Pytanie:
pomiar czasu pomiędzy ekstremalnie szybkimi przerwami wiązki lasera przy użyciu LDR
Denis
2017-06-12 18:15:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Przeprowadzam eksperyment naukowy, aby w przybliżeniu zmierzyć prędkość wchodzenia i wychodzenia magnesu przez cewkę elektromagnetyczną.

Oprócz cewki znajdują się dwa lasery i dwa LDR, jak pokazano na poniższym rysunku. enter image description here

Spodziewałem się, że ten obwód wygeneruje zbocze narastające i opadające, ale dopiero po przetestowaniu na oscyloskopie zdałem sobie sprawę, że nie jestem w stanie odebrać przebiegu prostokątnego do wejścia do mojego MCU MSP430 jako przerwania. Mój plan polegał na obliczeniu czasu między tymi dwoma przerwami.

Jednak obserwowane przeze mnie przebiegi były takie jak poniżej. enter image description here

Wtedy pomyślałem, że mógłbym użyć LM358 przed moim dzielnikiem napięcia. Opisano to tutaj. Ale patrząc na moje praktyczne przebiegi, które obserwowałem z oscyloskopu, wątpię, jak dostroić komparator. Czy jest lepszy sposób na wykonanie zadania przy użyciu lepszej elektroniki? Nie ograniczają mnie koszty podzespołów, jednak nie jestem skłonny kupować gotowego aparatu do tego celu. Moim zamiarem jest stworzenie takiego.

Dziękujemy za uwagi i pomoc

Skąd możesz mieć pewność, że magnes nie tylko lubi przyłożone pole magnetyczne tak bardzo, że trzyma się w środku?Zasadniczo kwestionuję eksperyment.
Wśród EE LDR są „znane” z tego, że są ** powolne **.Przed „naprawieniem” obwodu, przetestuj samodzielnie LDR i sprawdź, czy reagują wystarczająco szybko.Jeśli nie, spójrz na fotodiody / tranzystory.
Jak zamierzasz utrzymać magnes w linii prostej, aby można było dokładnie obliczyć prędkość?A co z odbiciami optycznymi od magnesu, dającymi fałszywy obraz na fotodetektorze?Czuję tu problemy.
Jakich przedziałów czasowych potrzebujesz?
@Chris H, oscyloskop mówi, że czas między wzrostem a spadkiem wynosi 10 mS.Muszę znaleźć element wykrywający światło, który może obsłużyć tę 10 ms lub szybszą zmianę.
Tak powolny pod względem fotodiod / tranzystorów, ale szybki pod względem LDR (wzrost 75 ms, spadek 350 ms z [* Sensors and Transducers *, Ian Sinclair] (https://books.google.co.uk/books?id=s_WIb91uKK8C&pg=PA65 & lpg = PA65 & dq = LDR + wzrost + czas)).Ale zauważ, że twoje ślady wydają się być oparte na LDR i wydają się być szybsze niż dane z książki (co może być najgorszym składnikiem).
To prawda.Ale faktycznie widziałem wzrost i spadek w ciągu 10 mS przy użyciu taniego LDR.Jestem tego pewien.Być może z biegiem czasu LDR uległy poprawie?czy to może być taka możliwość?W każdym razie metoda LDR nie wydaje się służyć temu celowi.Jestem ATM przechodząc przez fotodiody / tranzystory.Chcę od razu zamówić jeden i ponownie przetestować ten sam obwód.Jak zasugerował @Bimpelrekkie, powinienem najpierw zmienić mój LDR.Wtedy mogę się martwić o inne problemy.
Mniejsze LDR mogą być szybsze niż większe;różne materiały i różne odporności będą zachowywać się inaczej.Wiele elementów optoelektronicznych można zachęcić do szybszej widocznej odpowiedzi, niż sugeruje arkusz danych - i może to nawet zadziałać, jeśli nie zależy Ci na kształcie sygnału.Co sugeruje mechanika klasyczna, którą powinieneś zdobyć?
Również ** S ** = Siemens (przewodność), sekundy to ** s **
Pracowałem nad podobnym projektem, w którym cewki były używane do tego.Użyj cewki, aby stworzyć oscylator, który jest dokładnie dopasowany do drugiego oscylatora zbudowanego z równoważnej cewki.Wymieszaj dwa sygnały z jednym przez wzmacniacz odwracający 1X, gdy magnes wchodzi do cewki czujnikowej, uzyskana amplituda stanie się dodatnia.Można to następnie wykorzystać do wyzwolenia timera / licznika.i możesz użyć każdego skrzyżowania do określenia prędkości, ponieważ początkowa potencjalna energia grawitacyjna magnesu jest znana w odniesieniu do cewki czujnikowej.Optyka okazała się dla nas kłopotliwa.
Witam wszystkich, zrobiłem do tego obwód optyczny oraz mikrokontroler.Układ działa tak dobrze.Wyniki są tak bliskie wartościom teoretycznym.W tej chwili cały system wygląda jak bałagan.W odpowiedzi opublikuję wszystkie obwody i kod źródłowy, których użyłem w tym projekcie w ciągu kilku dni
Trzy odpowiedzi:
Jack B
2017-06-12 18:21:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

LDR są powolne.Zamiast tego rozważ użycie fotodiody lub fototranzystora.

LDR mają długie czasy odpowiedzi, ich opór zmienia się powoli i to prawdopodobnie powoduje powolną odpowiedź twojego systemu.Fotodiody i fototranzystory są komponentami wykrywającymi światło i mają krótsze czasy odpowiedzi.Są nieco trudniejsze w użyciu niż LDR, ale nie są takie złe.Spójrz na niektóre arkusze danych dla obu, będą miały zalecane obwody.

W szczególności fototransitor byłby dość łatwy do skonfigurowania.
Fototranzystory włączają się szybko, ale wyłączają się powoli.Dlatego uzyskasz szybsze wyczucie czasu, gdy obiekt opuści wiązkę, a nie gdy ją odetnie.Po prostu upewnij się, że Twój micro używa najszybszej krawędzi.Sprawdź ten dokument http://www.cel.com/pdf/appnotes/an3009.pdf z różnymi konfiguracjami fototranzystorów i ich szybkością.Wydaje się, że Cascoding pomaga.
Jeśli problemem jest światło otoczenia, możesz również użyć światła modulowanego.Coś w rodzaju odbiornika IrDA lub czegokolwiek z dostatecznie wysokim bitrate powinno zapewnić ładne, gotowe rozwiązanie.
Tak, pewnie.Chociaż to, co powiedziałeś, musi zostać uwzględnione bardzo ostrożnie, pamiętam czasy, kiedy budowaliśmy roboty po linii, które były odporne na zmiany światła otoczenia.Podstawy są tak ważne!
Drogi Peufeu, mam tam problem!Chcę dwa razy!tj. chcę przerwania, kiedy wchodzi i wychodzi.Czy to byłby problem?Nie powinno być problemu, o ile kupię fototranzystor o bardzo dużej szybkości.Mam rację?
@peufeu te czasy są powolne w porównaniu z optoelektroniką półprzewodnikową.Fototranzystor [BVP11] (https://www.vishay.com/docs/81504/bpv11.pdf) da ci kilka µs w górę iw dół i może z łatwością sterować wejściem na poziomie logicznym.Jestem bardziej przyzwyczajony do fotodiod dla regionu od 10 do setek ns.Możesz również uzyskać filtrowane fotodiody i fototranzystory, aby pasowały do twojego lasera.
Napiszę to jako odpowiedź, bo to będzie za długie na komentarz ...
Problem z oświetleniem otoczenia (światłem słonecznym lub żarówkami) to ryzyko pełnego włączenia fototranzystora.Wolę fototranzystory z 3 zaciskami i reguluję bazę poprzez rezystor o dużej wartości i ogranicznik do masy oraz drugi rezystor o dużej wartości (filtr „T”), aby utrzymać kolektor na poziomie VDD / 2.
analogsystemsrf
2017-06-12 21:27:17 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Rozważ coś takiego, aby tolerować światło słoneczne

schematic

symuluj ten obwód - schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Szanowni Państwo, aktualizuję tutaj swój wynik jako komentarz.Zrobiłem ten obwód 1 (ten z lewej strony), usuwając R2, R3 i C1.tj. terminal bazowy nie jest do niczego podłączony.Dokładnie mierzy spadek !!!Właśnie użyłem zwykłego lasera 1 $.Bardzo dziękuję wszystkim, którzy poświęcili na to cenny czas!naprawdę to doceniam.
Proszę spodziewać się odpowiedzi ode mnie na to pytanie w ciągu kilku dni.W tym miejscu zamieszczę cały kod źródłowy, schematy okablowania sprzętu, aby każdy mógł odtworzyć tę pracę w ciągu jednego lub dwóch dni.Myślę, że to najlepszy sposób, w jaki mogę odwdzięczyć się za to, co mi wszyscy daliście.
bobflux
2017-06-12 21:47:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Uzupełnienie odpowiedzi Jacka B:

BVP11 wydaje się znacznie szybszy niż fototranzystor w łączu, które podałem, chociaż nie wiem, czy zmierzyli go za pomocą prostego obciążenia rezystora, czy kodu kaskadowego.

A więc fototranzystor powinien być wybrany pod względem szybkości.

Dobry pomysł na użycie filtra dopasowującego długość fali lasera i pozbycia się światła otoczenia. Możesz również umieścić tranzystor w wystarczająco długiej nieprzezroczystej rurce z poczerniałą powierzchnią wewnętrzną, aby zablokować światło otoczenia.

Teraz masz 2 czujniki, więc gdy obiekt mija, oba wygenerują impuls. Ten puls ma 2 zbocza (wł. / Wył.).

Jeśli obiekt jest krótszy niż odległość między czujnikami, otrzymasz:

    1. czujnik 1 ciemny
    1. czujnik 1 świeci
    1. czujnik 2 ciemny
    1. czujnik 2 świeci

To powinno być dość oczywiste. Jeśli obiekt jest dłuższy niż odległość między czujnikami, kolejność zdarzeń się zmieni, ale ma to niewielkie znaczenie.

Chciałem zwrócić Twoją uwagę na fakt, że czasy narastania i opadania nie będą identyczne, dlatego jeśli mierzysz czas między dwoma krawędziami, upewnij się, że biegną one w tym samym kierunku. Na przykład, możesz zmierzyć czas między obiema zboczami narastającymi lub obiema zboczami opadającymi, a jeśli fototranzystory mają taką samą prędkość (powinieneś sprawdzić), to nie wprowadzi to błędu.

Teraz, ponieważ chcesz prędkości magnesu, zamiast tego będziesz mierzył długość impulsu (zbocze narastające - zbocze opadające). Jeśli oba fototranzystory są identyczne, zadziała, ale jeśli ich czasy narastania / opadania nie są dopasowane, długości impulsów mogą być różne, nawet jeśli prędkość magnesu pozostaje taka sama.

Chciałem się upewnić, że zdajesz sobie sprawę z niedogodności.

Ponadto, jeśli fototranzystory nie są dopasowane lub mają różne temperatury, lub jeśli ilość docierającego do nich światła jest różna, wówczas prąd wyjściowy będzie inny. Jeśli użyjesz dwóch komparatorów niemych z tym samym progiem, ten próg zostanie przekroczony w różnych punktach obu przebiegów, co wprowadzi błąd w pomiarze czasu lotu między czujnikami. Moc światła laserowego może się również zmieniać w zależności od temperatury.

Prostym sposobem rozwiązania tego problemu byłoby skalibrowanie poziomu DC na przeszkodzie za pomocą takiego obwodu:

Doprowadź prąd wyjściowy fototranzystora do wzmacniacza transimpedancyjnego (tj. prostego wzmacniacza operacyjnego). Daje to napięcie i umożliwia fototranzystorowi wyjście do wirtualnej masy, co złagodzi jego pojemność wyjściową i przyspieszy. Teraz połącz napięcie AC (tj. Górnoprzepustowe), aby usunąć poziom światła DC, który odpowiada ciągłemu oświetleniu przez laser. Użyj komparatora histerezy, aby wykryć krawędzie tętna.

Odpowiedź analogsystemsrf jest również doskonała! (możesz nawet kaskodować fototranzystor).

Zamiast tego można użyć dwóch par czujników, z których każda mierzy prędkość. W tym przypadku mierzyłbyś czas między dwoma narastającymi krawędziami, więc asymetria czasu narastania byłaby mniejszym problemem. Nieco większe odstępy również poprawiłyby dokładność.

Inną opcją byłoby użycie modulowanego światła w zakresie MHz lub wyższym, ale jest to bardziej złożone. Jeśli zmienisz przeznaczenie czegoś takiego jak odbiornik IrDA lub światłowodowy, jego wewnętrzna AGC może zepsuć sprawę.

Sugerowałbym skalibrowanie systemu przez wystrzelenie czegoś, co ma taki sam kształt jak twój magnes, ale nie jest magnetyczne, jak kawałek czarnego plastiku. Zwykle powinien mieć tę samą prędkość na wejściu i wyjściu, więc możesz być pewien, że mierzysz właściwą rzecz.

Dziękuję bardzo za miłe wysiłki, Peufeu!W tej chwili przeglądam wszystkie podane przez Ciebie sugestie.Spędziłeś tak dużo czasu, badając moje zadanie i przekazując mi te cenne sugestie.Wszyscy tutaj są bardzo pomocni.Tam, gdzie mieszkam, taka pomoc jest bardzo rzadka.Mam szczerą nadzieję, że znajdziesz to samo, gdy będziesz w potrzebie.
Nie ma za co!Życzę powodzenia i może opublikuj gotowe schematy, aby pomóc innym, jeśli masz na to pozwolenie;)


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...