Импеданс свернутой пружины, Как просто и недорого измерить состояние пружины (свернута-развернута) Опции

[nsemenoff]

Помогите, пожалуйста, найти решение для дистанционного определения состояния пружины (свернута-развернута) по проводу длиной до 500мм (провод можно экранированный). Пружина - стальная лента шириной 10мм, толщиной о.5мм и длиной 350мм. В свернутом виде самостоятельно сворачивается в рулон диаметром 40мм.

Что пробовал - так как это монополь, я подключил его проводником ко входу мультивибратора, эффект есть, но достаточно малопредсказуемый. Плюс сильно зависящий от предметов рядом с пружиной.
Положил под пружиной проводящую пластину - стало легче.
Самая работоспособная конструкция получилась - как на картинке в аттаче. Почему она работает - сам не знаю. Но при свернутой пружине частота следования импульсов от 10 Гц и до 70-80 кГц при развернутой.

Что хотелось бы - научиться внятно измерять состояние, чтобы оно как можно меньше зависело от окружающих предметов и было малошумящим.
Нашел у ADI микросхему ADUCM350, по описанию очень нравится, но никак не найти отладку к ней, чтобы попробовать - эта микросхема как раз придумана для измерения импеданса. И по цене устраивает. Может быть есть у кого на время?
И еще - как корректно подключить измеритель импеданса к этому монополю? - Все измерители включаются по мостовой схеме, и им нужно два контакта... Ставить туда конденсатор и на одно из его плеч по проводу пружину?

С уважением,
Семенов Николай

Причина редактирования: Лишняя иллюстрация, ничего не поясняет.

[ШСА]

Что пробовал - так как это монополь, я подключил его проводником ко входу мультивибратора, эффект есть...

Что хотелось бы - научиться внятно измерять состояние, чтобы оно как можно меньше зависело от окружающих предметов

Интересная инженерная задача. Только монополь, т.е. четвертьволновый штырь, не подключают к мультивибратору. Это уже будет не антенна, а просто обкладка конденсатора.
Тогда уж лучше поместить по бокам пружины изолированные проводящие плоскости (из фольгированного текстолита) и измерять ёмкость получившегося конденсатора. От внешних предметов зависимости практически не будет. А вот зависимость ёмкости от размеров металлической начинки (пружины) будет однозначной. Плохо только, что ёмкость будет очень маленькой и будет сильная зависимость от влажности и грязи.

Поскольку рисунок удалён каким-то умником, то вашу конструкцию я не представляю. Но если есть доступ к пружине с внешней стороны по диаметру, то предлагаю проводить измерения, основанные на искажении пружиной магнитного поля (благо пружина стальная). Для этого нужно на некотором расстоянии от пружины (большем её максимального диаметра), расположить постоянный магнит. Между ним и пружиной установить высокочувствительный линейный датчик Холла, например A1301KLHLT-T.
Сигнал такого датчика будет уменьшаться при приближении к нему пружины. Никаких помех, шумов и взаимозависимостей от остальных 99 пружин и окружающего климата. Датчик содержит операционный усилитель, поэтому его сигнал можно коммутировать не заботясь о снижении точности.

[nsemenoff]

Но если есть доступ к пружине с внешней стороны по диаметру, то предлагаю проводить измерения, основанные на искажении пружиной магнитного поля (благо пружина стальная). Для этого нужно на некотором расстоянии от пружины (большем её максимального диаметра), расположить постоянный магнит. Между ним и пружиной установить высокочувствительный линейный датчик Холла, например A1301KLHLT-T.
Сигнал такого датчика будет уменьшаться при приближении к нему пружины. Никаких помех, шумов и взаимозависимостей от остальных 99 пружин и окружающего климата. Датчик содержит операционный усилитель, поэтому его сигнал можно коммутировать не заботясь о снижении точности.

Красивая идея. Проблема только в том, что лента одним концом закреплена на основании "рельсов", а второй конец свободно болтается. Кольца же поджимают "каретку" на этих "рельсах" к основанию. То есть магнит непонятно где ставить - лента может быть как свернута в достаточно тугую спираль, так и развернута в виде прямой линии. Если бы при разворачивании лента равномерно приближалась к магниту, магнитное поле действительно менялось бы практически линейно, а как быть тут?

[ШСА]

Кольца же поджимают "каретку" на этих "рельсах" к основанию.

Правильно ли я понял, что размер "колец" зависит не от "свёрнутости" пружины, а от зазора между "кареткой" и "основанием"? Что тогда понимать под степенью "свёрнутости"? Может быть, проще просто измерить положение каретки, если от неё зависит "свёрнутость"?

[nsemenoff]

Правильно ли я понял, что размер "колец" зависит не от "свёрнутости" пружины, а от зазора между "кареткой" и "основанием"? Что тогда понимать под степенью "свёрнутости"? Может быть, проще просто измерить положение каретки, если от неё зависит "свёрнутость"?

Да. В результате нужно измерять положение каретки. Но делать это достаточно точно и с помощью недорогих компонентов. Пробовал импеданс измерять (присутствие людей вокруг сильно влияет на результат), пробовал тензодатчики (плохо работают когда каретка находится в конце пути), резистивные пленки (плохо контачат), акустические датчики дистанции (много отраженных лучей в шкафу и слабая направленность - мешают соседние толкатели). Красивая идея с магнитным полем и датчиком Холла, но пока не знаю как ее приспособить. Оптические дальномеры на 30-40 см не нашел (чтобы были маленькие и недорогие). Чем еще можно измерить положение каретки?

Как выглядит каретка, лента в полуразвернутом состоянии и направляющие показано на рисунке

На той картинке был изображен мультивибратор на двух логических элементах (я не путаю, автор?) и больше ничего. Никакой конструкции, совсем.
Так что, о корректности тут заботятся, не сомневайтесь. И ничего ценного Вас не лишили, право слово.

Там был мультивибратор, у которого в обратной связи стояли параллельно конденсатор (22 нФ) и кварцевый резонатор (14 МГц). Резистор заряда-разряда подбирался экспериментально и был 700 Ом.
Именно в таком варианте удалось добиться явного эффекта от положения ленты, подключенной ко входу мультивибратора.
На свернутой ленте мультивибратор генерировал отдельные короткие импульсы на частоте 100-150 Гц, на развернутой - до 30 кГц. И я спрашивал, почему схема так работает? По поводу размера изображения в байтах - при загрузке на форум оно автоматически уменьшается до 640х480. Если этого не произошло, то это ошибка движка форума.

[ШСА]

нужно измерять положение каретки... достаточно точно

Насколько точно?
Аналоговыми средствами получить лучше 1% вряд ли получится. Какие требования по точности, стабильности во времени, можно ли в процессе работы проводить самокалибровку?

[nsemenoff]

Насколько точно?
Аналоговыми средствами получить лучше 1% вряд ли получится. Какие требования по точности, стабильности во времени, можно ли в процессе работы проводить самокалибровку?

Самокалибровку? - можно, если это не потребует механического движения каретки (у нее нет собственного привода)
А по поводу точности - если абсолютная точность на всем диапазона будет не хуже 5% - это уже хороший результат. Пока у меня в одной части диапазона точность 1% и лучше, зато в другой падает до 10-15% (например, тензодатчики)

И самое сильное ограничение - стоимость оборудования на одну каретку. Хорошо бы уложиться в пару долларов. Таких кареток может быть много, а стоимость оборудования всего шкафа ограничена сверху. Поэтому хотелось сделать относительно дорогое групповое оборудование и максимально дешевое индивидуальное. Если бы заработал измеритель импеданса - это было бы идеальное решение. Оптические абсолютные энкодеры - это достаточно громоздкие и дорогие изделия, содержащие много фото и светодиодов, а также сложный цифровой или ШИМ-выход.

Кстати, а можно ли компенсировать влияние окружающих предметов как компенсируют тепловые сдвиги у тензодатчиков - мостовыми схемами на аналогичных компонентах, но расположенных ортогонально? Я пробовал, но пока аналоговым образом ничего не получилось.