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

А микропереключатель замыкать в развёрнутом состоянии - не вариант? Или "гасить" оптопару в свёрнутом?

Например, типовой измеритель ёмкости на ФД на 1G86 и т.п.

К сожалению, нужно знать промежуточные состояния пружины, не только концевой переключатель на одно положение. И при этом минимизировать количество проводников и стоимость оборудования для измерения 100 таких пружин
Пока планирую один измеритель импеданса и аналоговый мультиплексор от ADI - например, ADG732 32-в-1

Так как измерить импеданс?

Вот, например, ВЧ мост, используемый для измерения импеданса антенн:
http://dl2kq.de/ant/3-32.htm

А если добавить на вал, который крутит пружина, небольшой дешевый энкодер?

...а если измерять частоту собственного механического резонанса (имеет смысл посмотреть в широком диапазоне частот ) ...
...при помощи пьезоэлемента или катушки... короткими ударыми импульсами... слушать затухающие колебания... анализировать спектр...

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.

Рисунок удалён, судя по всему не "каким-то умником", а Модератором. Там и причина указана. Я видел тот рисунок. Ничего для представления конструкции он ровным счётом не давал.
Поэтому давайте без грубостей.

Согласен. За грубость извиняюсь. Однако остаюсь при своём мнении, что редактировать чужие сообщения, чтобы сделать их более удобоваримыми, это нормально и нужно. А лишать по своему усмотрению других участников форума информации некорректно и самонадеянно. Я вполне допускаю, что рисунок мог быть бесполезным, но оценить его бесполезность мог только только участник диалога. В данном случае у меня остался неприятный осадок, будто меня выставили за дверь, чтобы я не увидел лишнего.
Давайте будем корректны хотя бы в нашем техническом мире.

Когда человек выкладывает какой-то каракуль, небрежно сделанный от руки и "весящий" под 2 Мегабайта, на котором нет ничего информативного, поверьте, не надо быть участником диалога, чтобы оценить не только бесполезность, но и вредность такой "иллюстрации" для форума. Достаточно быть модератором, они тоже в предмете немножко разбираются.
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.

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?

Думаю, что измерение импеданса никогда не будет работать стабильным. На лабораторном столе наладить получится, а вот в реальных рядом будут оказываться помехи то от рации, то от сотового.

Подумайте в сторону ИК датчиков. Поставьте рядом пару фотодиод-светодиод вроде EE-SY199. На пружине поставьте пятно краской, или приклейте бумажный лепесток, который будет оптодатчик EE-SY199 перекрывать или приближаться-удаляться. Очень хороший результат можно получить, если перемещать над EE-SY199 чёрную бумажную полоску с нарисованной белой краской полосой-отражателем, так что бы размер отражающей поверхности менялся при перемещении.
Про модуляцию сигнала для защиты от внешней засветки, думаю, сами догадаетесь
Про калибровку в крайних точках, для того что бы правильно рассчитывать промежуточные положения, думаю то же догадаетесь

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"?

C импедансом - согласен. Собранный стенд работает стабильно, пока никто близко не подходит Наличие экрана под лентой уменьшает эффект, но полностью его не убирает

ИК датчики смотрел - у них максимальная дистанция единицы сантиметров. А у нас каретка ходит на 40 см. Может быть есть недорогие датчики на такие дистанции? - Я с наскока не нашел. Есть лазерные дальномеры, но они стоят дорого, и ставить их на каждый толкатель нерентабельно...

ИК фотодиод - это аналоговый прибор. "дальность действия", указанная в документации, это условность.

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






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.

Ну вот и отлично !
Поставьте ИК датчик на каретку, а на основании, по которому она ездит, нарисуйте картинку для считывания, как на моём рисунке выше. Получите точность в несколько %

Вот сразу бы фото... На рельсы приклеить полоску с метками и считывать оптическими датчиками на отражение, например? Такие бывают готовые, помнится мне.


Это Ваша ошибка. Файл хранится на диске в том виде, который Вы задаете.
Картинки нужно самостоятельно сжимать. Экономьте форумные ресурсы.

Но в этом случае надо помнить предисторию. Принтер, например, перед началом печати смещает каретку в крайнее положение до удара о стенку корпуса, и таким образом определяет начало отсчёта. Возможно, у топикстартера нет возможности перемещать каретку в крайнее положение при первой надобности. А аналоговый способ, который предлагаю я, лишён этого недостатка, он позволяет определять положение просто как оно есть.
Всё, отписываюсь от темы.

Нет, это Вы про размер изображения в пикселях. Картинка выглядит в посте действительно уменьшенной и тем больше, чем больше изначальный формат.
Объём же вложения в байтах остаётся изначальным и многие, снимая свои художества современными супер-мегапиксельными камерами и бездумно выкладывающие получившееся
в форум, не задумываются, что банально бесполезно загромождают дисковое пространство. Можно ещё понять иллюстрацию в высоком разрешении, где требуется рассмотреть мелкие детали, но когда 80% изображения - это пустой тетрадный лист в клеточку, а 20% - это кривые "каляки-маляки", то надо бы постесняться такое выкладывать вообще.
Это ошибка исключительно пользователя, движок тут ни при чём.


+1.

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

Бывают абсолютные энкодеры.


Древние аналоговые самописцы видели? Там лучше.

Согласен. Но сколько он стоил? Простая головка у авометра давала только 1 - 1,5 %, а соответствовала по технологическому уровню часовому механизму. Практически это прецизионная механика.

Вы же понимаете, как смешно и нелепо это звучит в 2015 году?


По теме.
Поставить датчик расстояния внутрь каретки и смотреть на вал - дешево, сердито, но точность сильно будет зависеть от плотности намотки ленты на вал.

Нет.


А каким боком тут стрелочный прибор? Они были и зеркальной шкалой... класса 0.2.
А в самописцах, например, стоял (в некоторых) многооборотный потенциометр - очень небольшой.
В старых отечественных или линейные или однооборотные потенциометры. Там тоже намного лучше процента было.

Да никаким - просто пример аналоговой электромеханической системы. В нашем случае, видим, что каретка пластиковая, а значит точности изготовления никакой, зазоры будут меняться в процессе износа, значит и расстояния от каретки до основания - тоже. Неизвестно, есть ли возможность к ней подключить провода, чтобы вмонтировать в неё датчики. Вот из-за всего этого и надо выяснить потребную точность и отмести слабые решения.

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.

Вы так и не ответили, чем Вам не подошёл давно предложенный измеритель ёмкости на 1G86.

В струйных принтерах положение каретки отслеживают оптическим датчиком, считывающим риски, нанесенные на прозрачной ленточке, протянутой через весь принтер. Сам датчик очень миниатюрный. Подойдет ?

Я просто не знаю, что это за типовой измеритель емкости на ФД на 1G86. Мне стыдно, но даже Гугл мне не помог. Расскажите, plz, я попробую и расскажу что получится
Если это мультивибратор на двух элементах 2И-НЕ, то я такой и собирал, именно он у меня сейчас работает, но дает недостаточную точность

Это (оттуда, похоже, взята идея с генератором) ?

http://www.aade.com/manuals/lcm2b%20kit.pdf

Нониусная емкостная шкала, как у цифровых штангенциркулей?...
http://tehnoobzor.com/schemes/measurements...ubinomerom.html
Единственный недостаток - требует рекалибровки после сброса и подачи питания, если в это время возможен сдвиг каретки.
Можно вообще поставить готовый штангенциркуль, у некоторых моделей есть сервисный выход.

Посмотрите на порядковый номер пользователя постом выше. И он зарегистрирован полтора года назад. С учётом покинувших форум, это - примерное количество участников. (На первой странице количество явно указано с ошибкой). Теперь представьте возможный масштаб явления. Всё ещё "смешно и нелепо"?

Вопрос был о Вашем молчании в Вашей же теме.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Как раз подобную схему пробовал, подключал ко входу инвертора ленту, частота генерации менялась в зависимости от скрученности, все было бы хорошо... Если бы не зависимость частоты от наличия людей вокруг. Причем зависимость остается сильной и на высоких (1 МГц) и на низких (1кГц) частотах.

А что дают два элемента И с разными интеграторами? Для чего они ставятся? На разной частоте выход каждого элемента И после сглаживания RC-фильтром будет иметь постоянный уровень. И этот уровень будет зависеть от частоты. Но зачем два канала?
Что нового они позволят узнать?

На скриншоте показаны два измерителя двух разных ёмкостей; показано, что они работают, и показан результат их работы.

И их здесь не просто так два, а именно потому, что именно двумя датчиками достигается независимость результата их работы от внешних воздействий.

По сказанному Вами, Вы вообще не в теме, никакой подобной схемы не собирали, и сравнивать тут не с чем. И почитайте сперва ликбез по цифровой логике, потому как никаких элементов И, например, здесь нет и быть не могло.

Собственно, эта схема позволяет измерять разницу двух ёмкостей - C2 и C3. А C1 всего лишь задаёт частоту для измерений. Вариантов таких мультивибраторов много, но эта (и ей подобные) удобны тем, что оба измеряемых конденсатора заземлены.
В Вашем случае было бы идеально, если бы Ваша пружина не была заземлена, и её можно было бы использовать как одну обкладку измеряемого конденсатора. Другой обкладкой этого конденсатора служила бы полоска фольги (фольгированного текстолита), положенная на основание рельс со стороны пружины. Её надо заземлить. Тогда такая же полоса фольги с другой стороны основания образовывала бы другой измеряемый конденсатор. Его ёмкость была бы эталоном для измерения первой, и частично компенсировала бы влияние окружающей среды..
Но такая система требует как минимум двух проводов к каждой системе пружина-основание. Влияние окружающих людей и предметов останется, но будет значительно снижено.
А чтобы ещё сильнее снизить их влияние, лучше заземлять пружину и внешнюю фольгу, ту что под основанием. Тогда средняя полоска фольги (между ними) будет давать наиболее достоверный результат.

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.

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.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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:

C2 и C3 на вышепредложенной схеме.


От датчика до оси пружины:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Слева вариант с датчиками в каретке, справа — неподвижный, т.е. в каретке пусто.

Какая такая емкость?
Вы же про влажность воздуха не забывайте.
И дифференциальное включение тут даже может не помочь.
Ветер подул - и у нас полетел выброс.

О, спасибо. 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).

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).

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 ?

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 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 ?

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