Algemene toelichting

Transcriptie

1 Labo Meesysemen Algemene oeliching He labo meesysemen besaa ui 4 proeven. Algemene oeliching Incremenele en absolue digiale opische (hoek-) encoder. Krachmeing via reksrookjesbrug. Synchro- en resolverhoekmeing, demodulaie en synchroconrolekring. Capaciieve versnellingsopnemer en ulrasone afsandsmeing. De doelsellingen zijn: Op basis van de beschrijving van de sensor en he fysisch werkingprincipe de sensor correc aansluien en he meeresulaa inerpreeren. He principe van modulaie/demodulaie verklaren. De fundamenele werking (eigenschappen, nu, beperkingen) weergeven en veranwoorden voor de sensoren gebruik in he labo. Enkele algemene regels Indien je een exerne regelbare voeding gebruik, conroleer dan seeds me de mulimeer of de gewense spanningen correc aanwezig zijn, VOORALEER deze aan e sluien aan de schakeling. De meese sensorpanelen beschikken nie over een eigen voeding. He paneel gebruik de exern aangelegde spanningen van +15V/-15V of 5V (elkens samen me de 0V referenie). Indien he paneel geen +15V/-15V of 5V nodig heef om correc e funcioneren, dan saan deze spanningen ussen haakjes ( ) bij de signaallijn op he paneel. He paneel voorzie dan enkel de mogelijkheid om de spanningen door e verbinden me pluggen. Voorbeeld doorverbindingsplug en vereise spanningen: Beide panelen hebben de +15V nodig, de (+5V) is nie nodig ( en hier ook nie doorverbonden) J. Baeen

2 Labo Meesysemen Proef 1: Digiale opische meesysemen Proef I: Digiale opische meesysemen (Lees cursus pagina's: II.62 - II.67) 1. Incremenaal opnemer Plaas he paneel me de incremenaalschijf (S K) en he paneel me de incremenaaleller (S M) naas elkaar. Figuur 1.1: Incremenaalschijf en -eller. Maak de verbinding van sporen 1 en 2 van de incremenaalschijfopnemer me de A- en B-ingang van de eller. Leg de bruggen voor de opellogica. Rese de eller in posiie Verifieer de signalen A, B, APJ, BPJ, A, B, ANJ, BNJ, bij he verdraaien van de schijf. (Gebruik mulimeer en/of geheugenscoop, J saa voor Jump - Posiief of Negaief) 2. Breng in wee kolommen (één voor linksomdraaien en één voor rechsomdraaien) onder elkaar op papier in beeld: A, B, (APJ & B ), (BPJ & A), (ANJ & B),(BNJ & A )... Vul deze se aan voor maximale informaie. (Zie volgende pagina.) 3. Waaroe dien he weede spoor op de schijf? 4. Geef de binaire uigangswaarde van de eller voor een aanal opeenvolgende posiies. Is di een zuiver binaire omzeing of een BCD-omzeing? 5. Bouw een 7-segmen LED-aanduiding, die de posiie van de schijf (numeriek) weergeef en opel bij rechsomdraaien en afel bij linksomdraaien. De schakeling werk me een voeding van 5 V. Beperk de sroom per LED o 10 ma door een serieschakeling me een weersand van bv 330 Ω. (De spanningsval over de LED bedraag ± 1,7 V.) J. Baeen -2-

3 Labo Meesysemen Proef 1: Digiale opische meesysemen LINKS RECHTS A B APJ&B BPJ&A Figuur 1.2: Signalen bij links- en rechsomdraaien - Vul aan A 7-segmen aanduiding 5V c om f a b B e g c Incremenaal opnemer (schijf) Incremenaal eller SN74LS247 ransisor in IC 5 V LED Weersand (voor elk LED) 0 Figuur 1.3: Principieel schema d c om 5V = common anode 7-segmen display J. Baeen

4 Labo Meesysemen Proef 1: Digiale opische meesysemen Figuur 1.4: Penconfiguraie SN74LS Absolue opnemer Gebruik achereenvolgens de binair gecodeerde en de Gray-gecodeerde schijf. 1. Draai zeer langzaam aan de binair gecodeerde schijf en geef de uigang voor de verschillende opeenvolgende posiies. Wa merk je op (bij de overgangen)? 2. De Gray-code is geen gewogen code en daarom nie geschik om mee e rekenen. Deze dien dus zo vlug mogelijk omgeze e worden naar een zuiver binaire code. Bouw de omvormer die hiervoor nodig is. Slui de (binaire) uigangen aan op de BCD-naar-7segmen decoder en he bijhorend display van voorgaande opgave. Draai opnieuw aan de Gray-code schijf wa verschijn er op he display? Opmerking: voor de omvorming van Gray naar binair maken we enkel gebruik van exclusieve OR-pooren. Zoek he juise schema op in de cursus en verifieer di voor een aanal gevallen J. Baeen

5 Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes Proef II: Meen me reksrookjes (Lees cursus pagina's: II.13 - II.19) (Zorg voor mm-papier) 1. Doelselling en opdrachen He doel van deze proef is een krachmeing door middel van reksrookjes opgenomen in verschillende sooren Wheasone-bruggen. De suden dien de verserkerinriching af e regelen, de afleeseenheid e kalibreren en de Wheasone-brug op e bouwen me de reksrookjes in een éénvierdebrug, halvebrug en een vollebrug me behulp van ondersaande panelen. 2. De éénvierdebrug Benodigdheden: - Gelijkspanningmeeverserker, volmeer, gewichen (250 gr o 2 kg), bord me buigsaaf en brugschakeling. Een éénvierdebrugschakeling zie er als volg ui: R4 R1 Ua Ue R2 R3 Afregeling van de spanningsbron: De gelijkspanningsmeeverserker heef wee funcies. Hij dien als sroom- én spanningsbron om de brugschakeling e voeden én om he meesignaal e verserken. Eers word de spanningsbron afgeregeld. Verbind hiervoor de GND me de -sense en U/Iou me de +sense. De sense-lijnen zorgen voor een inerne meing en conrole van he aangelegde signaal. Ze de modeschakelaar in de sand U = ce. De schakelaar Vref moe op INT saan. Slui vervolgens de +/- 15 V voeding aan. Plaas nu de volmeer ussen U/Iou en GND en regel de U-poeniomeer zodanig da 5V gemeen word. De I-poeniomeer heef hier geen invloed. Na he afregelen is de voedingsspanning voor de meebrug Ue=... J. Baeen -5-

6 Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes Afregelen van de meeverserker: Nada de gelijkspanningsmeeverserker 5 minuen is aangesloen op de voeding, kan de meeverserker afgeregeld worden. Verbind de signaalpunen DIFF.IN (DIFF.IN besaa ui 2 signalen!!) me elkaar en leg ze aan de massa GND. De verschilspanning DIFF.IN is nu nul. Slui de volmeer, in he kleinse meebereik, aan de uigang van de verserker, vóór de filer (= U a op ondersaande figuur), aan. Ze de verserkerschakelaar GAIN op 1 en de poeniomeer FINE GAIN ADJ. op 1. Regel me de poeniomeer OFFS.ADJ. de uigang zo goed mogelijk op nul. Ze vervolgens de verserkerschakelaar GAIN op 1000 en regel de uigang opniew op nul me INP.OFFS. ADJ. Herhaal indien nodig de voorgaande afregelsappen o de uigang zo goed mogelijk de nul vol benader. De uigangsspanning U a is nu:... Opbouw: Bouw de schakeling op volgens ondersaand schema. Hierin is he reksrookje R1, de poeniomeer vorm R3 en R4. R2 is een vase weersand van 365 ohm. Beschrijving van de meingen: Wanneer de saaf in onbelase oesand is (nie gebogen), moe de brug me he reksrookje in evenwich zijn. Regel daarvoor de poeniomeer af o de uigang nul vol bedraag. Doe di elkens bij he begin van een meing me een nieuw (ander) reksrookje. Schrijf de poeniomeerwaarde in de abel bij de meingen. Vervolgens word de saaf belas me gewichen in sappen van 250 gr o 2 kg bereik is. Mee elkens de uigangsspanning en neem deze op in de meeabel. Doe di voor wee van de vier reksrookjes. Vergee nie de brug in he begin erug af e regelen. Zorg ervoor da he reksrookje in serie saa me de vase weersand door he bord juis e schakelen J. Baeen

7 Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes Meeabel: Massa [kg] Reksr. 1 Ua Reksr. 2 Ua Sand po.meer Grafieken: Vragen: Ze voor elk reksrookje de spanning U a ui i.f.v. he gewich in één grafiek (gebruik verschillende kleuren en mm-papier). Waarom moe voor ieder reksrookje de brug opnieuw afgeregeld worden? Waarom hebben de meewaarden mogelijk een verschillend eken? 3. De halvebrug Daar waar we voorheen slechs één reksrookje gebruiken, gebruiken we er nu wee volgens ondersaande figuur. R 1 R 4 U a U e R 2 R 3 De afregelingen gebeuren op dezelfde manier als bij de éénvierdebrug. He enige verschil is da de schakelaar GAIN nu op 100 moe saan. Bij de opbouw van de schakeling worden R3 en R4 gevormd door de vase weersanden en de poeniomeer, R1 en R2 zijn de reksrookjes. Zie ondersaande figuur J. Baeen

8 Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes Beschrijving van de meingen: Bij he nameen van de reksrookjes moe de brug in evenwich zijn. Regel daarvoor de poeniomeer af oda de uigang nul vol is, de saaf moe hierbij in rus zijn (nie gebogen). Neem de sand van de poeniomeer op in de abel. Vervolgens word de saaf belas me gewichen in sappen van 250 gr o 2 kg bereik is. Mee elkens de uigangsspanning en noeer deze in de meeabel. Doe di voor 1 paar reksrookjes. Meeabel: Massa [kg] Reksr. 1+3 Ua Grafieken: Sand po.meer Ze voor een paar reksrookje de spanning U a ui i.f.v. he gewich (gebruik verschillende kleuren en mm-papier, alle grafieken mogen op bij elkaar) J. Baeen

9 Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes Vragen: Vergelijk de bovensaande meeabel me deze ui hoofdsuk 2. Wa val je op? Wa kan je van he afregelen van de brug zeggen? Leid he verband ussen gemeen spanning en krach af voor de halve brug! 4. De vollebrug He meeschema is nu weer enigszins gewijzigd. Daar waar we in de éénvierdebrug slechs één reksrookje gebruiken, gebruiken we nu in iedere ak een reksrookje, zie ondersaande figuur. R1 R 4 U a U e R2 R 3 De afregelingen gebeuren op dezelfde manier als bij de éénvierdebrug. He enige verschil is da de schakelaar GAIN nu op 100 moe saan. Alle weersanden in de brug zijn in di geval reksrookjes. Zie ondersaande figuur J. Baeen

10 Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes Beschrijving van de meingen: Regel de brug weerom op nul vol bij nullas. Schrijf de sand van de poeniomeer op en geef aan bij welke ak deze hoor: (1+3) of (2+4). Belas de saaf me gewichen in sappen van 250 gr o 2 kg bereik is. Noeer de uigangsspanning. Meeabel: Massa [kg] Uigangsspanning Ua Sand po.meer... Grafieken: Vragen: Ze de spanning U a ui i.f.v. he gewich (gebruik mm-papier). Vergelijk de meeabellen en grafieken ui delen 2, 3 en 4. Wa zijn je conclusies? Wa kan je van he afregelen van de brug zeggen? J. Baeen

11 Labo Meesysemen Proef 3: Synchro en resolver Proef III: De synchro en resolver (Lees cursus pagina's: II.43-II.51 en III.12-III.13) 1. Werking van de synchro Gebruik de synchro: paneel 8P (links op ondersaande figuur). He paneel 8P heef een eigen voeding (wisselspanning 50V!). (+- 15 V is nie nodig voor de synchro, wel voor de moor). Conroleer of de nesekker van he synchropaneel aangesloen is op een 230V-sopconac. Ze de roor onder spanning me behulp van de schakelaar en bekijk de saorspanningen bij een hoekverdraaiing van de synchro over 360. Opmerkingen: Gebruik bij meing me de scoop seeds he signaal R1 als referenie (1e ingang), laa de scoop hierop riggeren (Waarom?). Verbind R2 me he nul-vol-referenieniveau! Hier moe je zelf de verbinding leggen. 0V en R2 zijn inern op he paneel NIET doorverbonden. (S3 en -15V eveneens nie.) Voor een ampliudemeing (RMS-waarde) is de mulimeer he bes geschik. De mulimeer geef echer geen informaie over he eken (in fase of in egenfase). Dus gebruiken we beide meeoesellen gelijkijdig. Eénmaal je he 'sramien' van de meing begrijp mag je sneller voorui werken om een beeje ijd e winnen. Meing: Sches de saorspanningen (S1-S3, S3-S2, S2-S1).o.v. elkaar en.o.v. de refereniespanning voor een drieal hoekposiies. Verbind hiervoor eers S3 me de 0V en S1 me de scoop, daarna S2 me de 0V en S3 me de scoop, enz. elkens op kanaal 2 van de scoop. De referenie (kanaal 1) blijf seeds dezelfde nl. signaal R1 (ov R2 = 0V). Mee nu over 360 me sappen van 30 me de mulimeer de RMS-waarde van de saorspanningen (S1-S3, S3-S2, S2-S1). Bepaal egelijk op de scoop of de uigang in fase dan wel in egenfase is me de referenie! (in fase =+, in egenfase =-). Sches deze waarden in een figuur: ampliude i.f.v. de hoek en vergelijk me figuur 2.48 (synchroformaaspanningen) ui de cursus. J. Baeen

12 Labo Meesysemen Proef 3: Synchro en resolver Gebruik vervolgens de panelen 8P-8R-8M waarbij de as van de synchro me de mooras verbonden is via de riem (zoals reeds aangegeven in bovensaande figuur). Ze de moor in 'vrijloop': schakelaar links ui (= onder), schakelaar rechs aan (boven). Opgele, de moor heef +15/-15 V voeding nodig. Deze kom nie ui he ne en moe je zelf aanleggen. Zorg da de 0V's correc doorverbonden zijn. Bekijk de saorspanningen op de oscilloscoop (me geheugenwerking) en sches di signaal (di is in funcie van de ijd en de hoek). Is de maximale ampliude afhandelijk van he oerenal van de moor? Slui de demodulaor aan: R1 aan X1, S1 aan X2, R2 en S3 aan de massa (0V). Bekijk he uigangssignaal bij een hoekverdraaiing over 360 op de scoop me geheugenwerking en vergelijk me he gemoduleerd signaal. Sches de gedemoduleerde saorspanningen (S1-S3) in funcie van de hoek. Verklaar da een vermenigvuldiger gevolgd door een laagdoorlaafiler werk als demodulaor. 2. De resolver Neem paneel D: Resolver. Conroleer de voedingsspanningen (-15V, 0V en 15V). Slui de spanningen aan. Sekker van he resolverpaneel nie vergeen. Conroleer de resolverformaaspanningen (grooe i.f.v. hoek en/of ijd) Laa he gemoduleerde signaal zien op de geheugenscoop. Verklaar! Wa zou je meen op de roor indien je aan de saor een weefasige spanning aanleg? (Hier nie mogelijk door uigangsbuffering). Bouw een RC-newerk analoog aan he schema ui de cursus om een uigangsspanning e bekomen welke een faseverschuiving geef die evenredig is me de hoeksand van de roor. Voorwaarde: ω.r.c = 1!! - Laa he resulaa zien op de scoop Vx R Vy C VA J. Baeen

13 Labo Meesysemen Proef 4: Ulrasoon & Capaciief Proef IV: Ulrasone en capaciieve meingen (Lees cursus pagina's: II.20 - II.24 en II.86 - II.88 en II.94) Lees de beschrijving van de ADXL05 (bijgevoegd bij de opgaven). Lees de beschrijving van de ulrasoonsensor (bijgevoegd bij de opgaven). 1. Capaciieve versnellingsopnemer (nulsandmehode) Verklaar de werking van deze sensor m.b.v. he gegeven blokschema (fig 3 in beschrijving). Me welk ype ui de cursus sem deze sensor overeen? Slui de sensor aan op de voeding: +9V op + en 0V op -!!! Mee saisch de aardversnelling: +1g en -1g. Bepaal de gevoeligheidsas van de sensor. Bepaal de gevoeligheid. Gebruik hierbij de volmeer. Gebruik de sensor als ilsensor: Mee de wee scherpe hoeken van de rechhoekigedriehoek-la: Figuur: Formule: Oplossing : hoek =..... hoek =..... Meingen: Trillingsmeing: Bepaal de frequenie van een rilling van de massa aan een soepele veer. Wa is de invloed van een verkoring van de veer of een oevoeging van massa? k Gegeven: ω n = m = 2π, Opgave: Mee ω bij halve en volledige veerlenge. T n Conroleer da bij een verdubbeling van k (di is een half zo lange veer) ω n me worel 2 oeneem. Breng de he veer-massa-syseem zelf in resonanie door de veer vas e nemen en lichjes op en neer e bewegen J. Baeen

14 Labo Meesysemen Proef 4: Ulrasoon & Capaciief 2. Ulrasone afsandsmeing Slui de voeding aan (+5V). Conroleer de voeding eers me de mulimeer. Gebruik de TTL of SYNC uigang op de funciegeneraor als INIT-signaal en als eerse signaal op de scoop en rigger op di signaal. Slui eers di signaal aan en regel de scoop hierop af. Sel de frequenie in op enkele Hz. Slui nu de echopuls van de ECHO-uigang aan op he weede kanaal van de scoop. Zorg ervoor da de massa van voeding en funciegeneraor gelijk zijn! Leg he verband ussen gemeen ijd en afsand s. Mee verschillende afsanden me he vlakke reflecie-oppervlak (8 meepunen). Hoe groo is he min- en max-bereik van de sensor? Bepaal de hoekgevoeligheid: onder welke 'maximale hoek' mag he reflecie-oppervlak saan? Hoe ga je e werk? Vergelijk he gevonden resulaa me de sensorgegevens (aanwezig in he labo) J. Baeen