Pomiar obrotów szlifierki: fotodioda SFH-203, konwerter prąd-napięcie lub wzmacniacz operacyjny?

Question

Witam. Niedawno testowalem szlifierkę kątową przy pomocy małej tarczy z wycięciem. Zastosowałem tam fototranzystor L53P3C na który świecił laser i przecinała go wypustka w tarczy. Uzyskałem dzięki temu czas około 4ms na jeden obrót. Jednak ów pomiar wydaje się chyba trochę niedokładny, ponieważ...

LEDówki · Accepted Answer

A wiesz jak się mierzy prąd w zasilaczu? Masz opornik szeregowo z obciążeniem i mierzysz napięcie jakie odłoży się na oporniku. To najprostszy przetwornik prąd-napięcie. Jakie czasy będą mierzone, to można sobie wyliczyć z obrotów silnika i wielkości przekładni oraz obwodu tarczy i wymiarów szczeliny. Możesz pół tarczy zamalować na biało i czasy światło/brak światła wydłużą się znacznie. Warunkiem jest oświetlenie tranzystora światłem odbitym od tarczy. Nie musi to być światło lasera, Obok tranzystora może być dioda, żarówka, byle nie oświetlały bezpośrednio tranzystora. Mogą być w czarnej plastikowej rurce. Nie chcesz światła, to możesz kombinować z magnesem i cewką. Magnes i cewka na nieruchomej osłonie, w pobliżu wału, na którym będzie wypustka lub wypustki. Zbliżenie wypustki do magnesu i cewki spowoduje zaindukowanie napięcia, które już będzie można wzmocnić i zmierzyć. Tak się robiło w napędach magnetowidów, trochę w napędach magnetofonów. Oczywiście do magnesu będą lgnąć opiłki metali ferromagnetycznych, więc to kłopotliwe. Na elementy optyczne będzie osiadać pył, więc też kłopot.

_jta_ · Accepted Answer

Do fotodiody, jeśli ma działać szybko, daje się spore napięcie zasilania (im wyższe napięcie, tym mniejsza pojemność), i wzmacniacz o małej pojemności wejściowej - chodzi o to, żeby ładowanie tych pojemności nie powodowało dużego opóźnienia.

Promuję tematy:
24.11.2004 Ładowarka akumulatorków z płynną regulacją - LM 317
23.02.2003 Prostownik do ładowania akumulatorów (auto)

CosteC · Accepted Answer

na szybko widzę czasy narastania i opadania 16 i 18 us dla tego fototranzystora. To daje maksymalną częstotliwość rzędu 29 kHz. Bardzo daleko od twoich 4 ms na jeden obrót (250 Hz) - pomiar wydaje się sensowny. 250 Hz to 15000 obrotów na sekundę minutę. Jak to się ma do danych szlifierki? Użycie SFH203 która ma czas odpowiedzi rzędu 5 ns (~100 MHz) wydaje się ciężką przesadą. Nie widzę powodu inwestować w dodatkowe obwody aby użyć SHF203. Używałem jej do transmisji danych optycznych, naprawdę nie potrzeba jej do szlifierki pracującej z 15 krpm (250 na sekundę)

jarek_lnx · Accepted Answer

Fototranzystor ma dużą pojemność pasożytniczą. Szybkość fototranzystora można poprawić zmniejszając napięcie i rezystor obciążenia, co skróci stałą RC Jeszcze szybciej będzie kiedy na fototranzystorze nie będzie zmian napięcia, czyli będzie pracował z tranzystorem reagującym na zmiany prądu(zasada podobna jak przy fotodiodzie).

zenon003 napisał:
Jednak ów pomiar wydaje się chyba trochę niedokładny, ponieważ czas zboczy narastających i opadających jest blisko granicy czasów tR oraz tF deklarowanego przez producenta.

Jeśli sygnał jest widoczny to pomiar jest dokładny, bo mierzysz czas między pikami, a nie napięcie.
Jak pik jest wąski i słabo widoczny to możesz zrobić szersze wycięcie w tarczy

m2606 · Accepted Answer

Podłącz czujnik położenia wału ze skutera za 6zł i załóż to:

_jta_ · Accepted Answer

Na minutę. Ale to i tak dużo - chyba ta szlifierka jest jakaś mini?

CYRUS2 · Accepted Answer

Popatrzyłem jeszcze raz na wykres w tamtym temacie. Oscyloskop zmierzył f = ~238 Hz. T = 1/f = ~4,2 ms. T~4,2 ms to okres przebiegu. Okres przebiegu to czas między dwoma kolejnymi zboczami narastającymi (lub dwoma opadającymi). Czestotliwość takiego przebiegu można zmierzyć.

rb401 · Accepted Answer

Już nie wnikając w kwestie, które tu szeroko omówili koledzy, to jeśli bardzo chcesz mieć szybkie przebiegi i czujnik na tych fotodiodach, które kupiłeś, jest generalnie problem szybkiego, o dużym slew rate wzmacniacza w roli przetwornika prąd-napięcie. I spójrz na ten blog, gdzie autor przerabia temat pod kątem podłączenia takiej fotodiody jak Twoja do Raspberry Pi.W związku z tym że zależało mu na szybkości to użył jakiegoś niezbyt popularnego wzmacniacza: Schemat właściwie klasyczny dla szybkich wzmacniaczy fotodiod, ale osobiście nie za bardzo podoba mi się zasilanie, które jest osobne, pływające. Raczej bym poszedł wzmacniacz ze sztuczną masą, tak jak jest, ale dodałbym szybki komparator z odpowiednio ustawionym progiem, by wychodzić czystym prostokątem. Ale chciałem zwrócić uwagę na jeden zbieg okoliczności w sprawie. Jeden sklep na Allegro ma tanio trochę bardzo szybkich wzmacniaczy EL2245CS. Nie dość że są szybsze niż te, które użył autor tego bloga, to jeszcze są dedykowane wręcz do takich zastosowań z fotodiodami, mogą pracować nawet na pojedynczym zasilaniu czy to 3,3V, czy 5V lub wyżej i są dwa w jednej obudowie. Co umożliwia wykorzystanie drugiego wzmacniacza jako komparatora i uprościło by kwestię zasilania (sztuczna masa tylko do pierwszego wzmacniacza a kostka zasilana prosto z zasilania logiki.

jarek_lnx · Accepted Answer

Brakuje tylko kondensatora równolegle do R3, często do kompensacji wystarczy ułamek pikofarada, ale bez kondensatora może się wzbudzać. Pytanie skąd to wziął (można zapytać) bo jak od chińczyka, to może nie warto się męczyć, ze scalakiem który nie będzie działać.

CosteC · Accepted Answer

Czy ktoś mi wytłumaczy po co przebiegi z okresem 4 ms mierzyć przy pomocy fotodiody o czasie reakcji 5 ns? Fototranzystor jest ponad 100x szybszy niż mierzony przebieg...

jarek_lnx · Accepted Answer

Autor robił, wspomniany pomiar prędkości obrotowej, robił żeby się czegoś nauczyć w elektronice, więc może zrobienie szybkiego wzmacniacza do fotodiody ma taki sam sens.

CosteC · Accepted Answer

W celach edukacyjnych - spoko, rozumiem. Do tego konkretnego pomiaru - nie rozumiem.

CYRUS2 · Accepted Answer

Przeznaczona do emitowania szybkich impulsów. Stosowałem diody nadawcze i odbiorcze w barierach podczerwieni. W zdalnym sterowaniu używano fotodiody odbiorczej PIN BPYP 46 - z filtrem blokującym światło widzialne. (autor może dostać takie diody w prezencie.) Tak wygląda fotostruktura diody PIN BPYP 44. (ta dioda była bez filtra) BPYP44 stosowałem w czujnikach zmierzchu. (światło widzialne)

Macosmail · Accepted Answer

Kondycjonowanie sygnału z takiego czujnika nie jest takie proste. Chociaż na potrzeby tylko pomiaru prędkości obrotowej w zasadzie jest.. Ale taki czujnik jest duży. Wprowadza opóźnienie fazowe. Najlepszym tutaj rozwiązaniem może być liniowy czujnik Halla z wstępnym polem magnetycznym z tyłu wykrywający ferromagnetyczny znacznik. Chyba, że da się zamontować magnes na wirniku to wtedy najtańszy czujnika halla typu przełącznikowego i odpadają wszystkie problemy z kondycjonowaniem sygnału.

m2606 · Accepted Answer

Zero problemów z uzyskaniem sygnału nadajacego się do określenia liczby obrotów.
Kiedyś korzystałem z "przysposobionej" zewnętrznej karty dźwiękowej do testowania takich czujników ,głównie ABS.
Półśrodek w sumie,ale działał.Można było wyraźnie zauważyć rozsadzoną przez rdzę koronkę przy kole,albo uszkodzony ząb na czujniku wału.Dwa kanały to już pozwalały na określenie kąta zapłonu w zależności od obrotów.Przy motocyklach się to świetnie sprawdzało.Co prawda taka tarcza ma trzy zęby i dość spore obroty,czujnik wału skutera może się buntować.Są jednak czujniki wału w samochodach,tam zębów potrafi byc sporo,a w szczególności kiedy są na kole zamachowym.Czujniki od ABS współpracuja z kolei z koronkami które mają po kilkadziesiąt zębów i małą podziałkę.
Z oscyloskopem to jest już tylko formalność.

_jta_ · Accepted Answer

Myślę, że czujnik Halla znacznie bardziej rozciągnie zmiany sygnału w czasie, niż czujnik optyczny.

Macosmail · Accepted Answer

Czujniki Halla nie są takie wolne. W końcu jak wspomniał kolega wyżej w motoryzacji stosuje się je do współpracy z kołem zamachowym o stosunkowo dużej średnicy mającym np. 60 zębów i prędkość obrotową nawet i 10 tyś. obr/min. To prędkość liniowa wychodzi zdecydowanie większa niż na małym obwodzie takiej szlifierki, a częstotliwość przebiegu wyjściowego przy takiej ilości zębów zbliża się do 10kHz.
Ew. przesunięcia fazowe można kompensować w programie, ale do określenia tylko prędkości obrotowej nie mają one znaczenia.
Dla takiej aplikacji wystarczy magnes i tani czujnik halla. Należy tylko zadbać o solidne mechaniczne zamocowanie i wyważenie. Najlepszy byłby dwubiegunowy magnes pierścieniowy magnesowany przez średnice mocowany na osi na wirnika.

CosteC napisał:

Macosmail napisał:
Chyba, że da się zamontować magnes na wirniku

Montowanie ciężarka na czymś co robi 15000 rmp wydaje się średnio mądre.

Wszystko zależy od implementacji. Bez problemu można zrobić to dobrze.
Czujnik optyczny posiada taką wadę, że jest wrażliwy na zanieczyszczenie, zapylenie itp.

m2606 · Accepted Answer

Prędkość obwodowa tarczy to 80m/s co w przybliżeniu daje prawie 300km/h,całkiem sporo.
Trzeba naprawdę dobrze przymocować takie magnesy,bo można sobie kuku zrobić.
Tak sobie myslę że w przypadku magnesów,to wystarczy częstościomierz i kilka zwoi drutu "na gwoździu".
Można nawet namagnesować nakrętkę na wrzecionie. Przy takich obrotach powinno wystarczyć do pomiaru.

zenon003 · Answer

Użycie wzmacniacza operacyjnego wymusza pewnie użycie ujemnego napięcia zasilania? Czy ewentualne użycie masy pozornej i dzielnika z rezystorów? Szukam jakiegoś w miarę prostego schematu oraz propozycji owego wzmacniacza, żeby zrobić jakieś testy.

m2606 · Answer

Dostałem info że link nie działa.Poprawiłem.

CosteC · Answer

Montowanie ciężarka na czymś co robi 15000 rmp wydaje się średnio mądre. Autor z czujnikiem optycznym który wymaga szczeliny (często już istniejącej) albo białego/czarnego znacznika ma IMHO lepszy pomysł.

_jta_ · Answer

Można zamontować dwa znaczniki po przeciwnych stronach koła, żeby nie wpłynąć na wyważenie. A kawałek papieru jest lżejszy od magnesu.

Pomiar obrotów szlifierki: fotodioda SFH-203, konwerter prąd-napięcie lub wzmacniacz operacyjny?

Post #1

Post #2

Post #3

Post #4

Post #5

Post #6

Post #7

Post #8

Post #9

Post #10

Post #11

Post #12

Post #13

Post #14

Post #15

Post #16

Post #17

Post #18

Post #19

Post #20

Post #21

Post #22

Post #23

Podsumowanie tematu