LICHTSLUIS MET GATENWIEL 0062I

Transcriptie

1 LICHTSLUIS MET GATENWIEL 0062I GEBRUIKERSHANDLEIDING CENTRUM VOOR MICROCOMPUTER APPLICATIES

2 Beschrijving CMA Lichtsluis 0662i is een traditionele lichtsluis met twee detectoren die op twee verschillende manieren (intern en extern) kan worden gebruikt. In de interne modus kunnen voorwerpen worden gedetecteerd die tussen de twee armen van de lichtsluis kunnen bewegen. In deze module is een smalle infrarood bundel gericht op de detector waardoor zeer nauwkeurige signalen voor timing worden verkregen. In de externe (laser)modus kunnen objecten buit de armen van de sluis worden gedetecteerd. Voor deze modus is een snelle lichtdetector (zichtbaar licht) geplaatst aan de buitenkant van één van de armen die kan reageren op een lasterbundel van laag vermogen, bijvoorbeeld een laserpen (niet meegeleverd). Goede resultaten zijn te verwachten met een Klasse IIIa type laser aanwijzer met een vermogen <5mW. De Lichtsluis kan direct worden aangesloten op een interface, maar het is ook mogelijk tot 5 lichtsluizen in serie te schakelen naar één enkele interface-ingang. De behuizing van de lichtsluis is voorzien van sterke magneten, waarmee deze op een magneet bord of andere magnetisch gevoelig materiaal kan worden vastgezet. De Lichtsluis kan direct worden aangesloten op de analoge BT ingangen van de CMA interfaces. Met de Lichtsluis worden de volgende accessoires meegeleverd: een BT kabel voor aansluiting op een interface, een gatenwiel en een stalen handvat waarmee de sensor aan een statief kan worden bevestigd. Een IEEE1394 kabel voor de serieschakeling van meerdere lichtsluizen is los verkrijgbaar. Sensorherkenning De Lichtsluis 0662i heeft een geheugenchip (EEPROM) met informatie over de sensor: naam, gemeten grootheid, eenheid en ijking. Deze informatie wordt via een simpel protocol (I 2 C) uitgelezen door de CMA interfaces en de sensor wordt bij aansluiten op deze interfaces automatisch herkend. Als de sensor niet automatisch wordt herkend door de interface, moet deze handmatig gekozen worden uit de Coach sensorbibliotheek. Suggesties voor experimenten Deze universele lichtsluis kan worden toegepast in een breed scala van experimenten: Meten van de zwaartekrachtversnelling (bijv. voor een zgn. gatenlineaal tussen de armen van de lichtsluist te laten vallen). Bestuderen van de beweging van een slinger, 2 Gebruikershandleiding Lichtsluis 0662i

3 Meten van de snelheid van een bewegend (rollend) voorwerp, Het timen van de periode van een roterend voorwerp, Meten van de snelheid van botsende voorwerpen. Vanwege het gebruik van infrarood licht is de lichtsluis niet geschikt voor het tellen van druppels. Door het accessoire Druppelteller (0662DROP) toe te voegen is het mogelijk om het titratievolume tijdens een titratie te bepalen. Interne modus en externe lasermodus De Lichtsluis kan op twee manieren functioneren. Dit kan worden ingesteld met de schakelaar aan de buitenkant van de sluisbasis. Plaats de schakelaar naar links voor de interne modus en naar rechts voor de externe lasermodus. De interne modus heeft een smalle infrarood bundel en een snelle response-tijd. Wordt de bundel tussen bron en detector onderbroken, dan is het uitgangssignaal van de lichtsluis laag, en de groene LED op de sluis gaat aan. Als de bundel niet onderbroken wordt is de uitgang hoog en de LED uit. Het gebruik van infrarood licht maakt de sensor vrijwel ongevoelig voor omgevinglicht. De externe lasermodus detector zit aan de buitenkant van één van de sluisarmen. Richt een laserbundel op de detector totdat de LED uitgaat (uitgang is hoog). Onderbreken van de laserbundel maakt de uitgang laag en schakelt de LED aan. Waarschuwing Lijn de laser niet uit op het oog. Volg alle veiligheidsvoorschriften van de producent van de laserapparatuur. Figuur 1: De interne en externe detectoren van de lichtsluis (infrarode bron, interne detector en externe detector). Gebruikershandleiding Lichtsluis 0662i 3

4 Serieschakeling van Lichtsluizen Tot vijf lichtsluizen kunnen in serie worden verbonden met één enkele interface ingang. Verbind daartoe poort B met de interface en poort A van de eerste lichtsluis met poort B van de volgende lichtsluis enz. De verbinding tussen de lichtsluizen gebeurt middels een los verkrijgbare IEEE1394-kabel. N.B.: Bij meerdere in serie geschakelde lichtsluizen in Coach niet in staat om te bepalen welke lichtsluis onderbroken is. De beste opstelling voor deze configuratie is om de doorkomsttijden te meten en goed te onthouden in welke volgorde het voorwerp de lichtsluizen passeert. Figuur 2: Serieschakeling van meerder lichtsluizen. Het gatenwiel Het gatenwiel wordt via een schuif met de lichtsluis verbonden. Indien het element juist is geplaatst, dan onderbreken de spaken van het wiel de infrarode bundel van de lichtsluis. Het gaten wiel is een katrolwiel met zeer weinig wrijving en met tien spaken. De draaiing van het wiel kan worden gevolgd doordat de spaken de lichtbundel van de lichtsluis onderbreken. De sensor is niet in staat om de draairichting van het wiel, of een verandering daarvan, vast te stellen. Het gatenwiel kan daarom alleen worden gebruikt bij een beweging in één richting, zoals in: De proef van Atwood. Een modelbootje die voortgetrokken 4 Gebruikershandleiding Lichtsluis 0662i

5 wordt door water, Een karretje op een luchtkussenbaan, Door een draaiend voorwerp via een drijfriem aan het gatenwiel te verbinden kunnen ook rotaties worden gemeten. Figuur 3: Een resultaat van de proef van Atwood. IJking van het gatenwiel Het gatenwiel is voorzien van een V-vormige groef. De omtrek van het wiel, gemeten in de groef, bedraagt 0,20m. De omtrek van de rand van het wiel bedraagt 0.21m. D.w.z. dat de afstandmeting bij gebruik van een koord ornd het draaiende gatenwiel enigszins afhangt van de dikte van het gebruikte koord. Een ijking kan worden uitgevoerd door de omtrek te meten van één wielrotatie langs het gebruikte koord, en deze waarde te delen door 10 (aantal spaken). We noemen deze waarde de stapgrootte. Elke keer dat een nieuw gat in het wiel bereikt wordt is de stapgrootte de afgelegde afstand sinds het begin van het vorige gat. Op soortgelijke wijze kan een rotatie geijkt worden: in dit geval is een geschikte stapgrootte 2*π/10 radialen (0,628 rad). Als het gatenwiel wordt gebruikt om rotaties te meten kan de stapgrootte van de originele hoek worden bepaald met de formule: 2 R 10 R pulley object Gebruikershandleiding Lichtsluis 0662i 5

6 IJking De sensor kan geijkt meten met: 1. De ijking uit de EEPROM van de sensor. Dit is een eenvoudige tellerijking waarbij geteld wordt op de positieve flanken (d.w.z. signaal veranderingen van Uit naar Aan worden geteld). 2. De ijking van de standaardbibliotheek van Coach. De volgende ijkingen zijn beschikbaar in de standaardbibliotheek van Coach: Lichtsluis (0662i) (CMA)(0..5V) Lichtsluis (0662i)(CMA)( ) Lichtsluis met gatenwiel (0662i)(CMA)(0..2m) Lichtsluis met gatenwiel (0622i)(CMA)( ) Figuur 4: Eén van de gatenwiel-ijkingen uit de standaard Coach sensorbibliotheek is: X (m) = stapgrootte *n=0,0205 (m) * n Waarbij n het aantal stappen is. Aansluiting Sluit de IEEE1394 plug aan op de poort B van de lichtsluis. Sluit de BT connector an op een analoge ingang van de interface. Test de werking van de lichtsluis door te kijken naar de LED wanneer de bundel wordt onderbroken. De LED zal aan gaan als 6 Gebruikershandleiding Lichtsluis 0662i

7 de bundel wordt onderbroken. Bevestig de houder aan de lichtsluis. Hiermee kan de sensor aan een statief worden vastgemaakt. Lijn de sensor voor de interne modus zo uit dat het voorwerp tussen de armen van de sluis beweegt en daarbij de bundel onderbreekt. Voor de externe lasermodus is het eenvoudiger om de laser eerst uit te lijnen op de sensor en daarna de lichtsluis totdat de LED uitgaat. Uitgang Infraroodbron Detector-stijgtijd Detector daaltijd Spectrale gevoeligheid van de externe detector Parallax-afwijking Voeding Wieldiameter Wielomtrek Aantal spaken Stapgrootte Stalen houder Laag: 0.17 V (uitgang is laag en LED is uit bij ononderbroken bundel) Hoog: 4.90 V (uitgang is hoog en LED is aan bij onderbroken bundel). Piek bij 880 nm 2 μs 0.5 μs nm Voor een voorwerp dat binnen 1cm van de detector beweegt met een snelheid van lager dan 10m/s, is het verschil tussen ware en effectieve lengte minder dan 1 mm. 5 V gelijkspanning (± 5%) at 26mA In de groef = 0.064m Op de rand = 0.067m In de groef = 0.20m Op de rand = 0.21m 10 hoek = rad = 36 Afstand = 0.020m tot 0.021m, afhankelijk van de draaddikte. 10 pulsen (stappen) per omwenteling. Lengte = 0.13 m Gebruikershandleiding Lichtsluis 0662i 7

8 Deze houder kan worden vastgeschroefd aan de lichtsluis of aan het gatenwiel. De houder kan worden bevestigd aan een statief met standaard statiefklemmen of vastgezet via magneten. Verbinding BT plug Garantie: De Lichtsluis 0662i is gegarandeerd vrij van materiaal- en constructiefouten gedurende 12 maanden na datum van aankoop mits deze onder normale laboratoriumomstandigheden wordt gebruikt. Deze garantie geldt niet als de sensor in een (lab)ongeluk beschadigd raakt of foutief is gebruikt. N.b.: Dit product is alleen voor onderwijskundige doeleinden geschikt. Het is niet geschikt voor industriële, medische, of commerciële doeleinden of onderzoek op hoog niveau. Rev. 11/06/ Gebruikershandleiding Lichtsluis 0662i