Labo Meesysemen dr ir J.Baeen Laboeks Meesysemen MSYSL 2006 3 II Elekronica 3 II Elekromechanica (opie au) EK Elo EK EL - - J. Baeen
Labo Meesysemen Doelsellingen - Inhoud - Evaluaie Doelsellingen 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. Inhoud Incremenele en absolue digiale opische (hoek-) encoder. Krachmeing via reksrookjesbrug. Synchro- en resolverhoekmeing, demodulaie en synchroconrolekring. Capaciieve versnellingsopnemer en ulrasone afsandsmeing. Evaluaie 1e ziijd: Schrifelijk examen + permanene evaluaie: He examen besaa ui een 5-al kore vragen, naar analogie me MSYS, welke peilen naar een diepere kennis over de in he labo gebruike sensoren en meeechnieken. De score hierop word gecorrigeerd me een facor die volg ui de permanene evaluaie ijdens he labo op basis van aanwezigheid, voorbereiding en inze. 2e ziijd: Idem, echer zonder permanene evaluaie. - 1 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 1: Digiale opische meesysemen Proef I: Digiale opische meesysemen 1. Incremenaal opnemer (Lees cursus pagina's: II.62 - II.67) Plaas he paneel me de incremenaalschijf (S03536-3K) en he paneel me de incremenaaleller (S03536-3M) naas elkaar. 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 de posiie 0. 1. Verifieer de signalen A, B, APJ, BPJ, A, B, ANJ, BNJ, bij he verdraaien van de schijf. (Gebruik mulimeer en/of geheugenscoop). 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 he een zuiver binaire of een BCD omzeing? 5. Bouw een 7-segmen LED-aanduiding, die de posiie van de schijf (numerisch) weergeef en opel bij rechsomdraaien en afel bij linksomdraaien. Ga zelf na welke pinnen van de LED bij welke segmenen horen. Gebruik hiervoor een voeding van 5 V en beperk de sroom door de LED o 10 ma door een serieschakeling me een weersand. Gebruik per Led een apare weersand. De spanningsval over de LED bedraag ± 1,7 V. Gebruik de aanwezige decimaal-omzeers. Zoek deze op in een Daa-handboek. We krijgen in feie volgend schema: A 7-segmen aanduiding 5V c o m f a b B µ e g c Incremenaal opnemer (schijf) Incremenaal eller 5 V LED Weersand d c o m 5V 7-segmen LED ransisor in IC (voor elk LED) 0-2 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 1: Digiale opische meesysemen Figuur 1: Signalen bij links- en rechsomdraaien Vul aan. LINKS RECHTS A B APJ&B BPJ&A - 3 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 1: Digiale opische meesysemen 2. Absolue opnemer 1. Gebruik achereenvolgens de binair gecodeerde en de Gray gecodeerde schijf. Draai zeer langzaam aan de schijf en geef de uigang voor de verschillende opeenvolgende posiies. Wa merk je op? 2. Bouw een omvormer van Gray naar binair. Slui deze aan op de 7-segmen LEDaanduiding van voorheen. 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. - 4 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes Proef II: Meen me reksrookjes 1. Doelselling en opdrachen (Lees cursus pagina's: II.13 - II.19) (Zorg voor mm-papier) He doel van deze proef is he onderzoek van de invloed 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. 2. De éénvierdebrug Benodigdheden: - Gelijkspanningmeeverserker, volmeer, gewichen (100 gr o 2 kg), bord me buigsaaf en brugschakeling. Een éénvierdebrugschakeling zie er als volg ui: R 1 R 4 U a U e R 2 R 3 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/I ou me de +sense. Ze nu de modeschakelaar in de sand U = ce. De schakelaar V ref moe op INT saan. Slui vervolgens de +/- 15 V voeding aan. Plaas nu de volmeer ussen U/I ou en GND en regel de U-poeniomeer zodanig 5V gemeen word. De I-poeniomeer heef hier geen invloed. Na afregelen is de ingangsspanning van de meebrug U e =... - 5 - J. Baeen
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, 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 benaderd. 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 100 of 200 gr o 2 kg bereik is. Telkens word de uigangsspanning gemeen en in de meeabel opgenomen. 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. - 6 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes Meeabel: Gewich [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? - 7 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes 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 poeniomeer, R1 en R2 zijn de reksrookjes. Zie ondersaande figuur. 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 200 gr o 2 kg bereik is. Telkens word de uigangsspanning gemeen en in de meeabel opgenomen. Doe di voor 1 paar reksrookjes. - 8 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes Meeabel: Gewich [kg] Reksr. 1+3 Ua Sand po.meer Grafieken: Vragen: Ze voor een paar reksrookje de spanning U a ui i.f.v. he gewich (gebruik verschillende kleuren en mm-papier). 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! - 9 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes 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. R 1 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. 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). Vervolgens word de saaf belas me gewichen in sappen van 200 gr o 2 kg bereik is. Telkens word de uigangsspanning gemeen en in de meeabel opgenomen. - 10 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 2: Meen me reksrookjes Meeabel: Gewich [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 ui hoofdsuk 2 en 3 me deze abel. Wa zijn je conclusies? Wa kan je van he afregelen van de brug zeggen? - 11 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 3: Synchro en resolver 1. Werking van de synchro Proef III: De synchro en resolver (Lees cursus pagina's: II.43-II.51 en III.12-III.13) Gebruik de vrije synchro: paneel 8P. He paneel 8P heef een eigen voeding. Conroleer of de sekker inseek. Ze de roor onder spanning (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! - Voor een ampliudemeing (RMS-waarde) is de mulimeer beer geschik. De mulimeer geef echer geen informaie over he eken (in fase of in egenfase). Sches de saorspanningen (S1-S3, S3-S2, S2-S1).o.v. elkaar en.o.v. de refereniespanning voor een drieal hoekposiies. Mee over 360 me sappen van 30 me de mulimeer de RMS-waarde van de saorspanningen (S1-S3, S3-S2, S2-S1). Bepaal eveneens 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 (SNEL!) en vergelijk me figuur 2.48 (synchroformaaspanningen) ui de cursus. Gebruik vervolgens de panelen 8P-8R-8M waarbij de as van de synchro me de mooras verbonden is via de riem. Ze de moor in snelheidssuring: schakelaar links aan (= boven), schakelaar rechs af (onder). Leg aan de ingang van de moorsuring (midden links) 5V aan en regel de snelheid van de moor me de poeniomeer. De inpu van de moor is vooraan he blokkenschema! Opgele, de moor heef +15/-15 voeding nodig. (Deze kom nie ui he ne en moe je zelf aanleggen.) Zorg da de 0V's correc doorverbonden zijn, ook deze van de onafhankelijke 5 V voeding! Bekijk de saorspanningen op de oscilloscoop (me geheugenwerking) en sches di signaal (di is in funcie van de ijd en de hoek). 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. - 12 - J. Baeen
Labo Meesysemen Proef 3: Synchro en resolver 2. Synchroverschilschakeling - Regelkring Ga de werking van de synchroverschilschakeling na in de cursus. Plaas de panelen 8P-8Q-8P-8R-8M bij elkaar. Maak de verbindingen volgens de synchroverschilschakeling ui de cursus. Opgele: énkel synchro 1 heef nespanning nodig. Houd de schijf van synchro 1 in een bepaalde sand. Verdraai de schijf van de synchro 2 en mee de roorspanning op deze synchro. Wa is he verband ussen spanning en hoekverschil? Wanneer is deze spanning ongeveer nul? Bouw nu de synchroregellus op (analoog aan resolver in cursus). De demodulaor gebruik de refereniespanning (roor 1) en de roorspanning van synchro2 als ingangen. Verdraai de schijf van synchro 1 en merk op hoe de moorposiie de posiie van synchro 1 volg. Verklaar! 3. De resolver Neem paneel 50 3536-8D: 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!! Vx R Vy C VA Laa he resulaa zien op de scoop. - 13 - J. Baeen
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. - 14 - J. Baeen
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). - 15 - J. Baeen