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.

[Plain]

Вы чего-то тоже не поняли. Во-первых, автор согласен на купить, обработать и протянуть сто полуметровых кусков износостойкого кабеля до ста кареток, а во-вторых, два одинаковых датчика на двух разных радиусах и одна последующая формула дадут точный и независимый от помех радиус. Заземлять или нет пружину — без разницы. При желании, и питание, и сигнал можно втиснуть в два провода, если дополнить соответствующей схемой, но разумеется, только если это всё будет дешевле более жильного кабеля.

Вариант со съёмом неподвижным датчиком — никакая не фольга, а достаточно двух кусков разной длины (опорного и рабочего) обыкновенного провода параллельно рельсам, и практически такой же формулы.

[ШСА]

Вы чего-то тоже не поняли. ... два одинаковых датчика на двух разных радиусах и одна последующая формула дадут точный и независимый от помех радиус. Заземлять или нет пружину — без разницы.

Вот чего я действительно не понял, что за датчики, и у кого радиус.
Человеку надо получить положение каретки. Для этого он измеряет ёмкость пружины (назвав её монополем) по отношению ко всем окружающим предметам. Естественно, все эти предметы, а вернее расстояния до них тоже влияют на измеренную ёмкость, а не только состояние (линейный размер) пружины.
Что нужно, чтобы получить достоверные значения ёмкости? Конечно же сделать измеряемый конденсатор предсказуемым, т.е. расстояние между обкладками сделать настолько маленьким, чтобы расстояние до других окружающих предметов было много, много больше.
Вот я и предлагаю эти полоски фольги, чтобы при таком методе измерений получить более-менее достоверный результат.
Чтобы мы разговаривали на одном языке, попробую (в первый раз) проиллюстрировать оба случая рисунками: под номером "1" исходная конструкция автора, под номером "2" - предлагаемая мною.

[ШСА]

Да, и ещё вариант включения, о котором я тогда писал, и который ближе всего к авторской схеме - с заземлёнными пружиной и пластиной под основанием. Схематически так:

Сообщение отредактировал ШСА - Oct 29 2015, 21:19

Эскизы прикрепленных изображений

 

[nsemenoff]

Да, и ещё вариант включения, о котором я тогда писал, и который ближе всего к авторской схеме - с заземлёнными пружиной и пластиной под основанием. Схематически так:

О, спасибо. Сегодня попробую

[ШСА]

Сегодня попробую

Если точность и оперативность такого метода устраивает, то дешевле, пожалуй не придумать. Не забудьте полоску под основанием сделать как можно шире, а ту, что под пружиной - по ширине не более самой пружины (для уменьшения краевых эффектов).

[nsemenoff]

Если точность и оперативность такого метода устраивает, то дешевле, пожалуй не придумать. Не забудьте полоску под основанием сделать как можно шире, а ту, что под пружиной - по ширине не более самой пружины (для уменьшения краевых эффектов).

Второй вариант, в котором измерительная пластина расположена между заземленной пружиной и подложкой не заработал - емкость практически не изменяется при развороте пружины. Скорее всего емкость между измерительной пластиной и подложкой существенно больше, а емкость между пружиной и измерительной пластиной зависит не только от площади наложения, но и от расстояния. А расстояние немного "гуляет" при движении каретки, что и приводит к неоднозначному эффекту.

Буду пробовать вариант с двумя измеряемыми конденсаторами, на которые влияние окружающих предметов будет близким, что позволит его учитывать при обработке (вариант 1).

[ШСА]

Второй вариант... не заработал - емкость практически не изменяется при развороте пружины. Скорее всего емкость между измерительной пластиной и подложкой существенно больше, а емкость между пружиной и измерительной пластиной зависит ... от расстояния. А расстояние немного "гуляет" при движении каретки, что и приводит к неоднозначному эффекту.

Буду пробовать вариант с двумя измеряемыми конденсаторами, на которые влияние окружающих предметов будет близким, что позволит его учитывать при обработке (вариант 1).

Абсолютно верно: "основание" в Вашей конструкции довольно тонкое да ещё и диэлектрическая проницаемость материала больше, чем у воздуха, поэтому ёмкость пластин, окружающих основание (назовём её C0), может заметно превышать ёмкость пружины и измерительной пластины (назовём её Cmin и Cmax). Естественно, что если Вы будете измерять общую ёмкость, то её относительное изменение действительно будет незначительно - (C0+Cmax)/(C0+Cmin). Раньше-то у Вас было что-то близкое к Cmax/Cmin.
Поэтому, чтобы получить значение перемещения каретки, нужно извлекать нужный параметр из измерения Cx. Иными словами Вы должны получить от своего измерителя ёмкости не значение общей ёмкости, и не относительное изменение ёмкости, а абсолютное значение ёмкости за вычетом C0. Нужна какая-то дифференциальная схема или цифровая обработка измеренного значения частоты или периода мультивибратора. Во всяком случае точность и достоверность сигнала будет гораздо более достоверной, чем было у Вас раньше.
Во-первых можно отдалить пластину под основанием от измерительной пластины, если Ваша конструкция допускает такую возможность. Это несколько снизит C0.
Во-вторых:
Если Вас устраивает аналоговое измерение, можно использовать предложенный Plain мультивибратор с некоторой модификацией схемы.
Но лучше (да и дешевле) сделать один центральный точный измеритель (цифровой), подключать к нему по очереди все ёмкости и вычислять всё, что нужно уже в программе на микроконтроллере.

Что касается метода по варианту 1. Он, конечно рабочий, но достоверность его ниже, поскольку окружающие перемещающиеся предметы воздействуют на обе ёмкости, а результат-то нужен дифференциальный, а ошибка вычисления этой разности будет складываться из суммы ошибок измерений обеих ёмкостей, умноженной на отношение среднего значения ёмкости к погрешности измерения. Это эффект усиления ошибки при вычитании двух близких чисел.

Я вот не понимаю, неужели нет более простого и надежного решения задачи ? Та же ленточка с рисками и фотодатчик, например. Почему вы выбираете самое сложное и неочевидное ?

Я предполагаю, что автору невозможно поставить в каретку никаких активных элементов. Все методы, которые он пробовал, насколько я помню, предполагали именно измерение "со стороны". Да и на фотографии видно, что его устройство маленькое, лёгкое и недорогое.

Сообщение отредактировал ШСА - Oct 31 2015, 09:30

[kovigor]

Я предполагаю, что автору невозможно поставить в каретку никаких активных элементов. Все методы, которые он пробовал, насколько я помню, предполагали именно измерение "со стороны". Да и на фотографии видно, что его устройство маленькое, лёгкое и недорогое.

Кстати, а этот конденсаторный метод от обычной вибрации и тряски не будет давать погрешность ?

[ШСА]

Кстати, а этот конденсаторный метод от обычной вибрации и тряски не будет давать погрешность ?

Если бы только от этого! Там ещё будут влажность, грязь, продукты износа, деформации пластиковых деталей и пр. и пр.