Измерение малых перемещений металлического штока.

[Siegurd]

Здравствуйте!
Работаю над одним проектом, где необходимо цифровое измерение позиции металлического штока который перемещается взад-назад. Всего длина хода штока 2 мм. Время перемещения 1-1.5 миллисекунды. Соответственно нужен какой-то способ за эту 1 миллисекунду получить хотя бы 10-20 промежуточных точек хода, что требует периода измерения в десячтки-сотни микросекунд. ИИ посоветовал лазерные измерители расстояния, они конечно круты, (напр. https://www.micro-epsilon.com/displacem ... NCDT_1900/), но по цене крыла для Боинга.

Также рассматривал датчики на эффекте Холла, но датчика на 50кГц-100кГц не нашел. Находил только на 10кГц (в идеале он даст 10 точек, а на практике, наверное 5 или 3, чего может не хватить).

Еще думал к штоку прикрутить выпуклую линзу чтобы она отклоняла лазерный луч при ходе штока, а сам луч бегал бы по "стенке", где на пути луча были бы развешаны быстродействующие (с нарастанием фронта в 1нс) фотодиоды. С помощью STM32 микроконтроллера можно в теории "ловить" прерывания от фотодиодов при прохождении через них лазерного луча и ставить относительные метки времени. Но, это длинный путь джедая.
Тут хотелось бы готовый измерительный инструмент.
Возможно кто-то сталкивался с подобной задачей?

[u37]

Самый простой (один из) вариант - поставить рядом со штоком (за ним) сильный неодимовый магнит, а к торцу приблизить датчик Холла, аналоговый. Понятно, что кривая получится нелинейной, но легко правится калибровкой и табличным преобразованием. Трудность будет в покупе быстрого датчика Холла, если захотите уж очень четкой дискретизации по времени, но решаемо - стоит взять голые датчики с диф. выходом и приделать свой усилитель.

Что вы зациклились на измерении расстояния? ... можно измерять другие величины. Например, поставить на конец штока мягкую проставку и упереть в пьезо-элемент. Датчиков давнелия готовых - валом. Или, возвращаясь к магнитному полю, как и выше, но не датчик Холла, а "катушку", тогда будете получать ЭДС пропорциональный изменению магнитного поля.

[сэм]

Тензодатчтк через пружинную проставку

[Borodach]

Может попробовать сделать емкостной датчик и включить эту ёмкость в контур генератора? По изменению частоты можно будет определить расстояние между обкладками ...

[vlasovzloy]

В стиралках датчик уровня воды прессостат индукционного типа довольно точно уровень ловит. В принципе 1милисекунда 1000 герц, а там емнип сотни килогерц. Должно сработать. Выход частота

[Martian]

u37 писал(а):

Сна конец штока мягкую проставку и упереть в пьезо-элемент.

грампластинок проигрыватель - готовое устройство для преобразования этого штока в звук

[AlexS4]

мне тоже кажется что контур на ~1..50MHz и мерить частоту
а емкость или индуктивность - надо пробовать что проще, для индуктивности наверное пртребуется феррит штоком двигать, для емкости дляначала можно попробовать сам шток использовать как обкладку.

еще можно попробовать использовать шток как шторку между ик светодиодом и транзистором (аналоговый сигнал с фототранзистора брать)

а какая масса подвижного элемента и насколько ее можно увеличивать?

[Martian]

или какую мощность можно отобрать. а то можно и рычаг с ого-го плечом прилепить

[сэм]

Генератор с измерительной емкостью своей нестабильностью превратит измерение в гадание

[Siegurd]

поставить рядом со штоком (за ним) сильный неодимовый магнит, а к торцу приблизить датчик Холла, аналоговый. Понятно, что кривая получится нелинейной, но легко правится калибровкой и табличным преобразованием. Трудность будет в покупе быстрого датчика Холла, если захотите уж очень четкой дискретизации по времени, но решаемо - стоит взять голые датчики с диф. выходом и приделать свой усилитель.

Да, похоже это может сработать. Правда калибровка потребует ультра прямых рук и стрелочного микрометра, но думаю это все же возможно.
Главное, что способ не "инвазивный" без отбора мощности и увеличения массы штока. Это важно.

Еще вопрос, как будет себя вести датчик Холла с неодимовым магнитом при калибровке (когда шток буду двигать дискретно с шагом 0.1 мм) и в динамике когда шток будет двигаться со скоростью 1мм/1мс. Не будет ли эффектов намагничивания и размагничивания и соответственно гистерезиса на датчике?

[u37]

Вряд-ли потребуется сколь дискретная калибровка, т.к. хоть кривая и будет нелинейной, но она монотонна и подчиняется вполне конктретной формуле. Если шток не будет прям-уж упираться в корпус датчика, то не-линейность окажется не настолько большой резкой. Не определена "точность", и вполне созможно, если будет выполнена калибровка по 3-4 точкам. Вообще, можно подойти академичнее - вывести уравнение и при калибровке (и использованию) применять альфа и бету квадратичного уравнения. Это зависит от вычислительных возможностей устройства и требуемых ТТХ. В любом случае, данные вначале надо получить, а уж пересчитать их каким-либо способом не проблема (и не обязательно в MCU измерения).

Датчик Холла основан на магниторезистивных свойствах материала, встроенный гистерезис _технологии_ минимален и вряд-ли стоит его учитывать. Что до магнитных свойств штока и передачи поля от пост. магнита - ... вопрос интересный. Т.к. датчик Холла "магнитными" своствами не обладает, там нет ферро/диа/магнетиков то он не оказывает влияние на магнитное поле, а значит приближение штока к датчику не должно менять напряженность поля вокруг штока, а значит не должно вызывать потери и искажения. Остается переменная величина шток-магнит. Здесь расстояние довольно большое и меняется не сильно (в %), площадь воздействия так-же не точечно. Вряд-ли стоит ждать существенныз девиаций магнитного поля.

По статика-динамика - да, возможно потребуется ВЧ компенсация. Стоит заложить не просто "усилитель" между датчиком и ADC, но и ввести в него RC цепь компенсации. Думаю, настроить ее не трудно, достаточно прогнать шток с неизменной величиной смещения и переменной частотой и отстроить, чтобы на выходе был неизменный сигнал. Или сделать то-же программно (чем быстрее меняются данные, тем больше коэф-т, на который их надо умножать).
Если учесть, что типовой (дешевый, малопотребляющий) аналоговый датчик Холла имеет время установления менее 1 мкс, всё сказанное выше можно и вовсе пропустить. Если компенсация и потребуется, то весьма декоративная по простейшей формуле и на чуть-чуть. IMHO

[Martian]

Siegurd писал(а):

Главное, что способ не "инвазивный" без отбора мощности

магнитное поле отберет

[АлександрЛ]

необходимо цифровое измерение позиции металлического штока который перемещается взад-назад. Всего длина хода штока 2 мм. Время перемещения 1-1.5 миллисекунды.

Я в этом сообщении не увидел этого:

а какая масса подвижного элемента и насколько ее можно увеличивать?

Вообще обсуждение "чем измерять" сначала нуждается в уточнении "что мы измеряем"- какого веса и размера шток, который может двигаться на 2 мм с частотой 1000 Гц?

[AlexS4]

насчет аналогового датчика холла, по опыту, довольно шумная штуковина, врядли будет давать шумов меньше чем шумит частота у измерительного генератора.
да и по скорости не уверен что холл будет достаточым.

Последний раз редактировалось AlexS4 Вс июл 02, 2023 01:13:37, всего редактировалось 1 раз.

[Martian]

какого веса и размера шток

и материал. "металлический" - это в том числе и натрий, например. Кстати, легкий.

[AlexS4]

или ртуть ...или калифорний

[asvhmao]

Ультразвук ещё не предлагали?
Эта картинка по жидкости расстояния в 2 мм, по воздуху должно быть в пять раз больше период, да ещё х2 если гонять туда-обратно эхом.

Вложения

детектор_воздуха.pdf

(214.35 KiB) Скачиваний: 27

[Alex-lab]

Можно просто сделать "шторку" переменного сечения и считывать поток света через щель.

[GARMIN]

Ещё подумал, что в данном случае подойдёт дифференциальная катушка с сердечником посередине.

[vlasovzloy]

Аналог врашающевося трансформатора