծել հեղուկի մեջ ընկղմված թրթռացող համակարգը: Բարձրախոսը կառավարվելու է մեր համակարգչում գտնվող աուդիո ելքի համակարգով: Սկսեք ներբեռնելով MATLAB- ը և վերը ներառված GUI կոդը: Ո NOTՇԱԴՐՈԹՅՈՆ. Կան LED լուսարձակների կարգավորումներ, որոնք չեն օգտագործվի և պետք է անտեսվեն:

MATLAB- ը բացելուց հետո հրամանի պատուհանում գործարկեք հետևյալը ՝ «info = audiodevinfo» և կրկնակի կտտացրեք «ելք» տարբերակին: Գտեք արտաքին ականջակալներ/բարձրախոս տարբերակի ID համարը: Դա կլինի «Բարձրախոս / ականջակալներ» կամ «Արտաքին…» կամ «Ներկառուցված ելք…»-ի նման բան ՝ կախված ձեր սարքից: Այս արտաքին համարին սահմանեք «Արտաքին խոսնակի ID»:

Հիմա եկեք ստուգենք, որ մեր համակարգը ճիշտ է տեղադրված: ՇԱՐ TԵԼ ՁԵՐ ՀԱՄԱԿԱՐԳՉԱՅԻՆ OLԱՎԱԼԸ Ամբողջ ճանապարհով: Անջատեք Աուդիո մալուխը ձեր համակարգչից և փոխարենը միացրեք ականջակալների հավաքածու: Մենք փորձարկելու ենք GUI- ի միացումը `թափահարողին ազդանշան ուղարկելու համար: Տեքստային դաշտում մուտքագրեք 60 Հց որպես շարժիչ հաճախականություն, ինչպես ցույց է տրված ստորև: (Այս դաշտը ընդունում է մինչև 150 Հց արժեքներ): Սա ձեր տեղադրման պարտադրող հաճախականությունն է: Այնուհետև սահեցրեք շարժիչային ամպլիտուդը մինչև մոտավորապես 0,05 արժեք: Այնուհետև, սեղմեք «Միացնել համակարգը» կոճակը ՝ ականջակալներին ազդանշան ուղարկելու համար: Սա կխթանի ձեր ականջակալների ալիքներից մեկը (ձախ կամ աջ): Բարձրացրեք համակարգչի ձայնը մինչև ձայն լսելը: Կտտացրեք «Անջատել համակարգին», երբ լսելի հնչողություն է լսվում և համոզվեք, որ ձայնը դադարում է նվագարկվել: Ձեր համակարգի հաճախականությունը կամ շարժման ամպլիտուդը փոխելու համար սեղմեք «Թարմացնել կարգավորումները» կոճակը:

Քայլ 5: Ստեղծեք թրթռացող զանգվածի հավաք

Այժմ մենք կսկսենք հավաքել թրթռացող զանգվածային համակարգը, որը մենք կխեղդենք մեր հեղուկի մեջ: Այս քայլում անտեսեք արագացուցիչները և կենտրոնացեք գնդի, միակցիչների, վեցանկյուն ընկույզների և զսպանակի հավաքման վրա: Ապահովեք պողպատե վեցանկյուն ընկույզ յուրաքանչյուր սովորական միակցիչում `պտուտակներով և 5/64 '' Ալենի բանալիով: Դրանցից մեկը գնդին միացրեք ալյումինե վեցանկյուն ընկույզով և ալյումինե թելերով ձողով: Միավորել երկուսն էլ, ինչպես ցույց է տրված վերևում: Վերջապես, երկրորդ պտուտակավոր ձողը պտուտակեք վերին միակցիչի մեջ և մասամբ պտուտակեք ալյումինե վեցանկյուն ընկույզի վրա:

Քայլ 6: Ավելացրեք արագացուցիչներ և Arduino

Օգտագործելով վերևի դիագրամը, միացրեք arduino- ն արագացուցիչ սարքերին: Երկար ծիածանի մալուխներ ստեղծելու համար օգտագործեք արու-արական լարերը (նկարում պատկերված է որպես սպիտակ, մոխրագույն, մանուշակագույն, կապույտ և սև) և միացրեք դրանք իգական-արական լարերին (կարմիր, դեղին, նարնջագույն, կանաչ և շագանակագույն) Երկրորդ ծայրը կմիանա արագացուցիչ սարքերին: Համոզվեք, որ «GND» (Ground) և «VCC» (3.3 Վոլտ) արագացուցիչի նավահանգիստները համընկնում են սեղանի սեղանին, և որ «X» նավահանգիստը համապատասխանում է Arduino- ի A0 և A3 նավահանգիստներին:

Կցեք վերջնական արագացուցիչները Թրթռման զանգվածի հավաքածուին ՝ օգտագործելով 5x3 մմ 3/16’’x1/8’’ պտուտակներ: Դուք պետք է համոզվեք, որ TOP արագացուցիչը միացված է A0- ին, իսկ BOTTOM արագաչափը ՝ A3- ին, որպեսզի Arduino կոդը աշխատի:

Arduino- ն ինքնին կարգավորելու համար նախ ներբեռնեք arduino ծրագիրը ձեր համակարգչին: Միացրեք Arduino- ն ձեր համակարգչին ՝ օգտագործելով USB 2.0 մալուխը: Բացեք տրամադրված ֆայլը կամ պատճենեք և տեղադրեք այն նոր ֆայլում: Գնացեք Գործիք վերևի սանդղակում և սավառնել «Տախտակ.» -Ի վրա ՝ Arduino Uno- ն ընտրելու համար: Մեկը ներքև, սավառնել «Պորտ» -ի վրա և ընտրեք Arduino Uno:

Քայլ 7: Կարգավորեք վերջնական համակարգը

Կարգավորման վերջին քայլը `ամեն ինչ միասին հավաքելը: Սկսեք ՝ բարձրախոսից սեղմելով ալիգատորների ամրակները և բարձրախոսը պտուտակելով պատյանների վահանակի մեջ ՝ 6-32 x ½’’ Hex գլխի պտուտակներով, 6-32 վեցանկյուն ընկույզով և 9/64’’ Ալենի բանալիով: Հաջորդը, պտուտակեք թրթռացող զանգվածի հավաքածուն (արագացուցիչներով) բարձրախոսի մեջ: Լավագույն արդյունքի համար խորհուրդ ենք տալիս պտտել բարձրախոսը, որպեսզի խուսափեն արագացուցիչի լարերը խճճվելուց: Ալյումինե վեցանկյուն ընկույզով զանգվածը բարձրացրեք բարձրախոսին:

Ի վերջո, տեղադրեք պատյանների երեք կողմերը վերևում: Ապահովեք բնակարանային հավաքածուն `օգտագործելով 8-32 x 3/4 '' վեցանկյուն գլխի պտուտակներ և 8-32 վեցանկյուն ընկույզներ: Վերջապես, ալիգատորների սեղմակները նորից ամրացրեք բարձրախոսին: Դուք պատրաստ եք սկսել փորձարկումները:

Ընտրեք ձեր նախընտրած հեղուկը և լցրեք ձեր պլաստիկ բաժակը մինչև գնդակն ամբողջությամբ սուզվի: Դուք չեք ցանկանում, որ ոլորտը մասամբ ընկղմվի, բայց նաև զգույշ եղեք, որ այն այնքան չջնջվի, որ հեղուկը դիպչի ալյումինե վեցանկյուն ընկույզին:

Քայլ 8. Մաս 2. Փորձի վարում

Այժմ, երբ մենք ավարտեցինք մեր հավաքը, կարող ենք գրանցել մեր տվյալները: Դուք կանցնեք 15 - 75 Հց հաճախականությունների վրա `սահմանված շարժական ամպլիտուդով: Մենք խորհուրդ ենք տալիս ավելացնել 5 Հց, սակայն դա կարող է փոխվել ավելի ճշգրիտ արդյունքների համար: Arduino- ն ձայնագրելու է ինչպես բարձրախոսի արագացումը (վերին արագացուցիչ), այնպես էլ ոլորտը (ներքևի արագացուցիչ), որը դուք կգրանցեք csv ֆայլում: Տրամադրված MATLAB կոդը 1 & 2-ը csv արժեքներում կարդալու է որպես առանձին սյուներ, կատարելու է երկու ազդանշանի ֆուրորային կերպարանափոխություն `ազդանշանը աղմուկ հանելու համար և տպելու է վերևի և ներքևի արագացուցիչի ստացված ամպլիտուդիայի հարաբերակցությունը: MATLAB օրենսգիրք 3 -ը կընդունի ամպլիտուդիայի այս հարաբերությունները և նախնական կռահված մածուցիկությունը և գծագրում է փորձարարական և հաշվարկված հարաբերակցությունը ընդդեմ հաճախությունների: Փոփոխելով ձեր ենթադրվող մածուցիկությունը և տեսականորեն համեմատելով այս ենթադրությունը փորձարարական տվյալների հետ, դուք կկարողանաք որոշել ձեր հեղուկի մածուցիկությունը:

MATLAB կոդի մանրամասն բացատրության համար տե՛ս կից ներկայացված տեխնիկական փաստաթղթերը:

Քայլ 9: Տվյալների գրանցում CSV- ում

Տվյալների գրանցումը սկսելու համար նախ համոզվեք, որ ձեր կարգավորումն ավարտված է, ինչպես նկարագրված է Մաս 1 -ում: Համոզվեք, որ ուժեղացուցիչը միացված է հոսանքի վարդակին: Վերբեռնեք ձեր Arduino ծածկագիրը ձեր սարքում ՝ կտտացնելով «Վերբեռնում» կոճակը վերին աջ անկյունում: Երբ այն հաջողությամբ վերբեռնվի, անցեք «Գործիքներ» և ընտրեք «Սերիական մոնիտոր»: Համոզվեք, որ Serial Monitor կամ Serial Plotter- ը բացելիս baudd համարը հավասար է ծածկագրի baudd համարին (115200): Դուք կտեսնեք, որ ստեղծվում են տվյալների երկու սյունակներ, որոնք վերին և ստորին արագացուցիչի ընթերցումներն են:

Բացեք MATLAB GUI- ը և ընտրեք շարժիչ ամպլիտուդ ձեր փորձի համար (մենք օգտագործել ենք 0.08 ամպեր և 0.16 ամպեր): Դուք կանցնեք 15 - 75 Հց հաճախականությունների միջով ՝ տվյալների գրանցում յուրաքանչյուր 5 Հց (տվյալների 13 հավաքածու): Սկսեք ՝ վարման հաճախականությունը սահմանելով 15 Հց և միացրեք համակարգը ՝ սեղմելով «Միացնել համակարգը»: Սա միացնելու է ձեր բարձրախոսը ՝ առաջացնելով ոլորտը և կարգավորումը թրթռալ վեր ու վար: Վերադարձեք ձեր Arduino սերիական մոնիտոր և կտտացրեք «Մաքրել ելքը» ՝ նոր տվյալներ հավաքելու համար: Թողեք այս կարգավորումը գործի մոտ 6 վայրկյան, ապա անջատեք Arduino- ն ձեր համակարգչից: Սերիական մոնիտորը կդադարեցնի ձայնագրությունը ՝ թույլ տալով ձեռքով պատճենել և տեղադրել 4, 500-5, 000 տվյալների մուտքագրում csv ֆայլում: Տվյալների երկու սյունակները բաժանեք երկու առանձին սյունակների (սյունակներ 1 և 2): Այս CSV- ն անվանափոխեք «15hz.csv»:

Միացրեք ձեր Arduino- ն ձեր համակարգչին (համոզվեք, որ վերականգնում եք նավահանգիստը) և կրկնում եք այս գործընթացը 20 Հց, 25 Հց,… 75 Հց հաճախականությունների դեպքում `համոզվելով, որ հետևում եք CSV ֆայլերի անվանման պայմաններին: Տե՛ս տեխնիկական փաստաթուղթը ՝ MATLAB- ի կողմից այս ֆայլերի ընթերցման վերաբերյալ լրացուցիչ տեղեկությունների համար:

Եթե կցանկանայիք դիտել հաճախականության մաքրման ընթացքում ամպլիտուդիայի հարաբերակցության փոփոխությունները, կարող եք լրացուցիչ օգտագործել Arduino սերիական գծագրիչը `այս տարբերությունը տեսողական դիտելու համար:

Քայլ 10: Մշակեք ձեր տվյալները MATLAB ծածկագրով

Փորձնական տվյալները CSV ֆայլերի տեսքով ստանալուց հետո հաջորդ քայլը տվյալների մշակման համար մեր տրամադրած ծածկագրի օգտագործումն է: Կոդի օգտագործման մանրամասն հրահանգների և հիմքում ընկած մաթեմատիկայի բացատրության համար տե՛ս մեր տեխնիկական փաստաթուղթը: Նպատակն է ստանալ արագացման ամպլիտուդը վերին և ստորին արագացուցիչի համար, այնուհետև հաշվարկել ստորին ամպլիտուդի և վերին ամպլիտուդի հարաբերակցությունը: Այս հարաբերակցությունը հաշվարկվում է վարման յուրաքանչյուր հաճախականության համար: Այնուհետև գործակիցները գծված են որպես շարժման հաճախության ֆունկցիա:

Այս գծապատկերը ստանալուց հետո հեղուկի մածուցիկությունը որոշելու համար օգտագործվում է ծածկագրի մեկ այլ փաթեթ (կրկին մանրամասն նկարագրված տեխնիկական փաստաթղթում): Այս ծածկագիրը պահանջում է օգտագործողից մուտքագրել մածուցիկության նախնական գուշակություն, և կարևոր է, որ այս նախնական կռահումը ավելի ցածր լինի, քան իրական մածուցիկությունը, ուստի համոզվեք, որ կռահեք շատ ցածր մածուցիկություն, հակառակ դեպքում ծածկագիրը ճիշտ չի աշխատի: Երբ ծածկագիրը գտնի մածուցիկություն, որը համընկնում է փորձարարական տվյալների հետ, այն կստեղծի ստորև ներկայացված սխեմայի նման գծապատկեր և ցույց կտա մածուցիկության վերջնական արժեքը: Շնորհավորում ենք փորձն ավարտելու կապակցությամբ:

Քայլ 11: Ֆայլեր

Այլընտրանքային:

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