Баасы төмөн реометр: 11 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:36

Бул көрсөтмөнүн максаты - суюктуктун илешкектүүлүгүн эксперименталдык түрдө табуу үчүн арзан баадагы реометрди түзүү. Бул долбоор Браун университетинин механикалык системалардын титирөө классындагы студенттери жана аспиранттары тарабынан түзүлгөн.

Реометр - бул суюктуктардын илешкектүүлүгүн өлчөө үчүн колдонулуучу лабораториялык аппарат (суюктуктун калыңдыгы же жабышкактыгы - суу менен балга окшош). Суюктуктун илешкектүүлүгүн өлчөөчү реометрлер бар, алар суюктукка чөмүлгөн системанын реакциясын өлчөө менен. Бул арзан реометрдик долбоордо биз ар кандай жыштыкта жоопту өлчөө үчүн спикерге тиркелген сферадан жана булактан вибрация системасын түздүк. Бул жооптун ийри сызыгынан суюктуктун илешкектүүлүгүн таба аласыз.

Берилиштер:

Керектүү материалдар:

Турак жай курулушу:

• ДСП (11 '' W x 9 '' H) (бул жерде) $ 1.19
• 12 x 8-32 x 3/4 '' Hex head screws (бул жерде) $ 9.24 TOT
• 12 x 8-32 Hex гайкасы (бул жерде) $ 8.39
• 4 x 6-32 x ½’Hex баш бурамасы (бул жерде) $ 9.95
• 4 x 6-32 Hex гайкасы (бул жерде) $ 5.12
• 9/64 '' Аллен ачкычы (бул жерде) $ 5.37

Электроника:

• 12V Power Supply (бул жерде) $ 6.99
• Күчөткүч (бул жерде) $ 10.99
• Aux Cable (бул жерде) $ 7.54
• Jumper Wire (төмөндө караңыз)
• Alligator Clips (бул жерде) $ 5.19
• Спикер (бул жерде) $ 4.25
• Screw Driver (бул жерде) $ 5.99

Жаз жана чөйрөнү орнотуу:

• 3D принтер чайыры (өзгөрмөлүү)
• 2 х акселерометр (биз муну колдонгонбуз) $ 29.90
• 10 х аял-эркек асан-үсөн кабели (бул жерде) $ 4.67
• 12 х эркек-эркек асан-үсөн кабели (бул жерде) $ 3.95
• Arduino Uno (бул жерде) $ 23.00
• USB 2.0 C түрү Aдан Bге чейин (бул жерде) $ 3.95
• Нан тактасы (бул жерде) $ 2.55
• Compression Springs (биз муну колдондук) ??
• 2 х Custom Connectors (3D басылган)
• 2 x ⅜’’-16 Hex гайкасы (бул жерде) $ 1.18
• 4 х 8-32 бурама бурама (бул жерде) $ 6.32
• 4 x ¼’’-20 Hex гайкасы (Алюминий) (бул жерде) $ 0.64
• 2 x ¼’’-20’’ Threaded Rod (Алюминий) (бул жерде) $ 11.40
• 7/64 '' Аллен ачкычы
• 5/64 '' Аллен ачкычы
• 4 x 5x2mm 3/16''x1/8 '' Бурамалар (бул жерде) $ 8.69

Башка

• Пластикалык чөйчөк (бул жерде) $ 6.99
• Илешкектикти текшерүү үчүн суюктук (биз каро сиропун, өсүмдүк глицеринин, Хершейдин шоколад сиробун сынап көрдүк)

ЖАЛПЫ БААСЫ: $ 183.45*

*3D принтердин чайырын же суюктугун камтыбайт

Куралдар

• Лазердик кескич
• 3D принтер

Программалык камсыздоо керек

• MATLAB
• Arduino

Файлдар жана код:

• Турак жай курулушу үчүн Adobe Illustrator файлы (Rheometer_Housing.ai)
• Динамик контроллери GUI (ENGN1735_2735_Vibrations_Lab_GUI_v2.mlapp)
• Arduino Rheometer File (rheometer_project.ino)
• Сфера сетка файлдары (cor_0.9cmbody.stl жана cor_1.5cmbody.stl)
• Custom Connector ASCII геометрия файлы (Connector_File.step)
• MATLAB Code 1 (ff_two_signal.m)
• MATLAB Code 2 (accelprocessor_foruser.m)
• MATLAB Code 3 (rheometer_foruser.m)

1 -кадам: 1 -бөлүк: Орнотуу

Эксперименталдык платформаны кантип орнотсо болот.

2 -кадам: 3D Басып чыгаруу жана Лазердик Бардык Тетиктерди Кесүү (Өзгөчө Коннекторлор, Сфералар жана Турак -жай)

3 -кадам: Электрониканы төмөндө көрсөтүлгөндөй туташтырыңыз

Эскертүү маанилүү: Бул бөлүмдөгү бардык кадамдар аягына чыкмайынча, электр энергиясын розеткага туташтырбаңыз! КАНДАЙ ӨЗГӨРТҮҮЛӨРДИ КЫЛГАНДА БИЙЛИКТИ ӨНҮКТҮРҮҮНҮ АР ДАЙЫМ ӨЧҮРҮҢҮЗ.

Баштоо үчүн, күчөткүчтүн баскычын башка жакка каратып жайгаштырылганын текшериңиз. Аллигатордун клиптерин жана секиргич зымдарын күчөткүчтүн сол жак түбүндөгү терминалдарга туташтырыңыз. Электр шнурун жана анын секирүүчү зымын күчөткүчтүн сол жагындагы терминалдарга туташтырыңыз. Зым казыктарын бекитүү үчүн терминалдык туташуунун учтарын бурап коюңуз. Оң жана терс терминалдардын күчөткүчтөгү терминалдарга туура келгенине жана аллигатордун клиптерине спикерге бекитилишин камсыз кылыңыз. Бул эки клип контактта болбогонун текшериңиз.

4 -кадам: GUI орнотуу

Эми электроника орнотулганда, биз GUIди сынап көрө алабыз, бул бизге динамикти айдоого жана суюктугубузга чөмүлгөн вибрация системасын түзүүгө мүмкүндүк берет. Динамик биздин компьютердеги аудио чыгаруу системасы тарабынан башкарылат. MATLAB жана жогоруда камтылган GUI кодун жүктөп алуу менен баштаңыз. ЭСКЕРТҮҮ: LED Lights орнотуулары бар, алар колдонулбайт жана этибарга алынбайт.

MATLABты ачкандан кийин, "info = audiodevinfo" буйрук терезесинде төмөнкүлөрдү аткарыңыз жана "чыгаруу" опциясын эки жолу чыкылдатыңыз. Тышкы гарнитура/спикердин ID номерин табыңыз. Бул сиздин машинаңызга жараша "Динамик / гарнитура …" же "Тышкы …" же "Камтылган Чыгуу …" сыяктуу болот. "Тышкы спикердин IDсин" ушул ID номерине коюңуз.

Эми биздин система туура орнотулганын текшерип көрөлү. КОМПЬЮТЕРДИН КӨЛӨМҮН БААРДЫК ЖҮРГҮЗҮҮГӨ КАЙРЫҢЫЗ. Аудио кабелин компьютериңизден ажыратып, анын ордуна гарнитураны коюңуз. Биз GUIдин чайкоочуга сигнал жөнөтүү үчүн байланышын текшеребиз. Төмөндө көрсөтүлгөндөй текст талаасында айдоочулук жыштык катары 60 Гцти киргизиңиз. (Бул талаа 150 Гцке чейинки баалуулуктарды кабыл алат). Бул сиздин орнотууңуз үчүн мажбурлоочу жыштык. Андан кийин, айдоо амплитудасын болжол менен 0,05 мааниге чейин жылдырыңыз. Андан кийин, гарнитураңызга сигнал жөнөтүү үчүн "Системди күйгүзүү" баскычын басыңыз. Бул гарнитураңыздын каналдарынын бирин (солго же оңго) иштетет. Үн угулганга чейин компьютериңиздин үнүн жогорулатыңыз. "Тутумду өчүрүү" баскычын чыкылдатып, үн угулгандан кийин үн токтотулат. Иштетилип жатканда тутумуңуздун жыштыгын же айдоо амплитудасын өзгөртүү үчүн "Жөндөөлөрдү жаңыртуу" баскычын басыңыз.

5 -кадам: титирөөчү массалык ассамблеяны түзүңүз

Эми биз суюктугубузга чөмүлө турган титирөөчү массалык системаны чогулта баштайбыз. Бул кадамда акселерометрлерди этибарга албаңыз жана сфераны, туташтыргычтарды, алты бурчтуу жаңгактарды жана жазды чогултууга көңүл буруңуз. Колдонуучу коннекторлордун ар биринде болот бурчтуу гайканы бекитүүчү бурамалар жана 5/64 Аллен ачкычы менен бекемдеңиз. Булардын бирин алюминий гекс гайкасы жана алюминий Threaded Rod менен шарга туташтырыңыз. Экөөнү тең жогоруда көрсөтүлгөндөй айкалыштырыңыз. Акыр -аягы, экинчи Threaded Rodны жогорку Connector ичине сайыңыз жана жарым -жартылай алюминий гайкасын бурап салыңыз.

6 -кадам: Accelerometers & Arduino кошуу

Жогорудагы диаграмманы колдонуп, arduino акселерометрлерине туташтырыңыз. Узун асан-үсөн кабелдерин түзүү үчүн эркек-эркек зымдарды колдонуңуз (диаграммада ак, боз, кызгылт көк, көк жана кара) жана аларды ургаачы зымдарга (кызыл, сары, кызгылт сары, жашыл жана күрөң). Экинчи учу акселерометрге туташат. "GND" (Ground) жана "VCC" (3.3 Вольт) акселерометр порттору нан тактасына дал келгенин жана "X" портунун Arduinoдогу A0 жана A3 портторуна дал келгенин текшериңиз.

Акыркы акселерометрлерди 5x3mm 3/16’’x1/8 '' бурамаларын колдонуу менен Vibrating Mass жыйынына тиркеңиз. Сиз Arduino коду иштеши үчүн TOP акселерометрдин A0 жана BOTTOM акселерометрдин A3ка туташканын текшеришиңиз керек.

Ардуинонун өзүн орнотуу үчүн, адегенде arduino программасын компьютериңизге жүктөп алыңыз. USB 2.0 кабелин колдонуп, Arduino компьютериңизге сайыңыз. Берилген файлды ачыңыз же көчүрүп жаңы файлга чаптаңыз. Жогорку тилкедеги Куралга өтүңүз жана Arduino Unoну тандоо үчүн "Board:" үстүнө жылдырыңыз. Бир ылдый, "Портко" келиңиз жана Arduino Uno тандаңыз.

7 -кадам: Акыркы системаны орнотуңуз

Орнотуунун акыркы баскычы-баарын бириктирүү! Аллигатордун клиптерин спикерден чечип, спикерди 6-32 x ½’Hex баш бурамалары, 6-32 гекс гайкасы жана 9/64 '' Аллен ачкыч менен корпустун чокусуна бурап баштаңыз. Андан кийин, титирөөчү массалык куралды (акселерометрлер менен) динамикке сайыңыз. Эң жакшы натыйжага жетүү үчүн акселерометрдин зымдарын чырмап албоо үчүн динамикти бурууну сунуштайбыз. Алюминий гекс гайкасы менен массаны спикерге катуулатыңыз.

Акыр -аягы, корпустун үч жагын үстүнө салыңыз. Турак жайды 8-32 x 3/4 дюймдук бурамалар жана 8-32 гекс гайкаларын колдонуу менен камсыз кылыңыз. Акыры, аллигатордун клиптерин динамикке кайра тиркеңиз. Сиз тестирлөөнү баштоого даярсыз!

Каалаган суюктугуңузду тандап, пластик чөйчөгүңүздү сфера толугу менен чөгүп кеткенче толтуруңуз. Сиз сферанын жарым -жартылай сууга чөгүшүн каалабайсыз, бирок ошондой эле суюктук алюминий алты бурчтуу гайкасына тийип калгыча сферага чөгүп кетүүдөн сак болуңуз.

8 -кадам: 2 -бөлүк: Экспериментти иштетүү

Эми биз жыйынды бүтүргөндөн кийин, биз маалыматтарды жаздыра алабыз. Сиз белгиленген амплитудада 15 - 75 Гц ортосундагы жыштыктарды шыпырып өтөсүз. Биз 5 Гц көбөйтүүнү сунуштайбыз, бирок муну тагыраак жыйынтыктар үчүн өзгөртүүгө болот. Arduino спикердин ылдамдатуусун (жогорку акселерометр) жана csv файлына жаздыра турган сфераны (астыңкы акселерометр) жазат. Берилген MATLAB Code 1 & 2 csv маанилеринде өзүнчө мамычалар катары окулат, сигналды басаңдатуу үчүн эки сигналдык Фурье трансформациясын жасайт жана жогорку жана астыңкы акселерометрдин амплитудалык катышын басып чыгарат. MATLAB Code 3 бул амплитудалык катыштарды жана алгачкы божомол илешкектүүлүгүн кабыл алат жана жыштыктарга каршы эксперименталдык жана эсептелген катыштарды пландаштырат. Болжолдонгон илешкектүүлүгүңүздү өзгөртүп жана бул божомолду эксперименталдык маалыматтарга салыштырып, суюктугуңуздун илешкектүүлүгүн аныктай аласыз.

MATLAB кодун терең түшүндүрүү үчүн тиркелген техникалык документтерди караңыз.

9 -кадам: CSVге маалыматтарды жазуу

Маалыматтарды жаздырууну баштоо үчүн, адегенде орнотууңуз 1 -бөлүмдө сүрөттөлгөндөй аткарылганын текшериңиз. Күчөткүч розеткага сайылганын текшериңиз. Ардуино кодуңузду жогорку оң бурчтагы "Жүктөө" баскычын басып түзмөгүңүзгө жүктөңүз. Бул ийгиликтүү жүктөлгөндөн кийин, "Куралдарга" өтүңүз жана "Сериялык мониторду" тандаңыз. Сериялык Мониторду же Сериялык Плоттерди ачканда, боддун номери коддогу (115200) бауддун номерине барабар экенин текшериңиз. Үстүнкү жана астыңкы акселерометрдин көрсөткүчтөрү болуп түзүлгөн эки мамычаны көрөсүз.

MATLAB GUIди ачыңыз жана эксперимент үчүн айдоочу амплитудасын тандаңыз (биз 0,08 амперди жана 0,16 амперди колдондук). Сиз 15 - 75 Гц жыштыктарын шыпырып өтөсүз, ар бир 5 Гцде маалыматтарды жазасыз (маалыматтардын 13 топтому). Айдоо жыштыгын 15 Гцке коюу менен баштаңыз жана "Системди күйгүзүү" баскычын басып системаны күйгүзүңүз. Бул динамикти күйгүзүп, чөйрөнү алып келип, өйдө -ылдый дирилдейт. Ардуино сериялык мониторуңузга кайтыңыз жана жаңы маалыматтарды чогултуу үчүн "Чыгууну тазалоо" баскычын басыңыз. Бул жөндөөнү болжол менен 6 секундга иштетип, анан Arduino -ны компьютериңизден ажыратыңыз. Сериялык Монитор жазууну токтотот, бул csv файлына болжол менен 4, 500-5, 000 маалымат жазууларын көчүрүү жана чаптоого мүмкүндүк берет. Маалыматтардын эки тилкесин эки өзүнчө тилкеге бөлүңүз (1 жана 2 -графалар). Бул csv "15hz.csv" деп атоо.

Ардуинону кайра компьютериңизге туташтырыңыз (Портту баштапкы абалга келтирүүнү унутпаңыз) жана бул процессти 20 Гц, 25 Гц,… 75 Гц жыштыктар үчүн кайталап, CSV файлдары үчүн ат коюу конвенциясын сактаңыз. Бул файлдарды MATLAB кандай окуй тургандыгы жөнүндө кошумча маалымат алуу үчүн техникалык документти караңыз.

Эгерде сиз амплитудалык коэффициентти жыштыктын үстүнөн байкоону кааласаңыз, анда бул айырмачылыкты визуалдуу түрдө байкоо үчүн Arduino Serial Plotter колдоно аласыз.

10 -кадам: Маалыматыңызды MATLAB коду менен иштетиңиз

Эксперименталдык маалыматтар CSV файлдары түрүндө алынгандан кийин, кийинки кадам - бул биздин кодду маалыматтарды иштетүү үчүн колдонуу. Кодду колдонуу боюнча толук көрсөтмөлөрдү жана негизги математиканы түшүндүрүү үчүн биздин техникалык документти караңыз. Максат - жогорку жана астыңкы акселерометр үчүн ылдамдануу амплитудасын алуу, андан кийин астыңкы амплитудасынын жогорку амплитудага болгон катышын эсептөө. Бул катыш ар бир айдоо жыштыгы үчүн эсептелет. Андан кийин катыштар айдоо жыштыгынын функциясы катары түзүлөт.

Бул сюжет алынгандан кийин, суюктуктун илешкектүүлүгүн аныктоо үчүн дагы бир код топтому (техникалык документте дагы деталдуу түрдө) колдонулат. Бул код колдонуучунун илешкектүүлүгү боюнча алгачкы божомолду киргизүүсүн талап кылат жана бул алгачкы божомол чыныгы илешкектиктен төмөн болушу керек, андыктан өтө төмөн илешкектүүлүгүн божомолдогонуңуз туура, антпесе код туура иштебейт. Код эксперименталдык маалыматтарга дал келген илешкектикти тапкандан кийин, ал төмөндө көрсөтүлгөндөй сюжет пайда кылат жана илешкектүүлүктүн акыркы баасын көрсөтөт. Экспериментти бүтүргөнүңүз менен куттуктайбыз!

11 -кадам: Файлдар

Же болбосо:

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