מצגת סופית-חלק א: מערכת אקוסטית לניתוח תכונות פיזיות של...
DESCRIPTION
הטכניון - מכון טכנולוגי לישראל הפקולטה להנדסת חשמל. המעבדה למערכות ספרתיות מהירות. מצגת סופית-חלק א: מערכת אקוסטית לניתוח תכונות פיזיות של חומרים. סמסטר א' תשס"ב פרויקט א'+ב' מבצעים : סאלח סמארה פואד חדאד מנחה :ד"ר מיכאל גנדלסמן. תזכורת למטרת ומבנה הפרויקט : . מטרת הפרויקט - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
11
מצגת סופית-חלק א:מצגת סופית-חלק א:
מערכת אקוסטית לניתוח מערכת אקוסטית לניתוח תכונות פיזיות של חומריםתכונות פיזיות של חומרים
בבאאפרויקטפרויקטבבתשסתשסאאסמסטרסמסטר
סמארהסמארהסאלחסאלחמבצעיםמבצעים
פואדפואדחדאדחדאד
גנדלסמןגנדלסמןמיכאלמיכאלררדדמנחהמנחה
הטכניון - מכון טכנולוגי לישראל
הפקולטה להנדסת חשמלהמעבדה למערכות ספרתיות מהירות
22
תזכורת למטרת ומבנה הפרויקט : תזכורת למטרת ומבנה הפרויקט :
מטרת הפרויקט
בניית מערכת לצורך ניתוח תכונות בניית מערכת לצורך ניתוח תכונות פיזיות של חומרים, בהסתמך על ניתוח פיזיות של חומרים, בהסתמך על ניתוח
הגלים האקוסטיים והרעידות הגלים האקוסטיים והרעידות המתפתחים עקב פגיעה של כדור קשיח המתפתחים עקב פגיעה של כדור קשיח
בחומר הנבדק.בחומר הנבדק.
33
המוצר הסופי : המוצר הסופי :
44
250 250 mmmm גובה נפילת כדור גובה נפילת כדור
12 12 mmmm קוטר כדור קוטר כדור
25 25 mmmm מרחק אופקי בין החיישנים מרחק אופקי בין החיישנים
20mm20mm מרחק אנכי בין המשטח לחיישניםמרחק אנכי בין המשטח לחיישנים
100X100 100X100 mmmm^2^2 ממדי החומר הנבדק ממדי החומר הנבדק
ממדים מכניים : ממדים מכניים :
55
דיאגרמת בלוקים כוללת : דיאגרמת בלוקים כוללת :
חיישניםלקליטת האותות
סינון האותות
דגימה+
הצגת קובץ פלט(ממשק גרפי)
Iשלב IIשלב IIIשלב
66
שלב ראשון שלב ראשון
שלב זה מתייחס לחיישנים המשמשים לקליטת האותות, במילים אחרות בחירת
אמצעי הקלט של אותות הכניסה לפני עיבודם.
77
רכיבים רכיבים
מיקרופון 200Hz – 15000Hz המיקרופון נדרש לקלוט רעש אקוסטי בתחום התדרים
ועל כן בחרנו במיקרופון בעל הספיספיקציות הבאות :
• Response…………………………………50-18000 Hz.
• Sensitivity………………………………..-65dB ±3dB.
• Dynamic Range………………………..0 dB - -65dB.
• Power Supply……………………………DC 1.5 volt.
• Impedance…………………………...…1 K ohms.
88
רכיבים רכיבים
משתמשים במגבר אחרי המיקרופון כי :
להגביר את האות על מנת להתאימו לכניסות המסננים.1(
. ( מדובר במיקרופון קיבולי בעל התנגדות פנימית גדולה2
• Frequency Response……………….150 – 15000 Hz
• Power Supply………………………….AC or DC 12 volt.
Amplifier100mV
SIGNAL
GND
±5V
99
רכיבים רכיבים (Accelerometerמד תאוצה )
Vibration monitorספיספיקציות
+Volt5 מתח אספקה..................................•
mA 20 צריכת זרם מקסימלית...................…•
Hz 0.3-10000 רוחב סרט.................................•
±100 ......................... ( mV/g) רגישות •
(g)±10 טווח הכניסות..................................... •
1010
רכיבים רכיבים
חיישנים אופטיים
למערכת. Trigger מהווים כניסת Opto couplers ה –
-5 במעבר הכדור דרך קרן האור תהיה ירידת מתח מv -ל 0v .
• Power Supply………………………………+5 Volt
• Supply Current……………………………. 20mA
, nsec 10 דורשת רוחב פולס מינימלי של DAQcהחומרה שלנו ה •מעבר הכדור בין שני החיישנים האופטיים נותן רוחב פולס גדול פי
כמה סדרי גודל.
מצד שני דרישה זו יכולה לפגוע באמינות המערכת, לכן יש צורך •בהצרת הפולס הנגרם מרעשים ע"י חיבור נגד-קבל בין מוצא
החיישנים האופטיים לבין כניסת הכרטיס.
1111
שלב שני שלב שני
שלב זה מקבל את האותות משלב הקודם ומסנן אותם מרעשים ומגביל את
האותות לרוחב סרט שתוחם את התדרים הרצויים.
1212
Filters CardFilters Card
של MAX291 מסוג ( LP Filter) בחרנו במסננים בעלי התכונות הבאות :Maximחברת
• Clock Tunable Corner-Frequency…….. 0.1-25000 Hz.
• External Clock.
• Clock to Corner-Frequency Ratio………………..…100:1
• Power supply…………………………………….…. ± 5 Volts.
•Supply Current (max)…………………………..……...22mA.
1313
Filters CardFilters Card
: קביעת תדר הקטעון :קביעת תדר הקטעון
תדר מקסימלי של אות המיקרופון הוא 12 kHz -8 וkHz עבור האות
המתקבל ממד התאוצה, לכן מכוונים .15kHzאת תדר הקיטעון להיות
1414
Filters CardFilters Card :MAX291קביעת תדר הקטעון ב-
אופן פעולת המסנן :
( נקבע לפי :15KHzשהוא בעצם תדר הקיטעון )דורשים תדר הדגימה
Clock to Corner-Frequency Ratio External Clock frequency/
15 kHz = (Clock freq.) ÷ 100
Clock frequency = 1.5 MHz
,כך שקיימת אפשרות לשינוי תדר DAQcהתדר מסופק מכרטיס ה- הקיטעון באמצעות התוכנה לפי היחס שרשום לעיל.
1515
:הסימולציה הבאה מדגימה את אופן עבודת המסננים
Cut off frequency = Clock frequency/100
= 100k / 100 = 1k.
בסימולציה סיפקנו למסנן באמצעות מחולל אותות שני אותות סינוסידיאלים אחד .Volts 2.2 ואמפליטודה KHz 1.2 ושני בתדר Hz 740 בתדר
ובדקנו מ המתקבל במוצא המסננים .
1616
1717
Filters CardFilters Card
יש לתת את הדעת ל :
.± Volts 5 מתח האספקה של המסננים הוא •
.DAQc ע"י כרטיס ה Filters Card מתח אספקת •
, ולכן השתמשנו Volts 5+ מספק מתח של DAQc ה•
.DC to DC Converter ברכיב
1818
Filters CardFilters Card התבצעה תוך לקיחה בחשבון את.DC to DC Conבחירת ה •
. יכולת הדחיפה שלו מול צריכת זרם של הרכבים בכרטיס
L.P.F L.P.F L.P.F L.P.F
22mA 22mA 22mA 22mA
Current from DC to DC Con.
( בעל יכולת דחיפת זרם של NEWPORT )יצרן NMH0505Sלכן בחרנו ברכיב 200mA.
AccelerometerOpto
Coupler
20mA
DC-DCConverter
+5 Volt
GND
+5 volt
GND
-5 volt
1W
1W
20mA
1919
Opto-Couplers Connector
Open collector output
R-C Connection
2020
Microphone Connector
Accelerometer Connector
X-axis
Y-axis
Z-axis
2121
+5v
-5v
CLk
2222
Output For Solenoid
Solid State relay
Input Signal from software
2323
שלב שלישישלב שלישי
שלב זה מטפל בסוגיות הבאות :
: חומרה•
.DAQc חיבור חשמלי בין כרטיס המסננים לבין ה-
תוכנה :•
DAQc , (Device Driver)( הפעלת כרטיס ה-1
(Graphical User Interface )( מנשק גרפי למשתמש , 2
הפעלת הכרטיס והמנשק הגרפיממומשים בעזרת התוכנה
LABVIEW .
2424
חיבור חשמלי בין חיבור חשמלי בין
הכרטיסיםהכרטיסים Adapter הוא DAQcהמוצא של כרטיס ה •
cable של
68 I/O pins שמתחבר לקופסת חיבורים שמתחברת
מצד שני לכרטיס המסננים.
רשימת הכניסות שנשתמש בהן :
I/O GND Name Pin
I אות המיקרופון AIGND 67 ACH0 68
I Xויברציות בכוון AIGND 32 ACH1 33
I Yויברציות בכוון AIGND 64 ACH2 65
I Zויברציות בכוון AIGND 29 ACH2 30
I הטריגר של החיישנים DGND 12 PFI0/TRIG1 11O מתח אספקה DGND 9 +5V 8O אות השעון GPCTR0_OUT 2
O פולס לסוליויד GPCTR1_OUT 40
2525
סנכרון זמניםסנכרון זמנים
במקרה שלנו רוחב הפולס שנוצר כתוצאה מנפילת הכדור הוא גדול בהרבה
nsec 10סדרי גודל מ-
הכניסות 10שליטה חיצונית על תזמון של ההתקן מתבצעת דרך •PFI<0…9 >
כניסות אלה ניתנות לתכנון לפי הצורך .
לכרטיס. Trigger שמשמת כ- PFI0 אנו נשתמש בכניסה
לפחות.10ns יש לדאוג שהרוחב יהיה יותר מ –
2626
2727
LABVIEWLABVIEW דרך תוכנת דרך תוכנת DAQcDAQcהפעלת ה- הפעלת ה-
מתפעלים בעזרת תוכנת המחשב DAQc את ה- •
Version 6i LabView.
מגדירים את אופן פעולת ה – LabViewבאמצעות ה – •DAQc:
.D/A Inputs * הגדרת
* קצב דגימה.
( .Triggering * סנכרון )
* אופן הצגת דגימות האותות )גרפי+מערך נתונים(.
מאפשר ממשק גרפי וידידותי למשתמש. LabView בנוסף ה •
2828
LABVIEWLABVIEW דרך תוכנת דרך תוכנת DAQcDAQcהפעלת ה- הפעלת ה- :LabViewהמימוש ב- •
כניסה Virtual Instrumentממשנו מערוץ נתונים שאוספת בכניסה דיגיטלית.Triggerאנלוגי אחד או יותר ברגע שחל
שנדגמו הנקודות שמספר ברגע מופסק הנתונים איסוף תהליך שנקבע על ידי מבצע Number of scans to acquireמשתווה ל-
הניסוי.
הוא הדגימה אומרת Buffered acquisitionתהליך זאת , שהמידע נשמר בשלב ביניים בתוך חוצץ בזיכרון אחרי שנדגם על ידי
,והמידע נקרא מהחוצץ לפי הערך הרשום בשדה DAQכרטיס ה –Number of Scans to read ומוצג כגרף על הצג ונכתב לתוך
קובץ.
2929
3030
GENERATE THE CLOCK
3131
GENERATE A PULSE
3232
THE SAMPELING DIAGRAM
3333
3434
3535
3636
3737
3838
יתקבל בכניסה Triggerה- PFI0/TRIG
3939
THERE IS NO TRIGGER
CODE = 10800 WAIT
OK
4040
4141
לוח זמנים לוח זמנים
השלמת המערכת + שילוב עם המתקן. •
בדיקת אמינות המערכת.•
ביצוע סינכרון זמנים לקבלת רוחב פולס שיתאים לנפילה של כדור •אחד
בלבד