מצגת סופית-חלק א: מערכת אקוסטית לניתוח תכונות פיזיות של...

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