Стробоскоп для измерения скорости вращения

Назначение прибора.Предлагаемый стробоскоп это контрольно-измерительный прибор для наблюдения быстрых периодических движений. Работа стробоскопа основана на стробоскопическом эффекте.

Область применения стробоскопа:

– измерение числа оборотов механизмов;

– измерение частоты колебаний механических и электронных систем, резонанса;

– изучение вибраций различных объектов;

                                                         – визуальный контроль быстроколеблющихся или вращающихся элементов и т.п.

Принцип работы.

Стробоскопический метод измерений, основан на освещении вращающегося или колеблющегося объекта короткими повторяющимися с известной частотой импульсами света и наблюдении при этом освещении специально нанесённых на объект меток. Благодаря способности клеток сетчатки глаза сохранять раздражение в течение приблизительно 0,1 сек отражённый от отметки свет, попадая в глаз с частотой более 16 раз в сек, создаёт непрерывное раздражение сетчатки, и метка кажется неподвижной (при совпадении частот) или движущейся в ту или иную сторону. Зная частоту вспышек, можно определить частоту колебаний или вращения объекта.

Главное достоинство стробоскопа – возможность измерения угловых скоростей вращения объектов без контакта с объектом измерения, что, с одной стороны, позволяет измерять скорость видимых, но труднодоступных объектов, не оборудованных тахометрами, а с другой стороны, позволяет осуществлять визуальный контроль состояния вращающегося объекта без его остановки.

Схема устройства.

Технические характеристики прибора.

При разработке прибора ставилась задача создать переносной прибор с низким бюджетом и, вместе с этим, обеспечивающим заданные технические характеристики. Поэтому при разработке схемы были использованы детали, которые в своем большинстве не покупались, а были выпаяны из старой аппаратуры. Рыночная стоимость их, за исключением МК, в прямом смысле копеечная. МК также выбран дешевый и доступный.

Работа с прибором.

1. Установить в прибор источник питания 9 вольт (типа «Крона»).

2. Если есть возможность, на вращающихся деталях отключенного и остановленного механизма нанести краской или наклеить метку. Цвет метки должен быть контрастным по отношению к цвету детали. Включить механизм в работу. Если нанести метку нет возможности, то определение скорости вращения можно вести по любым видимым вращающимся элементам – гайкам или пальцам полумуфты, лопастям вентилятора, шпонках, зубьях шестерен, царапинах на валу и т.п.

3. Включить прибор переключателем «Питание». На индикаторе появится установленное начальное значение скорости (3 000 об/мин) и будут светиться светодиоды. Направить прибор на вращающуюся часть механизма.

4. Для изменения частоты импульсов необходимо нажать на кнопку «PLUS» или «MINUS». При коротком нажатии произойдет увеличение/уменьшение частоты на единицу. При удержании кнопок – ускоренное изменение значения.

5. Нажимая на кнопки «PLUS» или «MINUS» при нажатой кнопке «RAPID» изменение происходит на 100 об/мин.

6. Длительность импульса строба рассчитывается прибором автоматически, исходя из установленной скорости вращения, и соответствует повороту ротора на 3^о. Для просмотра длительности импульса необходимо нажать и удерживать кнопку «IMPULSE». Для изменения длительности импульса необходимо, удерживая нажатой кнопку «IMPULSE», нажать кнопки «PLUS» или «MINUS». При этом происходит ступенчатое изменение длительности по 10 % в пределах от 10 до 200 % от расчетной (но не менее 50 мксек). Увеличение времени импульса позволяет увеличить освещенность объекта и сделать более заметной метку. Меньшее время делает метку более четкой и позволяет более точно установить частоту.

7. Изменением частоты импульсов нужно добиться неподвижности метки. Видимой метка должна быть только в одном месте. Если заметны повторы метки, значит выставлена частота импульсов кратная количеству повторов метки. На индикаторе отображается количество оборотов в минуту.

8. Если производились изменения, то при одновременном нажатии на кнопки «IMPULSE» и «RAPID» текущие настройки запишутся в память и будут считаны оттуда при последующем включении питания стробоскопа.

9. При снижении напряжения питания ниже 7,8 вольт на индикаторе прибора включаются точки.

Детали и наладка:

Индикатор ИЖЦ 5-4/8, светодиоды следует использовать любые сверхяркие белого, фиолетового или красного свечения. Схема нечувствительна к номиналам деталей. Наладка заключается в подборе номиналов резисторов R5 и R6, используемых в индикации разряда элемента питания, а также резистора R1, которым устанавливают ток через светодиоды.

Печатная плата разрабатывалась для сборки всего устройства в корпусе от мультиметра M830B.

Схема и печатная плата разработаны в Proteus и вместе с прошивкой находятся в архиве diagram.zip. Для просмотра печатной платы в 3d в отдельном архиве, файл 3d.zip, находятся модели элементов, которых нет в стандартных библиотеках Proteus. Содержимое архива 3d.zip необходимо распаковать в папку с проектом или в папку LIBRARY программы Proteus. Проект в Proteus позволяет симулировать работу устройства.

Задать вопросы автору и обсудить конструкцию можно на форуме