FIZIČKO-TEHNIČKA MERENJA: MERENJE BRZINE I UBRZANJA

Σχετικά έγγραφα
1 UPUTSTVO ZA IZRADU GRAFIČKOG RADA IZ MEHANIKE II

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

FTN Novi Sad Katedra za motore i vozila. Teorija kretanja drumskih vozila Vučno-dinamičke performanse vozila: MAKSIMALNA BRZINA

OM2 V3 Ime i prezime: Index br: I SAVIJANJE SILAMA TANKOZIDNIH ŠTAPOVA

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

Novi Sad god Broj 1 / 06 Veljko Milković Bulevar cara Lazara 56 Novi Sad. Izveštaj o merenju

RAČUNSKE VEŽBE IZ PREDMETA POLUPROVODNIČKE KOMPONENTE (IV semestar modul EKM) IV deo. Miloš Marjanović

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 1 OSNOVNA KOLA SA DIODAMA

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

II. ODREĐIVANJE POLOŽAJA TEŽIŠTA

FIZIČKO-TEHNIČKA MERENJA: MERENJE SILE, NAPREZANJA I MOMENTA

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

nvt 1) ukoliko su poznate struje dioda. Struja diode D 1 je I 1 = I I 2 = 8mA. Sada je = 1,2mA.

IZRAČUNAVANJE POKAZATELJA NAČINA RADA NAČINA RADA (ISKORIŠĆENOSTI KAPACITETA, STEPENA OTVORENOSTI RADNIH MESTA I NIVOA ORGANIZOVANOSTI)

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

Računarska grafika. Rasterizacija linije

numeričkih deskriptivnih mera.

STATIČKE KARAKTERISTIKE DIODA I TRANZISTORA

MEHANIKA FLUIDA. Isticanje kroz otvore sa promenljivim nivoom tečnosti

Mašinsko učenje. Regresija.

TEHNIƒKA MEHANIKA 2 Osnovne akademske studije, III semestar

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

III VEŽBA: FURIJEOVI REDOVI

Inženjerska grafika geometrijskih oblika (5. predavanje, tema1)

S t r a n a 1. 1.Povezati jonsku jačinu rastvora: a) MgCl 2 b) Al 2 (SO 4 ) 3 sa njihovim molalitetima, m. za so tipa: M p X q. pa je jonska jačina:

Kontrolni zadatak (Tačka, prava, ravan, diedar, poliedar, ortogonalna projekcija), grupa A

I.13. Koliki je napon između neke tačke A čiji je potencijal 5 V i referentne tačke u odnosu na koju se taj potencijal računa?

Obrada signala

RAD, SNAGA I ENERGIJA

II. ODREĐIVANJE POLOŽAJA TEŽIŠTA

MATRICE I DETERMINANTE - formule i zadaci - (Matrice i determinante) 1 / 15

Računarska grafika. Rasterizacija linije

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

Kaskadna kompenzacija SAU

Rad, snaga, energija. Tehnička fizika 1 03/11/2017 Tehnološki fakultet

PRAVA. Prava je u prostoru određena jednom svojom tačkom i vektorom paralelnim sa tom pravom ( vektor paralelnosti).

- pravac n je zadan s točkom T(2,0) i koeficijentom smjera k=2. (30 bodova)

Apsolutno neprekidne raspodele Raspodele apsolutno neprekidnih sluqajnih promenljivih nazivaju se apsolutno neprekidnim raspodelama.

UZDUŽNA DINAMIKA VOZILA

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

FTN Novi Sad Katedra za motore i vozila. Teorija kretanja drumskih vozila Vučno-dinamičke performanse vozila: MAKSIMALNA BRZINA

Elementi spektralne teorije matrica

OSNOVI ELEKTRONIKE VEŽBA BROJ 2 DIODA I TRANZISTOR

M. Tadić, Predavanja iz Fizike 1, ETF, grupa P3, VII predavanje, 2017.

OTPORNOST MATERIJALA

Betonske konstrukcije 1 - vežbe 3 - Veliki ekscentricitet -Dodatni primeri

Elektrotehnički fakultet univerziteta u Beogradu 17.maj Odsek za Softversko inžinjerstvo

1 Kinematika krutog tela

OSNOVI ELEKTRONIKE. Vežbe (2 časa nedeljno): mr Goran Savić

Pismeni ispit iz matematike GRUPA A 1. Napisati u trigonometrijskom i eksponencijalnom obliku kompleksni broj, zatim naći 4 z.

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

Zadatak 4b- Dimenzionisanje rožnjače

M. Tadić, Predavanja iz Fizike 1, ETF, grupa P3, VI predavanje, 2017.

, 81, 5?J,. 1o~",mlt. [ BO'?o~ ~Iel7L1 povr.sil?lj pt"en:nt7 cf~ ~ <;). So. r~ ~ I~ + 2 JA = (;82,67'11:/'+2-[ 4'33.10'+ 7M.

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

Značenje indeksa. Konvencija o predznaku napona

2. Kolokvijum iz MEHANIKE (E1)

Sila i Njutnovi zakoni (podsetnik)

VJEŽBE 3 BIPOLARNI TRANZISTORI. Slika 1. Postoje npn i pnp bipolarni tranziostori i njihovi simboli su dati na slici 2 i to npn lijevo i pnp desno.

Poglavlje 7. Blok dijagrami diskretnih sistema

18. listopada listopada / 13

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

Zavrxni ispit iz Matematiqke analize 1

MATEMATIKA 2. Grupa 1 Rexea zadataka. Prvi pismeni kolokvijum, Dragan ori

10. STABILNOST KOSINA

Geometrijske karakteristike poprenih presjeka nosaa. 9. dio

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

DIMENZIONISANJE PRAVOUGAONIH POPREČNIH PRESEKA NAPREGNUTIH NA PRAVO SLOŽENO SAVIJANJE

UZDUŽNA DINAMIKA VOZILA

Otpornost R u kolu naizmjenične struje

Dimenzioniranje nosaa. 1. Uvjeti vrstoe

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

Konstruisanje. Dobro došli na... SREDNJA MAŠINSKA ŠKOLA NOVI SAD DEPARTMAN ZA PROJEKTOVANJE I KONSTRUISANJE

IZVODI ZADACI (I deo)

Ponašanje pneumatika pod dejstvom bočne sile

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

KVADRATNA FUNKCIJA. Kvadratna funkcija je oblika: Kriva u ravni koja predstavlja grafik funkcije y = ax + bx + c. je parabola.

Teorijske osnove informatike 1

( , 2. kolokvij)

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

SEKUNDARNE VEZE međumolekulske veze

Sistem sučeljnih sila

Pošto pretvaramo iz veće u manju mjernu jedinicu broj 2.5 množimo s 1000,

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

Prvi kolokvijum. y 4 dy = 0. Drugi kolokvijum. Treći kolokvijum

LABORATORIJSKI PRAKTIKUM- ELEKTRONSKE KOMPONENTE. Laboratorijske vežbe

Ponašanje pneumatika pod dejstvom bočne sile

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

Ovo nam govori da funkcija nije ni parna ni neparna, odnosno da nije simetrična ni u odnosu na y osu ni u odnosu na

Operacije s matricama

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

Osnove elektrotehnike I popravni parcijalni ispit VARIJANTA A

Matematka 1 Zadaci za drugi kolokvijum

Unipolarni tranzistori - MOSFET

Riješeni zadaci: Limes funkcije. Neprekidnost

21. ŠKOLSKO/OPĆINSKO/GRADSKO NATJECANJE IZ GEOGRAFIJE GODINE 8. RAZRED TOČNI ODGOVORI

PRIMJER 3. MATLAB filtdemo

Snimanje karakteristika dioda

Transcript:

: MERENJE BRZINE I UBRZANJA

UVOD Iako brzina predstavlja prvi, a ubrzanje drugi izvod, ne preporučuje se njihovo određivanje preko izvoda, jer usled šuma greška može biti velika. Može se koristi sledeća preporuka: U oblasti niskih frekvencija, reda Hz, koriste se merenja pomeranja, U oblasti srednjih frekvencija, do khz, preporučuje se direktno merenje brzine, U oblasti viših frekvencija, preporučuje se merenje ubrzanja. Za merenje brzine na većem rastojanju i većih objekata (vozila), koristi se GPS. Na osnovu razlike u vremenima dolaska radio signala sa nekoliko geostacionarnih satelita određuje se trenutni položaj i brzina vozila. Za merenje brzine na manjim rastojanjima, princip merenja se zasniva na merenju pomeranja u odnosu na neku referentnu tačku, npr. indukovana ems je srazmerna brzini promene magnetnog fluksa, odnosno brzini pomeranja magnetnog jezgra u DIT-u. Pomerenje u odnosu na jezgro se javlja usled inercijalne sile. 009, Marko Barjaktarović

KARAKTERISTIKE AKCELEROMETARA Matematički model akcelerometra: d x marez m F in kx bv ma kx bv dt ms X ( s) csx ( s) kx ( s) ma( s) Viskozni prigušivač se korist za proširenje frekvencijskog opsega akcelerometra i smanjenje amplitude rezonancije. Najbitnije karakteristike: Osetljivost na ref. frek. (EU V/g pri 160 Hz) Frekvencijska karakteristika u odnosu na f ref. Rezonantna frekvencija (često se određuje na osnovu faznog pomaka za 180 ). DC u normalnom pravcu na g. Linearnost u radnom opsegu. Max udarno (shock) ubrzanje koje ne izaziva oštećenje akcelerometra (oko 10000g). Prenosna karakteristika senzora: 1 k G( s), s, s m s s s km c 009, Marko Barjaktarović

KAPACITIVNI AKCELEROMETRI Princip rada većine akcelerometara - određivanje pomerenja u odnosu na kućište. Kapacitivni akcelerometar inercijalni element izaziva promenu kapacitivnosti. Najčešće se koristi diferencijalna sprega umanjuje uticaj šuma. Kretanje inercijalnog elementa u opsegu ±0 µm. 009, Marko Barjaktarović

KAPACITIVNI AKCELEROMETRI U slučaju da pozicija središnje elektrode ne zavisi linearno od sile (ubrzanja), usled elektrostatičke sile, neuparenosti kapacitivnosti, uticaja temperature, potrebno je izvršiti kalibraciju prilikom preciznijih merenja. Realizacija u MEMS-a tehnologiji. Propusni opseg oko 10 khz, merni opseg od 1 µg do 100 g. 009, Marko Barjaktarović

PIEZOOTPORNI AKCELEROMETRI Princip rada je zasnovan na merenju naprezanja pomoću mernih traka. Naprezanje je srazmerno pomeraju inercijalnog elementa. Merne trake piezootpornici. Naprezanje menja kristalnu strukturu, a time i otpornost. Do 13 khz, do 1000 g. 009, Marko Barjaktarović

PIEZOELEKTRIČNI AKCELEROMETRI Za merenje ubrzanja i vibracija. Od Hz do 5 khz. Često je Q/V ili I/V konvertor integrisan u kućište. Neosetljiv na ubrzanja koja su normala u odnosu na predviđenu osu merenja. Može se koristi na temperaturama i do 10 C. 009, Marko Barjaktarović

ŽIROSKOPI Koriste se u navigaciji, prvenstveno za održavanje pravca. Princip rada je zasnovan na održanju momenta količine kratanja (L). Trenutna osa rotacije prstena je oko L i (L i je trenutni moment količine kretanja). Spoljašnja sila koja stvara moment oko tačke O je Mg. Reakcije u težištu O ne stvara moment. Monent sile Mg (τ) je normalan na L i i Mg. Dolazi do promene momenta količine kretanja: dl dt Promena L nakon intervala dt iznosi τdt. Novi moment L f ima isti intenzitet kao i L i, ali je došlo do promene pravca L za dφ. Uz predpostavku da je ugaona brzina (Ω) rotacije ose (precesije) oko koje rotira prsten mnogo manja od ugaone brzine rotacije prstena ω: Mgh I 009, Marko Barjaktarović

ŽIROSKOPI Mehanički žiroskop. Ukoliko se moment T primeni na ulaznu osu, pri čemu se ugaona brzina rotora održava konstantnom, dolazi do rotacije ose rotora oko izlazne ose: T I Postoje žiroskopi sa jednim, dva i tri stepena slobode. Preciznost mehaničkih žiroskopa zavisi od dodatnih efetata koji mogu izazvati precesiju. Npr, sila trenja, magnetna sila, geometrijska nesavršenost rotora, i drugo. Smanjenje trenja se realizuje pomoću fluida pod visokim pritiskom koji preuzima ulogu ležišta. Može se koristiti elektrostatičko ili magnetno polje, pri čemu se rotor postavlja u vakuum. 009, Marko Barjaktarović

ŽIROSKOPI Iako se mehanički žiroskop (sa rotorom) koristio dosta dugo, njegovi nedostaci, pre svega kratak vek trajanja osovine rotora i nemogućnost minijaturizacije, doveli su do razvoja žiroskopa u MEMS tehnologiji. Takođe, mehanički žiroskop ima i visoku cenu, jer mora da sadrži rotor, nosače i motor. MEMS rotor je zamenjen vibrirajućim elementom robusniji od mehaničkog i otporan na uticaj sredine. Princip rada vibracionog žiroskopa je zasnovan na Koriolisovom efektu. U neinercijalnom sistemu kuglica se kreće krivolinijski usled sile: F mv c Javlja se uvek kada telo kreće u sistemu koji rotira. Javlja se ubrazanje koje je normalno i na osu rotacije i na pravac kretanja tela. 009, Marko Barjaktarović

ŽIROSKOPI Koriolisovo ubrzanje može se uočiti pri pravolinijskoj kretanju na Zemlji od polova ka Ekvatoru, dolazi do skretanja ka istoku, odnosno zapadu. Princip rada u MEMS tehnologiji zasnovan na zvučnoj viljušci. Viljuška se pobudjuje tako da osciluje u ravni viljuške primarni mod. Koriolisovo ubrzanje dovodi do ocilovanja i u pravcu normalnom na ravan viljuške (sekundarni mod); krajevi viljuške počinju da opisuju elipsu u toku oscilovanja. Energija se prenosi iz primarnog u sekundardni mod oscilovanja. 009, Marko Barjaktarović

ŽIROSKOPI Proizvođač - Daimler Benz AG. Silicijumska viljuška osciluje u vertikalnom pravcu. Viljuška se pobuđuje piezoelektričnim aktuatorom. Usled rotacije javlja se Koriolisova sila koja izaziva smicanje. Piezootporni pretvarač se koristi za određivanje napona smicanja koji je srazmeran uglu rotacije. Postoje i realizacije kod kojih sistem radi u servo režimu, odnosno izlazni signal je struja neohodna za stvaranje sile koja uravnotežava sistem. 009, Marko Barjaktarović

AKCELEROMETAR SA SLOBODNIM MERNIM TRAKAMA Nelepljene merene trake služe kao opruge. Konfiguracija sa Vitstonovim mostom. Opseg od ± 5 do ± 00g. Napajanje 10 V (AC ili DC). Opseg radnih frekvencija do 800 Hz. Veoma laki, do 5 g. 009, Marko Barjaktarović

SERVO AKCELEROMETAR Povratnom spregom se inercijalni element vraća u ravnotežni položaj. Signal greške se pojačava i vodi na elektromagnet koji vraća inercijalni element u ravnotežu. Mora sadržati integrator koji sumira signal greške. Koriste se za merenje vibracija do 1 khz. Smanjen je uticaj nelinearnosti opruga, histerezisa, trenja. 009, Marko Barjaktarović

KALIBRACIJA AKCELEROMETRA Metodom naginjanja: a = gsinα. Cenrifugom: a = rω, ω = const. Vibraciona platforma mogućnost snimanja frekvencijskog karakteristike. 009, Marko Barjaktarović

AKCELEROMETAR ZADATAK 1 Akcelerometar sa nelepljenim (slobodnim) mernim trakama sastoji se od kućišta, seizmičkog elementa mase m = 30 g, i četiri trake, slika. Trake se sastoje od 6 paralelnih niti dužine l = 1,5 cm. Debljina jedne niti iznosi d = 0,03 mm, a moduo elastičnosti E Y = 6,635109 N/m. Koeficijent osetljivosti trake iznosi k =. Trake su vezane u Vitstonov most. Akcelerometar se koristi za merenje ubrzanja u pravcu y ose. Smatrati da postoje dodatni otpornici za nulovanje mosta, tako da je izlazni napon kada akcelerometar nije podvrgnut ubrzanju u pravcu y ose (različitim od g) jednak nuli. Kućište akcelerometra ispunjeno je uljem, pri čemu se može smatrati da je efektivni koeficijent viskoznog trenja pretvarača, kao sistema drugog reda, c = 18 Ns/m. a) Označiti način povezivanja mernih traka u Vitstonov most i navesti neke primene akcelerometara. b) Odrediti napon generatora E Vitstonovog mosta, tako da osetljivost mosta na ubrzanja u y-pravcu bude 1 mv/(m/s ). c) Odrediti sopstvenu učestanost pretvarača u y-pravcu, kao i graničnu učestanost pretvarača pri kojoj greška merenja nije veća od 10 %. d) Ako se jedan ovakav akcelerometar postavi na platformu koja se kraće horizontalno ubrzanjem od 5 m/s u pozitivnom pravcu x ose, odrediti izlazni napon akcelerometra u slučajevima prikazanim na slici. Strelica na kućištu akcelerometra označava kako treba postaviti akcelerometar da bi pokazivao ubrzanje u odnosu na pozitivan pravac y ose. 009, Marko Barjaktarović

009, Marko Barjaktarović AKCELEROMETAR ZADATAK 1 1.875 V 6 6 km S d E E d E m k E a U S y y y i y a) b) c) s g s e e s y n y e f f l k E j Q m k c m k, l d E l S E k je gde, ) ( ) (1 1 ) ( 0,6 i 500s N/m 0 7510 6 4-1 4 74 Hz 0.1 1 ) ( ) (1 1 0) ( ) ( g g g g f j Q f j Q Granična frekvenica dobija se iz sledeće jednačine:

d) AKCELEROMETAR ZADATAK 1 (1) Kako je akcelerometar osetljiv samo na ubrzanje u pravcu strelice izlazni napon je jednak nuli. () Akcelerometar je postavljen u položaj u kome je teg neopterećen što bi odgovaralo kretanju akcelerometra u negativnom smeru y ose, kada bi izlazni napon iznosio 9.81 mv. Međutim, kako ovom slučaju postoji ubrzanje od 5 m/s u pravcu strelice izlazni napon iznosi 4.81 mv. (3) Kako je akcelerometar okrenut za 180 u odnosu na položaj u kome je predviđeno merenje ubrzanja, izlazni napon iznosi 19.6 mv. (4) Sličnom analizom kao u slučaju () dobija se da izlazni napon iznosi 14.81 mv. 009, Marko Barjaktarović

AKCELEROMETAR ZADATAK Na slici prikazan je centrifugalni kalibrator ubrzanja. Potrebno je kalibrisati akcelerometar na ubrzanja u sledećem opsegu (a min = g, a max = 5g). Inercijalni element akcelerometra ima masu m = 50 g, a koeficijent krutosti opruge iznosi k = 100 N/m. Ako platforma rotira konstantnom ugaonom brzinom ω = 10 s -1, odrediti opseg rastojanja r od centra platforme na koja treba postaviti težište inercijanog elementa za navedeni opseg ubrzanja? Napomena: x predstavlja deformaciju opruge pri kalibraciji. k x r Težište inercijalnog elementa U ravnoteži centrifugalna sila i elastična sila su jednke: m kx mr x x r k m Pa ubrzanje u funkciji rastojanja iznosi: k k ma kx a x r m k m Odnosno rastojanje u funkciji ubrzanja iznosi: k m r a r[cm] 0.95 a[m/s ] r min 9.3 cm, rmax 33 cm k 009, Marko Barjaktarović