Як визначити раціон харчування; колесо, яке дуже швидко обертається Відповіді Тут
Скажімо, у мене є двигун, який працює дуже швидко. Я дуже хочу знати кутову швидкість двигуна. Використання секундоміра точно не спрацює, оскільки ніхто не може встановити час на такі швидкі оберти. То як я міг знайти частоту обертання в такому випадку?
Відповіді
Існує дуже цікавий спосіб знайти кутову швидкість колеса, яке так швидко обертається, що ви не можете виміряти секундоміром. Ми будемо використовувати стробоскоп (світло, який неодноразово вмикається і вимикається) і дуже цікаву концепцію, відому як ефект колеса фургона в умовах стробоскопа.
Трохи про концепцію:
Ефект колеса - це явище, коли прядка може виглядати нерухомо під стробоскопом. Причина, чому це відбувається, досить проста, частота обертання спінінга є цілим числом, кратним частоті ввімкнення та вимкнення стробоскопа. Тому кожного разу, коли блимає стробоскоп, колесо повертається в те ж положення, що і раніше. Це створює ілюзію, що колесо стояло нерухомо.
Але як ми будемо використовувати цю концепцію, щоб знайти швидкість обертання колеса? Давай дізнаємось.
Досвід:
Вам знадобиться лише стробоскоп (ви можете завантажити додатки для стробоскопа для Android і, можливо, також для iOS), і ваше колесо. У цій відповіді я буду використовувати непосидючу блешню для демонстрації.
Тримайте в кімнаті якомога темніше і приводьте колесо в рух. Увімкніть стробоскоп і починайте з високою швидкістю спалаху і поступово знижуйте частоту, доки колесо не зупиниться. Ми робимо це, оскільки не хочемо, щоб інші цілі кратні частоти відповідали обертовому колесу.
Зверніть увагу на частоту стробоскопа ν "role =" presentation "style =" position: relative; "> ν ν" role = "presentation" style = "position: relative;"> ν "style =" presentation "style = "position: relative;"> ν. У моєму випадку непорядний спінер здається нерухомим на частоті 13,3 Гц. Як ми вже згадували раніше, колесо виглядає нерухомим лише тоді, коли частоти збігаються. Частота стробоскопа є обертальною частота колеса. Тож я можу сказати, що мій непосидючий спінер робить 13,3 обертів в секунду. І, звичайно, об/хв буде 798.
Сподіваюся, вам сподобався цей веселий досвід. Якщо у вас виникли запитання, залиште їх у коментарях. Якщо у вас є кращий спосіб знайти кутову швидкість, сміливо пишіть відповідь.
Хтось десь
Лазерний тахометр:
Зробіть позначку в якийсь момент на двигуні, а потім обертайте його. Наведіть на нього тахометр. Просвічуючи лазером поверхню та вимірюючи зміни у світлі, що повертається, коли мітка проходить, він може визначити частоту обертання.
Однією з ідей для підходу може бути запис звуку, який виробляє двигун, а потім перетворення цього сигналу Фур'є. Припускаємо, що частота, яку ви шукаєте, буде чітко видно в спектрі цього сигналу. Звичайно, незрозуміло, чи можна цю частоту визначити так легко, як здається.
Роздрукуйте диск, який виглядає так:
Прикріпіть його до обертового об'єкта, а потім спостерігайте за ним за допомогою стробоскопа 60 Гц. Визначивши, які кільця зупинені стробоскопом 60 Гц, ви можете зробити висновок про частоту обертання об'єкта.
Як бачите, внутрішнє кільце має 8 сегментів (4 білих, 4 чорних), наступне кільце має 10 сегментів тощо. Якщо повернути диск на 90 градусів, малюнок на внутрішньому кільці не зміниться. Якщо ви повернете диск на 72 градуси, шаблон наступного кільця не зміниться. Отже, за допомогою стробоскопа 60 Гц ви можете виявити, яке кільце здається нерухомим. Назвіть кількість сегментів у цьому кільці N, тоді диск повинен переміститися на 720/N градусів за 1/60 секунди. це 2/N обертів за 1/60 секунди, отже 7200/N об/хв.
Шукайте в Інтернеті інформацію про “Strobe RPM” для друку.
Мені довелося провести саме такий експеримент на вихідних - детальний опис нижче. В основному це був лазерний вказівник, фотодіод, два резистори, транзистор і Arduino. Встановіть таймер Arduino так, щоб він працював на частоті 10 кГц, і вихід фотодіода (на вході переривання Arduino) спрацьовує "зчитування" таймера. Коли пройде принаймні одна секунда, ви роздруковуєте звіт, скидаєте лічильники та починаєте спочатку. Працює дуже добре в широкому діапазоні RPM. Я насправді використовував його для вимірювання часу віджиму непосидового блешні - щоб продемонструвати, що процес нелінійний, довівши, що повітряне опору відіграє певну роль.
Ось фото "налаштування" (на брудному робочому столі в моєму "лігві"):
Проста картонна коробка містила фотодіод зліва (20 штук за $ 4,99 на Amazon *) і невеликий лазерний діод праворуч (10 за $ 6,99 на Amazon). Я міг би тримати обертову прядильщик у балці, а решту зробив Arduino.
І слід діапазону сигналу: (трохи розмито - шкала становить 20 мс на поділ, тому під час фотографування відбувається близько 30 перебоїв в секунду)
Очевидно, що це допомагає мати можливість правильно налаштувати щось подібне - але якщо у вас є лазерний вказівник, спрямований на ваш фотодіод, і спосіб правильно перервати промінь, коли колесо обертається, у вас є багато вільної можливості. .
ОНОВЛЕННЯ
Ось код Arduino, який я використовував для створення лічильника RPM:
Принципова схема надзвичайно проста. Я підключив джерело живлення 5 В до лазерного діодного модуля (який має власний внутрішній регулятор струму); він може працювати на 5V Arduino (це займає лише 10 мА), але я цього не пробував. Оптичний датчик був виготовлений за такою схемою:
Коли діод увімкнено, струм розподіляється між R1 і базою транзистора. Як тільки напруга на R1 досягає 0,6 вольт, транзистор «включається» і витягує струм з колектора. Це витягує сигнал, підключений до виводу 2 (за допомогою внутрішньої тяги Arduino). При перериванні променя струм зменшується, а транзистор блокується. Активація "(витягування) набагато швидша, ніж деактивація" за допомогою цієї схеми, тому ми запускаємо падаючий край. Ви можете зробити схему більш чутливою, збільшивши R1 - чим вона більша, тим нижче рівень світла, необхідний для спрацьовування. Але він також стає більш чутливим до навколишнього світла, а реакція повільніша. Лазерний діод виявив, що 420 Ом є хорошим значенням: швидка реакція, нечутливість до навколишнього світла. Але це, безумовно, цінність, з якою можна пограти.
Я протестував схему на частотах до 1 МГц (керуючи лазером за допомогою генератора сигналів з прямокутною хвилею), і це було нормально - так що час відгуку значно менше 1us. Це має зробити його досить швидким для багатьох додатків.
Приклад використання цього для вимірювання частоти обертання неповоротного спінера:
На оберті відбувається 3 переривання за оберт - і у мене немає проблем з вимірюванням 1200 об/хв (3600 переривань на хвилину = 60 на секунду). Керуючи лазером за допомогою генератора сигналів, я зміг їхати набагато швидше. до 30 кГц. На даний момент в програмі є переповнення, і цифри абсурдні (я підозрюю, що Arduino недостатньо швидкий, щоб обробляти 10000 переривань тактових та 30 000 оптичних переривань; деякі зміни масштабу можуть розширити діапазон, але це вам не знадобиться більшість цілей).
Запустивши лазер на частоті 1 кГц, я побачив 59988 об/хв - це, очевидно, "60000" з цифровою помилкою округлення (або годинник на Arduino не точно 16 МГц, або.), Так що це добре. Коли ви занадто сильно натискаєте на ланцюг, переривання будуть заважати один одному. Найвище «правильне» зчитування отримано з входом 3 кГц та потужністю 179 904 об/хв. Цього має бути достатньо для більшості програм. Навіть велосипедне колесо (з 32 спицями), що рухається зі швидкістю 100 обертів в секунду (приблизно 2/3 швидкості звуку), може бути приурочене до цього. Звичайно, колесо порветься задовго до того, як набере таку швидкість .
* Я не пов'язаний з Amazon або компаніями, що виробляють ці компоненти; Я просто хотів полегшити вам пошук таких деталей
Закріпіть двигун на коробці зменшення. Виміряйте кутову швидкість вихідного отвору і помножте на коефіцієнт зменшення, щоб отримати вихідну кутову швидкість.
Зауважте, що в даний час люди друкують 11 мільйонів: 1 або мільярд: 1 редукторів у 3D. Приклад. Крім того, вихід однієї коробки передач може бути входом наступної (хоча слід пам’ятати про втрати на тертя та мінімальний необхідний крутний момент), тому смішно швидка кутова швидкість двигуна може бути зменшена до фактично стаціонарної потужності.
Приєднайте двигун постійного струму та виміряйте його ЕРС, побудувавши графік напруги, яку ви вимірюєте на з'єднаннях, які ви зазвичай надаєте двигуну постійного струму, якби ви використовували його як двигун.
Більшість простих двигунів постійного струму мають 3 котушки, тому на осцилографі ви побачите щось подібне до абсолюту синуса, де три з цих "пагорбів" будуть відповідати повному оберту.
Ймовірно, це набагато простіше встановити, ніж коробку передач, і у вас буде набагато менше проблем з тертям, особливо якщо швидкість дуже висока.
Моєю першою спробою було б уповільнене відео на моєму смартфоні, підрахунок обертів протягом 10 секунд і множення на 6, щоб отримати уявлення). Однак частота кадрів може бути занадто низькою для вас. (Існує новий смартфон Sony зі сльотавістю 1000 кадрів в секунду, це приблизно 60 000 кадрів в секунду. Samsung S5 має 120 кадрів в секунду.).
Я розглядаю це питання на основі цього відео. Ідея цього полягає в тому, що якщо ви можете успішно передати кутову швидкість двигуна на обертовий диск і створити конфігурацію з відео, ви можете, залежно від геометрії конфігурації та швидкості прецесії, розрахувати кутову швидкість двигуна.
Розрахунок можна знайти тут, сторінки 4-6, проблема W14D3-2 Рішення Проблема Підвішений гіроскоп . Наприкінці задачі ви маєте таку формулу, де всі параметри визначені в документі:
Для вашого сценарію ви можете скористатися наведеною вище формулою, але для обчислення ω s "role =" Презентація "style =" position: relative; "> ω ω s" role = "Презентація" style = "position: relative;"> ω s "role =" Презентація "style =" position: relative; "> s ω s" role = "Презентація" style = "position: relative;"> ω s "role =" Презентація "style =" position: relative; " > ω ω s "role =" презентація "style =" position: relative; "> s шляхом вимірювання Ω" role = "Презентація" style = "position: relative;"> Ω Ω "role =" презентація "style =" position: relative; "> Ω" role = "Презентація" style = "position: relative;"> Ω .
Сподіваюся, це додає проблемі іншої точки зору, ніж запропонована до цього часу.
Як бачимо, є десятки експериментів, які можуть вам допомогти, але більш простим і точним способом може бути прикріплення дуже маленького світла до будь-якої випадкової точки на колесі та його ввімкнення. Потім ви можете обертати колесо при бажаних об/хв і приєднати якийсь датчик освітленості високої інтенсивності (рівний маленькому світлу, прикріпленому до вашого колеса). Тоді датчик може підрахувати, скільки часу було виявлено світло даної інтенсивності, ви можете змінити його так, щоб кожен раз, коли виявляється промінь світла даної інтенсивності, датчик позначав його звуковим сигналом і підраховував загальну кількість звукових сигналів.