Резистивный датчик наклона, Электропроводная жидкость Опции

[ostashv-evgeniyy]

Датчик наклона в устройстве отказал, выдаёт неправильные показания. Описания правильной его работы нет. Внутри 3 электрода, обкладка в верхней части колбы, обкладка в нижней и центральный штырь. в колбе электропроводная жидкость, я думаю щёлочь. В процессе работы видимо потеряла свои свойства, корпус - был герметичен 100%. Что это за жидкость может быть? Что-то не могу найти описания работы подобных датчиков, нашёл только патенты.

Ещё фото.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[alexvu]

Жидкость надо было отдать химикам на анализ, но т.к. Вы корпус вряд ли восстановите, то придется делать свой датчик на любом принципе и согласовывать его с имеющейся системой.

[rx3apf]

Я бы предположил, что используется дифференциальная схема, а жидкость - должна быть электропроводная, но инертная по отношению к материалу электродов. Но вот величину электропроводности теперь уже не узнать, только если подбором. Да и как корпус восстанавливать ?

[ostashv-evgeniyy]

Корпус не поврежден, я срезал болгаркой компаунд, которым были загерметезированны соединения. Если его скрутить и швы залить эпоксидкой, то он будет 100% герметичен. По поводу отдать на хим анализ, тут блин поздно понял, сначала разобрал и промыл на всякий случай, вдруг жидкость ядовита. Но датчики такие еще будут попадаться. По электропроводности, на столе была капля жидкости диаметром около 5мм, положил туда щупы мультиметра, на всю длинну капли, расстояние между щупами было около 2мм, сопротивление было около 1МОм.
Датчик постоянно вращается по своей оси, за ось я подразумеваю центральный электрод. А измеряет положени оси относительно горизонта. В горизонтальном положении жидкость соединяет центральный с левым и правым наружными электродами, соответственно при перемещении датчика относительно горизонта, жидкость имеет бОльшую проводимость от центрального электрода- либо с левым, либо с правым элетнодом.
В схеме левый электрод сидит на общем проводе, на правый подаются импульсы 5в, с центрального электрода сигнал идет в АЦП микроконтроллера.


Мысли у меня такие, вместо датчика поставить потенциометр и записать отношение напряжения на движке потенциометра к показаниям приемного устройства, в которое передает информацию от датчика устройство, с которым сейчас работаю. Соответсвенно возникает вопрос- какой МЭМС гироскоп применить, чтобы заменить этот датчик?

[rx3apf]

Что-то великовато сопротивление получается. По гуглению у таких датчиков порядка единиц kOhm, зазор больше, но и площадь больше. А тут хуже, чем в водопроводной воды. Может быть, стоит подумать о замене на MEMS-акселерометр и сопряжении выхода. Но это достаточно серьезная работа... А - мысли синхронно в одном направлении идут Какой - самый дешевый и доступный. Если есть работоспособный оригинальный датчик - срисовать характеристику, иначе потенциометром попробовать. Дальше смотреть по уровням, может быть для замены достаточно цифрового потенциометра, либо двух каналов PWM.

Сообщение отредактировал rx3apf - Apr 14 2015, 12:27

[ostashv-evgeniyy]

А какой

А какой MEMS SENSOR выбрать? Достаточно ли будет одноосевого гироскопа? Впринципе измерение угла не нужно в момент вращения устройства по своей оси, но останавливаться для измерения оно может в любом положении.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Plain]

Во-первых, измеряется не абстрактный угол, а наклонение горизонта, т.е. это электронный наклономер (гравитационный эталон в виде ватерпаса и угломер), так что никакие акселерометры или резисторы его не заменят при всём желании.

Во-вторых, в такой конструкции логично искать в первую очередь ёмкостной принцип измерения.

[ostashv-evgeniyy]

Т.е. нужен трехосевой акселерометр и микроконтроллер?

Помогите определить наименование акселерометра. Единственное что нашел в похожем корпусе http://www.colibrys.com/e/page/156/
В описании указано назначение- для бурения. В моем случае похожие условия работы. Попозже выложу осциллограммы на выходе акселерометра, я давно последний раз с этим прибором ковырялся, плохо помню что там было, но вроде бы не ШИМ. Кстати, есть более современные устройства там применяются акселерометры adxl213.

Фото акселерометра.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[alexvu]

В схеме левый электрод сидит на общем проводе, на правый подаются импульсы 5в, с центрального электрода сигнал идет в АЦП микроконтроллера.

А может, это емкостной датчик, и жидкость вовсе не электропроводная?

[Plain]

никакие акселерометры или резисторы его не заменят при всём желании

Т.е. нужен трехосевой акселерометр и микроконтроллер?

Вам плохо видно? Ещё раз повторяю — никакие. Ни одно-, ни двух-, ни трёхосевые акселерометры, ни с микро-, ни с макроконтроллерами — попросту по причине того, что измеряют абсолютно другие силы природы.

Ваш инклинометр, как и его частный случай ватерпас, однозначно был реализован на основе гетерогенной системы, например, т.е. там пополам были две, во-первых, несмешивающиеся жидкости, или жидкость и газ, а во-вторых, ещё и с существенно отличающимися диэлектрическими проницаемостями, поэтому отношение ёмкостей между каждым из цилиндров и стержнем было определённо (пока известном лишь производителю) пропорционально наклонению горизонта.

Что же там произошло? Вероятнее всего, на перепадах окружающей среды, или нарушениях условий эксплуатации, насосал соляного тумана, потёк и т.п., либо датчик, либо прибор, либо оба.

[ostashv-evgeniyy]

Т.е. нужен трехосевой акселерометр и микроконтроллер?
Вам плохо видно? Ещё раз повторяю — никакие. Ни одно-, ни двух-, ни трёхосевые акселерометры, ни с микро-, ни с макроконтроллерами — попросту по причине того, что измеряют абсолютно другие силы природы.

Ваш инклинометр, как и его частный случай ватерпас, однозначно был реализован на основе гетерогенной системы, например, т.е. там пополам были две, во-первых, несмешивающиеся жидкости, или жидкость и газ, а во-вторых, ещё и с существенно отличающимися диэлектрическими проницаемостями, поэтому отношение ёмкостей между каждым из цилиндров и стержнем было определённо (пока известном лишь производителю) пропорционально наклонению горизонта.

Что же там произошло? Вероятнее всего, на перепадах окружающей среды, или нарушениях условий эксплуатации, насосал соляного тумана, потёк и т.п., либо датчик, либо прибор, либо оба.

Спасибо, за указание куда копать.


Я не понимаю почему инклинометр по вашему не может быть собран на мэмс гироскопе?
У меня лежит в ремонте разобранный инклинометр от вибропогружателя, он как раз на мэмс сенсорах от AD собран.

Я не спорю, просто не понимаю.

А может, это емкостной датчик, и жидкость вовсе не электропроводная?

Импульсы с частотой 11 Гц очень короткие, время не скажу точно, не обратил на это внимания. Далее перед ацп rc цепочка. С выхода датчика при изменении его угла относительно горизонта менялась амплитуда импульса. По форме импульс был такой же как на входе датчика.

Сообщение отредактировал ostashv-evgeniyy - Apr 17 2015, 11:28

[Plain]

Я не понимаю почему инклинометр по вашему не может быть собран на мэмс гироскопе?

По-вашему он это сможет, и Вы даже станете первым на планете, у которого он это смог, если отыщете здесь фразу "наклонение горизонта".

[rx3apf]

Гироскоп - нет, конечно. А акселерометр - да, поскольку для этого и предназначен.

[Baser]

Акселерометр будет нормально работать, если расположить одну из его осей (напр. Z) вдоль оси вращения вашего датчика.
Эта ось будет работать в режиме инклиномера.
Две другие оси акселерометра (напр. X и Y) будут направлены вдоль плоскости вращения и там будут сигналы в виде синусоиды.
Причем ее амплитуда тоже должна зависеть от угла наклона оси вращения датчика. В вертикальном положении оси вращения будет нулевой сигнал (в идеале), в горизонтальном положении - максимальная амплитуда.
Но на эти оси еще будет накладываться центростремительное ускорение - датчик может зашкаливать.
Кстати, при наличии больших вибраций тоже может быть такой зашкал, что полезный сигнал сложно будет отфильтровать.

А ваш оригинальный датчик скорее всего был емкостным с жидкостью с большим епсилон - очень похоже глядя на приведенные вами данные.
Кстати, перестать работать он мог, если насосал воду или еще чего-нибудь, из-за чего жидкость стала электропроводной.
Схема могла быть рассчитана на работу только с чисто емкостной нагрузкой, без утечек.

[Plain]

Гироскоп - нет, конечно. А акселерометр - да, поскольку для этого и предназначен.

Исходя из названия, он предназначен совсем для другого, и технически — это отвес длиной порядка одного микрометра, массой порядка одного пикограмма и т.д., т.е. для строительных, буровых и т.п. работ — натуральная погремушка, а вот для бурения коловоротом лунки сойдёт — автор ведь так и не сказал, для чего это ему.

[Herz]

Исходя из названия, он предназначен совсем для другого, и технически — это отвес длиной порядка одного микрометра, массой порядка одного пикограмма и т.д., т.е. для строительных, буровых и т.п. работ — натуральная погремушка, а вот для бурения коловоротом лунки сойдёт — автор ведь так и не сказал, для чего это ему.

Технически это инструмент для измерения ускорения и нет никаких причин этому ускорению не быть ускорением свободного падения.
У автора всё просто. Ему нужно измерить всего один угол и в покое. Не вижу проблем. Нужно только определиться с требуемой точностью.

Ещё раз повторяю — никакие. Ни одно-, ни двух-, ни трёхосевые акселерометры, ни с микро-, ни с макроконтроллерами — попросту по причине того, что измеряют абсолютно другие силы природы.

Да всё те же. В основе - всего лишь одна сила - гравитация.

[ostashv-evgeniyy]

В общем, датчик действительно емкостной и дифференциальный. Срисовал схему обвязки датчика. Опорное напряжение - импульсы 75 мкС, частота повторения 11 Гц.
Рисую от руки, но вроде понятно .

а вот для бурения коловоротом лунки сойдёт — автор ведь так и не сказал, для чего это ему.

Горизонтально направленное бурение.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[rx3apf]

Исходя из названия, он предназначен совсем для другого, и технически — это отвес длиной порядка одного микрометра, массой порядка одного пикограмма и т.д., т.е. для строительных, буровых и т.п. работ — натуральная погремушка, а вот для бурения коловоротом лунки сойдёт — автор ведь так и не сказал, для чего это ему.

Вообще-то давным-давно есть строительные уровни на основе MEMS-акселерометров. И уж всяко точность лучше, чем у конструкции, с которой воюет топикстартер.

Сообщение отредактировал rx3apf - Apr 18 2015, 20:40

[Baser]

В общем, датчик действительно емкостной и дифференциальный. Срисовал схему обвязки датчика. Опорное напряжение - импульсы 75 мкС, частота повторения 11 Гц.

Схема выглядит довольно странно для емкостного метода. Стандартных решений не просматривается. Ничего не напутали?
У сигнала возбуждения действительно такая большая скважность? Обычно ближе к меандру.

По крайней мере видно, что ничего особо точного там нет, хорошо, если угол с точностью 1-2 градуса мерялся.
А на вашей установке какая примерно частота вращения и вибрации?

Горизонтально направленное бурение.

Просто интересно: горизонт устанавливается по этому датчику уровня,
а как устанавливается направление бурения - по магнитному меридиану?

[Ruslan1]

Про датчики наклона типа "электроды в жидкости" - обычно это самый точный и прецизионный вид сенсоров. Пример широкораспостраненного в мире сенсора- EL (Electrolytic Level) Slope Indicator
http://www.slopeindicator.com/instruments/tilt-elbeam.php
http://www.slopeindicator.com/instruments/...eltiltmeter.php
про этот тип хорошо расписано тут:
http://www.frederickscom.com/sens_tech_00.tpl
Там ничего емкостного.

про метод измерения внимательно прочитайте тут:
http://www.frederickscom.com/sens_tech_select.tpl
http://www.frederickscom.com/sens_tech_circuit.tpl

и какой-нить из даташитов, например отсюда:
http://www.frederickscom.com/sens_tilt_0703_0703.tpl



Кстати, у Фредерикс есть сенсоры с разрешающей способностью до 0.05 угловой секунды. А я на Slope Indicator получал стабильные показания на уровне единиц арксекунд и лучше, но тут уже другие составляющие вовсю вмешиваются (температурные дрейфы как в электронике так и в механике и прочее). На МЕМС это все тоже возможно, но очень нетривиально из-за плотности шумов самого датчика. При Колибрис- они идут по пути МЕМС (шли, по крайней мере) и это очень недешево у них получалось.

Слабое место EL сенсоров- постоянный ток и несимметричность возбуждающих сигналов может его убить. Может и у Вас подобное произошло: из-за неисправности на сенсор пошла постоянка и ага, электролиз или еще чего приключилось непоправимое.

[ostashv-evgeniyy]

Скважность действительно такая, фото с экрана осциллографа. Частоту повторения , осциллом трудно разглядеть, хотя он тоже показывает около 12 Гц, а вот логическим анализатором прекрасно видно, короткие импульсы именно с этой частотой.

Сообщение отредактировал ostashv-evgeniyy - Apr 21 2015, 01:57

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ostashv-evgeniyy]

Про датчики наклона типа "электроды в жидкости" - обычно это самый точный и прецизионный вид сенсоров. Пример широкораспостраненного в мире сенсора- EL (Electrolytic Level) Slope Indicator
http://www.slopeindicator.com/instruments/tilt-elbeam.php
http://www.slopeindicator.com/instruments/...eltiltmeter.php
про этот тип хорошо расписано тут:
http://www.frederickscom.com/sens_tech_00.tpl
Там ничего емкостного.

про метод измерения внимательно прочитайте тут:
http://www.frederickscom.com/sens_tech_select.tpl
http://www.frederickscom.com/sens_tech_circuit.tpl

и какой-нить из даташитов, например отсюда:
http://www.frederickscom.com/sens_tilt_0703_0703.tpl



Кстати, у Фредерикс есть сенсоры с разрешающей способностью до 0.05 угловой секунды. А я на Slope Indicator получал стабильные показания на уровне единиц арксекунд и лучше, но тут уже другие составляющие вовсю вмешиваются (температурные дрейфы как в электронике так и в механике и прочее). На МЕМС это все тоже возможно, но очень нетривиально из-за плотности шумов самого датчика. При Колибрис- они идут по пути МЕМС (шли, по крайней мере) и это очень недешево у них получалось.

Слабое место EL сенсоров- постоянный ток и несимметричность возбуждающих сигналов может его убить. Может и у Вас подобное произошло: из-за неисправности на сенсор пошла постоянка и ага, электролиз или еще чего приключилось непоправимое.

Спасибо, за ссылки. Теперь стала понятна схема обвязки датчика, я тоже ни как немог понять зачем такая большая скважность, получается, для уменьшения электролиза. Единственное, когда разбирал датчик от туда вылилось жидкости, ну максимум на четверть объема, а должно быть половина как минимум.

Хотя, мне кажется, что я все-таки напутал с включением датчика. Логичнее было бы заземлить один из боковых электродов, а с общего снимать сигнал, либо референс подавать на оба боковых электрода.

Сообщение отредактировал ostashv-evgeniyy - Apr 21 2015, 08:36

[Ruslan1]

Спасибо, за ссылки. Теперь стала понятна схема обвязки датчика, я тоже ни как не мог понять зачем такая большая скважность, получается, для уменьшения электролиза.

какая такая скважность? Сигнал должен быть абсолютно симметричный. то есть сколько времени ток возбуждения в одну сторону бежит- столько же и в противоположную. И частота в приведенных мной примерах сильно больше чем 11 Гц, там 300-500 Гц применяют, но это уже может и от физики/химии датчика зависеть, какая минимальная частота допустима.

И, извините, я так и не понял, какая Вам точность нужна. Если Вы тоннель с двух сторон роете- то это немного другие машинки чем просто горизонтально вести в слое. Может, у Вас просто очень древнее изделие, которое на ура каким-то Тримблом заменяется (позиционирование и наклон в одном флаконе, но блин работа в тоннелях это отдельная песня).
P.S. Недавно видел кое-что с применением Тримбла. Грейдеры, экскаваторы, дыроколы со спутниковым-тоталстанционным наведением, делающие все согласно заданной трехмерной схеме. Квадролеты, зависающие над указанной на плане точкой стройки или карьера на указанной высоте, эхх... Но это так, к слову, оффтоп совсем.

[ostashv-evgeniyy]

И, извините, я так и не понял, какая Вам точность нужна. Если Вы тоннель с двух сторон роете- то это немного другие машинки чем просто горизонтально вести в слое. Может, у Вас просто очень древнее изделие, которое на ура каким-то Тримблом заменяется (позиционирование и наклон в одном флаконе, но блин работа в тоннелях это отдельная песня).

Туннели конечно есть в ГНБ, но не с двух сторон, у нас попроще (о ГНБ). И ошибку положения буровой головки, локаторщик все равно скорректирует, так как видит глубину на которой находится зонд. А система эта действительно устаревшая, но используется все равно довольно часто. Более современные системы полностью на МЭМС.

какая такая скважность? Сигнал должен быть абсолютно симметричный. то есть сколько времени ток возбуждения в одну сторону бежит- столько же и в противоположную. И частота в приведенных мной примерах сильно больше чем 11 Гц, там 300-500 Гц применяют, но это уже может и от физики/химии датчика зависеть, какая минимальная частота допустима

В но ведь микроконтроллер не может испортиться , он либо работает, либо нет, а с него сигнал идет на И-НЕ, кондёр и датчик. Значит так оно и задумывалось.

Сообщение отредактировал ostashv-evgeniyy - Apr 21 2015, 18:45

[Ruslan1]

В но ведь микроконтроллер не может испортиться , он либо работает, либо нет, а с него сигнал идет на И-НЕ, кондёр и датчик. Значит так оно и задумывалось.

Если предположить что это все-таки EL сенсор, то он просто используется в таком "не щадящем" режиме, и этого хватает для допустимой точности, дрейфа параметров и срока эксплуатации. Может Вы на это и нарвались- сенсор просто ушел на запланированную разработчиками устройства пенсию.

[iDiode]

former Applied Geomechanics:
http://www.jewellinstruments.com/sensors-a...l-conditioners/

[Plain]

кажется, что я все-таки напутал с включением датчика

Причём, в одной и той же теме:

левый электрод сидит на общем проводе, на правый подаются импульсы 5в, с центрального электрода сигнал идет в АЦП микроконтроллера

Итого, это всё-таки гидроуровень опознанного Ruslan1 электролитического типа в одной из штатной схем включения — при нуле наклона сигнал "2" будет условно равен половине сигнала "1" (из-за шунтирования делителя датчика существенным сопротивлением нагрузки), а компаратор на ОУ в лучшем случае бесполезен, потому что разве что прерывает контроллер для проведения данного замера, но данный ОУ для такого компаратора однозначно неприемлем, потому что по схеме от него требуется малый и синфазный, и дифференциальный ток, а у этого на входе мало того, что биполярные транзисторы, но ещё и шунтирующие диоды.

[ostashv-evgeniyy]

Причём, в одной и той же теме:


Итого, это всё-таки гидроуровень опознанного Ruslan1 электролитического типа в одной из штатной схем включения — при нуле наклона сигнал "2" будет условно равен половине сигнала "1" (из-за шунтирования делителя датчика существенным сопротивлением нагрузки), а компаратор на ОУ в лучшем случае бесполезен, потому что разве что прерывает контроллер для проведения данного замера, но данный ОУ для такого компаратора однозначно неприемлем, потому что по схеме от него требуется малый и синфазный, и дифференциальный ток, а у этого на входе мало того, что биполярные транзисторы, но ещё и шунтирующие диоды.

В общем, еще раз спасибо, с этим разобрались. Надо идти к химикам.
А вот по поводу акселерометра из 8-го поста, есть какие-нибудь мысли?
В смысле кто производитель.

[Plain]

Без работающих экземпляров и того, и другого, это всё равно бесполезная информация.

[ostashv-evgeniyy]

Без работающих экземпляров и того, и другого, это всё равно бесполезная информация.

Акселерометр исправный, завтра поснимаю логи с помощью логического анализатора.

[ostashv-evgeniyy]

Подниму старую тему.
В качестве датчика угла там используется EL сенсор.
А что можно использовать в качестве электролита для такого датчика?

[PraNkiSh]

Подниму старую тему.
В качестве датчика угла там используется EL сенсор.
А что можно использовать в качестве электролита для такого датчика?

не так давно рыл интернет на эту тему, но ничего так найти и не смог .....
тоже есть задачка похожего плана......

[ostashv-evgeniyy]

не так давно рыл интернет на эту тему, но ничего так найти и не смог .....
тоже есть задачка похожего плана......

А я решил их заменить на мэмс инклинометры от Мурата, с аналоговым выходом.

[PraNkiSh]

А я решил их заменить на мэмс инклинометры от Мурата, с аналоговым выходом.

на какие ? почему именно от мураты ?

[Ruslan1]

на какие ? почему именно от мураты ?

потому что у них самые малошумящие, а набирать матрицы из других- цена и размеры очень быстро становятся большими.

Но обычно точные элетролитические сенсоры применяют для углов до нескольких градусов и измеряют с очень большой точностью (арксекунды почти что "на коленке" можно получить).
A вот на мемсе такое сделать более проблематично. Хотя вполне получались единицы арксекунд на VTI, теперь их Мюррата делает.
У каждого вида датчиков есть своя экологическая ниша, но часто они пересекаются, и можно выбирать что применить.

[SNGNL]

В качестве датчика угла там используется EL сенсор.
А что можно использовать в качестве электролита для такого датчика?

В устройствах хемотроники, а к ним относятся и EL сенсоры, используется водный раствор иодида калия. Он практически не образует газообразных продуктов электролиза в диапазоне рабочих напряжений (ед.- сотни мВ), а образующиеся способны регенерироваться. При соответствующем исполнении (непроницаемая оболочка, платиновые электроды, вода без посторонних примесей) ресурс этих компонентов соизмерим с ПП. Однако, при значительном превышении диапазона рабочих напряжений, они быстро выходят из строя, вплоть до взрыва.

[PraNkiSh]

В устройствах хемотроники, а к ним относятся и EL сенсоры, используется водный раствор иодида калия. Он практически не образует газообразных продуктов электролиза в диапазоне рабочих напряжений (ед.- сотни мВ), а образующиеся способны регенерироваться. При соответствующем исполнении (непроницаемая оболочка, платиновые электроды, вода без посторонних примесей) ресурс этих компонентов соизмерим с ПП. Однако, при значительном превышении диапазона рабочих напряжений, они быстро выходят из строя, вплоть до взрыва.

водный раствор ?
а каким образом тогда обеспечивается рабочая температура от -20 ??

[Herz]

водный раствор ?
а каким образом тогда обеспечивается рабочая температура от -20 ??

Растворы солей могут иметь меньшую температуру замерзания, чем вода. Но, возможно, присутствуют другие компоненты, например, спирт.