Rheometer ya Gharama ya chini: Hatua 11 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:48

Madhumuni ya kufundisha hii ni kuunda rheometer ya gharama nafuu ili kupata majaribio ya mnato wa giligili. Mradi huu uliundwa na timu ya wanafunzi wa shahada ya chini ya Chuo Kikuu cha Brown na wanafunzi waliohitimu katika darasa Vibration ya Mifumo ya Mitambo.

Rheometer ni kifaa cha maabara kinachotumiwa kupima mnato wa maji (jinsi unene au nene ya maji - fikiria maji dhidi ya asali). Kuna viunzi fulani ambavyo vinaweza kupima mnato wa maji kwa kupima mwitikio wa mfumo wa kutetemeka uliozama kwenye giligili. Katika mradi huu wa gharama nafuu wa rheometer, tuliunda mfumo wa kutetemeka kutoka kwa duara na chemchemi iliyoambatanishwa na spika ili kupima majibu kwa masafa tofauti. Kutoka kwa safu hii ya majibu, unaweza kupata mnato wa giligili.

Ugavi:

Vifaa vinahitajika:

Mkutano wa Makazi:

• Bodi ya chembe (11 '' W x 9 '' H) (hapa) $ 1.19
• 12 x 8-32 x 3/4 "vichwa vya kichwa vya Hex (hapa) $ 9.24 jumla
• 12 x 8-32 Hex nut (hapa) $ 8.39
• 4 x 6-32 x ½’’ Hex kichwa screw (hapa) $ 9.95
• 4 x 6-32 Hex nut (hapa) $ 5.12
• 9/64 "Allen Key (hapa) $ 5.37

Umeme:

• Ugavi wa Nguvu ya 12V (hapa) $ 6.99
• Amplifier (hapa) $ 10.99
• Cable ya Aux (hapa) $ 7.54
• Jumper Wire (tazama hapa chini)
• Sehemu za Alligator (hapa) $ 5.19
• Spika (hapa) $ 4.25
• Screw Dereva (hapa) $ 5.99

Usanidi wa Sphere na Sphere:

• Risasi ya printa ya 3D (inayobadilika)
• 2 x accelerometers (tulitumia hizi) $ 29.90
• Kamba 10 za upinde wa mvua za kike-za kiume (hapa) $ 4.67
• Kamba za upinde wa mvua za kiume 12 x (hapa) $ 3.95
• Arduino Uno (hapa) $ 23.00
• Cable ya USB 2.0 Aina ya A hadi B (hapa) $ 3.95
• Bodi ya mkate (hapa) $ 2.55
• Vipindi vya kukandamiza (tumetumia hizi) ??
• 2 x Viunganishi vya Kimila (3D iliyochapishwa)
• 2 x ⅜’’ - karanga 16 za Hex (hapa) $ 1.18
• 4 x 8-32 Weka Screws (hapa) $ 6.32
• 4 x ¼’’ - 20 Hex nut (Aluminium) (hapa) $ 0.64
• 2 x ¼’’ - 20’’ Threaded Rod (Aluminium) (hapa) $ 11.40
• 7/64 "Ufunguo wa Allen
• 5/64 "Ufunguo wa Allen
• 4 x 5x2mm 3 / 16'x1 / 8 '' Screws (hapa) $ 8.69

Nyingine

• Kombe la Plastiki (hapa) $ 6.99
• Kioevu kupima mnato (tulijaribu karo syrup, glycerine ya mboga, syrup ya chokoleti ya Hershey)

GHARAMA KWA JUMLA: $ 183.45 *

* haijumuishi resini ya printa ya 3D au kioevu

Zana

• Laser Cutter
• Printa ya 3D

Programu Inahitajika

• MATLAB
• Arduino

Faili na Nambari:

• Faili ya Adobe Illustrator ya mkutano wa nyumba (Rheometer_Housing.ai)
• Spika ya Mdhibiti wa Spika (ENGN1735_2735_Vibrations_Lab_GUI_v2.mlapp)
• Faili ya Arduino Rheometer (rheometer_project.ino)
• Faili za mesh ya Sphere (cor_0.9cmbody.stl na cor_1.5cmbody.stl)
• Faili ya jiometri ya Kiunganishi maalum ASCII (Kontakt_File.step)
• Nambari ya MATLAB 1 (ff_two_signal.m)
• Nambari ya MATLAB 2 (accelprocessor_foruser.m)
• Msimbo wa MATLAB 3 (rheometer_foruser.m)

Hatua ya 1: Sehemu ya 1: Sanidi

Jinsi ya kuanzisha jukwaa la majaribio.

Hatua ya 2: Uchapishaji wa 3D na Laser Kata Sehemu zote (Viunganishi vya kawaida, Nyanja, na Makazi)

Hatua ya 3: Unganisha Elektroniki kama inavyoonyeshwa hapo chini

Muhimu kumbuka: Usizie umeme ndani ya duka hadi hatua zote katika sehemu hii zikamilike! DAIMA ZUA UZITO WA NGUVU WAKATI WA KUFANYA MABADILIKO YOYOTE.

Kuanza, hakikisha kipaza sauti kimewekwa na kitovu kikiangalia mbali. Unganisha klipu za alligator na waya za kuruka kwenye vituo vya mkono wa kushoto-chini kwenye kipaza sauti. Ambatisha kamba ya umeme na waya wake wa kuruka kwenye vituo vya mkono wa kushoto juu kwenye kipaza sauti. Punguza mwisho wa unganisho la wastaafu ili kupata pini za waya. Hakikisha kuwa vituo vyema na hasi vinajipanga vizuri na vituo kwenye amp na klipu klipu za alligator kwa spika. Hakikisha kwamba klipu hizi mbili haziwasiliani.

Hatua ya 4: Sanidi ya GUI

Sasa kwa kuwa vifaa vya elektroniki vimewekwa, tunaweza kujaribu GUI ambayo itaturuhusu kuendesha spika na kuunda mfumo wa kutetemesha ulioingia kwenye maji yetu. Spika itadhibitiwa na mfumo wa pato la sauti kwenye kompyuta yetu. Anza kwa kupakua MATLAB na nambari ya GUI iliyojumuishwa hapo juu. KUMBUKA: kuna mipangilio ya Taa za LED ambazo hazitatumika na zinapaswa kupuuzwa.

Mara baada ya kufungua MATLAB, endesha yafuatayo kwenye dirisha la amri, "info = audiodevinfo" na bonyeza mara mbili kwenye chaguo la 'pato'. Pata nambari ya kitambulisho kwa chaguo la sauti za nje / spika. Itakuwa kitu kama "Spika / vichwa vya sauti…" au "Nje …" au "Pato la Kujengwa …" kulingana na mashine yako. Weka "Kitambulisho cha msemaji wa nje" kwa nambari hii ya kitambulisho.

Sasa wacha tujaribu kwamba mfumo wetu umewekwa kwa usahihi. BADILI KOMPYUTA YAKO YA KOMPYUTA NJIA ZOTE. Chomoa kebo ya Sauti kutoka kwa kompyuta yako na badala yake ingiza seti ya vichwa vya sauti Tutajaribu unganisho kwa GUI kutuma ishara kwa kitetemeshaji. Ingiza 60 Hz kama masafa ya kuendesha gari kwenye uwanja wa maandishi kama inavyoonyeshwa hapa chini. (Sehemu hii inakubali maadili hadi 150 Hz). Huu ni mzunguko wa kulazimisha kwa usanidi wako. Halafu, teleza urefu wa kuendesha gari hadi thamani ya takriban 0.05. Kisha, bonyeza kitufe cha "Washa mfumo" ili kutuma ishara kwa vichwa vya sauti vyako. Hii itasababisha moja ya njia (kushoto au kulia) ya vichwa vya sauti. Ongeza sauti ya kompyuta yako hadi sauti iweze kusikika. Piga "Zima mfumo" mara tu sauti inayosikika ikisikika na hakikisha sauti inaacha kucheza. Ili kubadilisha frequency au kuendesha amplitude ya mfumo wako wakati inaendesha, bonyeza kitufe cha "Refresh mipangilio".

Hatua ya 5: Unda Mkutano wa Misa ya Kutetemeka

Sasa tutaanza kukusanya mfumo wa molekuli unaotetemeka ambao tutatumbukiza kwenye majimaji yetu. Puuza kasi ya kuongeza kasi katika hatua hii na uzingatia kukusanyika kwa tufe, viunganishi, karanga za hex, na chemchemi. Salama nati ya hex ya chuma katika kila kiunganishi cha kawaida na visu zilizowekwa na 5/64 Allen Key. Unganisha moja ya haya kwa nyanja na alumini hex nut na alumini Threaded Rod. Unganisha zote mbili kama ilivyoonyeshwa hapo juu. Mwishowe, futa Fimbo ya pili iliyofungwa ndani ya Kiunganishi cha juu na sehemu ya screw kwenye nut ya aluminium.

Hatua ya 6: Ongeza Accelerometers & Arduino

Kutumia mchoro hapo juu, unganisha arduino kwa accelerometers. Kuunda nyaya ndefu za upinde wa mvua, tumia waya wa kiume-wa kiume (pichani kwenye mchoro kama nyeupe, kijivu, zambarau, hudhurungi, na nyeusi) na uziunganishe na waya wa kike-wa kiume (nyekundu, manjano, machungwa, kijani kibichi, na kahawia). Mwisho wa pili utaunganishwa na accelerometers. Hakikisha kwamba bandari za kuongeza kasi za "GND" (Ground) na "VCC" (3.3 Volts) zinaendana na ubao wa mkate na kwamba bandari ya "X" inalingana na bandari za A0 na A3 huko Arduino.

Ambatisha viboreshaji vya mwisho kwenye mkusanyiko wa Misa ya Vibrating kwa kutumia screws za 5x3mm 3 / 16'x1 / 8 ''. Utahitaji kuhakikisha kuwa kipima kasi cha juu cha TOP kimeunganishwa na A0 na kipima kasi cha BOTTOM kwa A3 ili nambari ya Arduino ifanye kazi.

Kuanzisha Arduino yenyewe, kwanza pakua programu ya arduino kwenye kompyuta yako. Chomeka Arduino kwenye kompyuta yako kwa kutumia kebo ya USB 2.0. Fungua faili iliyotolewa au unakili na ibandike kwenye faili mpya. Nenda kwenye Zana kwenye upau wa juu na hover juu ya "Bodi:" kuchagua Arduino Uno. Moja chini, hover juu ya "Port" na uchague Arduino Uno.

Hatua ya 7: Sanidi Mfumo wa Mwisho

Hatua ya mwisho ya kuanzisha - kuiweka yote pamoja! Anza kwa kuvua vipande vya alligator kutoka kwa spika na kukokota spika juu ya mkutano wa nyumba na 6-32 x ½’’ Hefu za kichwa za Hex, nati 6x2 ya hex na 9/64 Allen Key. Ifuatayo, ondoa mkusanyiko wa misa inayotetemeka (na kasi ya kasi) ndani ya spika. Kwa matokeo bora, tunapendekeza kugeuza spika ili kuepusha kuibana waya za kasi. Kaza misa kwa spika na nati ya alumini hex.

Mwishowe, weka pande tatu za mkutano wa nyumba juu. Salama mkutano wa nyumba ukitumia screws za kichwa cha 8-32 x 3/4 Hex na karanga 8x2 za hex. Mwishowe, inganisha tena klipu za alligator kwa spika. Uko tayari kuanza kujaribu!

Chagua majimaji yako ya chaguo na ujaze kikombe chako cha plastiki hadi tufe limezama kabisa. Hutaki uwanja huo uzamishwe kwa sehemu, lakini pia kuwa mwangalifu usizamishe tufe hadi sasa kwamba giligili inagusa nati ya alumini hex.

Hatua ya 8: Sehemu ya 2: Kuendesha Jaribio

Sasa kwa kuwa tumemaliza mkutano wetu, tunaweza kurekodi data zetu. Utafuta kupitia masafa kati ya 15 - 75 Hz kwenye seti ya kuendesha gari. Tunapendekeza nyongeza ya 5 Hz, lakini hii inaweza kubadilishwa kwa matokeo sahihi zaidi. Arduino itarekodi kuongeza kasi kwa spika (accelerometer ya juu) na uwanja (kasi ya chini) ambayo utarekodi kwenye faili ya csv. Msimbo wa MATLAB 1 na 2 uliyopewa utasomeka kwa nambari za csv kama safu wima tofauti, fanya ishara nne za ishara nne ili kupunguza kelele, na uchapishe uwiano wa amplitude wa kasi ya juu na chini. Msimbo wa 3 wa MATLAB utakubali uwiano huu wa kiwango cha juu na mnato wa mapema uliobadilishwa na kupanga viwango vya majaribio na mahesabu dhidi ya masafa. Kwa kutofautisha mnato wako wa kukadiria na kulinganisha kuibua nadhani hii na data ya majaribio, utaweza kuamua mnato wa giligili yako.

Kwa maelezo ya kina ya nambari ya MATLAB, angalia nyaraka za kiufundi zilizoambatishwa.

Hatua ya 9: Kurekodi Takwimu katika CSV

Kuanza kurekodi data, kwanza hakikisha usanidi wako umekamilika kama ilivyoelezewa katika Sehemu ya 1. Hakikisha kwamba Kikuza kazi kimechomekwa kwenye duka la umeme. Pakia nambari yako ya Arduino kwenye kifaa chako kwa kubofya kitufe cha "Pakia" kwenye kona ya juu kulia. Mara tu inapopakiwa kwa mafanikio, nenda kwenye "Zana" na uchague "Monitor Serial." Hakikisha kwamba unapofungua Serial Monitor au Serial Plotter kwamba nambari ya baudd ni sawa na nambari ya baudd kwenye nambari (115200). Utaona safu mbili za data zinazozalishwa ambazo ni usomaji wa kasi ya juu na chini.

Fungua MATLAB GUI na uchague amplitude ya kuendesha gari kwa jaribio lako (tulitumia 0.08 amperes na 0.16 amperes). Utafuta kupitia masafa 15 - 75 Hz, kurekodi data kila 5 Hz (seti 13 za jumla ya data). Anza kwa kuweka mzunguko wa kuendesha hadi 15 Hz na washa mfumo kwa kupiga "Washa mfumo." Hii itawasha spika yako, na kusababisha tufe na kusanidi kutetemeka juu na chini. Rudi kwa Arduino Serial Monitor yako na ugonge "Futa Pato" ili kuanza kukusanya data mpya. Wacha usanidi huu uendeshe kwa sekunde 6, kisha ondoa Arduino kutoka kwa kompyuta yako. Monitor Serial itasimamisha kurekodi, ikiruhusu kunakili kwa mikono na kubandika karibu viingilio vya data 4, 500-5, 000 kwenye faili ya csv. Gawanya safu mbili za data kwenye safu mbili tofauti (Safu wima 1 na 2). Badilisha jina la csv hii "15hz.csv".

Chomeka Arduino yako tena kwenye kompyuta yako (uhakikishe kuweka tena Bandari) na urudie mchakato huu kwa masafa 20 Hz, 25 Hz,… 75Hz ukihakikisha unafuata mkutano wa kutaja majina ya faili za CSV. Tazama hati ya kiufundi kwa habari zaidi juu ya jinsi faili hizi zinasomwa na MATLAB.

Ikiwa ungependa kuona mabadiliko ya uwiano wa amplitude juu ya kufagia masafa, unaweza kutumia Arduino Serial Plotter kuibua tofauti hii.

Hatua ya 10: Tengeneza Takwimu zako na Msimbo wa MATLAB

Mara tu data ya majaribio inapopatikana kwa njia ya faili za CSV, hatua inayofuata ni kutumia nambari yetu iliyotolewa kusindika data. Kwa maagizo ya kina juu ya kutumia nambari na ufafanuzi wa hesabu ya msingi, angalia hati yetu ya kiufundi. Lengo ni kupata ukubwa wa kasi kwa kasi ya juu na chini, kisha kuhesabu uwiano wa amplitude ya chini na amplitude ya juu. Uwiano huu umehesabiwa kwa kila mzunguko wa kuendesha. Uwiano huo hupangwa kama kazi ya mzunguko wa kuendesha.

Mara tu kiwanja hiki kitakapopatikana, seti nyingine ya nambari (iliyofafanuliwa tena katika hati ya kiufundi) hutumiwa kuamua mnato wa maji. Nambari hii inahitaji mtumiaji kuingiza nadhani ya awali kwa mnato, na ni muhimu kwamba nadhani hii ya kwanza iko chini kuliko mnato halisi, kwa hivyo hakikisha nadhani mnato wa chini sana vinginevyo nambari hiyo haitafanya kazi vizuri. Msimbo ukishapata mnato unaofanana na data ya majaribio, itazalisha njama kama ile iliyoonyeshwa hapa chini na itaonyesha thamani ya mwisho ya mnato. Hongera kwa kumaliza jaribio!

Hatua ya 11: Faili

Vinginevyo:

drive.google.com/file/d/1mqTwCACTO5cjDKdUSCUUhqhT9K6QMigC/view?usp=sharing