Projektit2011

Vuoden 2011 kysysmyksia

Jukan OH3HYP INTEL CPU hieno prototyyppi. Paljon on mennyt aikaa?
http://robotti.wikidot.com/local--files/projektit2011/HYP_1017.JPG
http://robotti.wikidot.com/local--files/projektit2011/HYP1016.JPG
http://robotti.wikidot.com/local--files/projektit2011/OH3HYp_INTEL_188CPU.JPG
http://robotti.wikidot.com/local--files/projektit2011/HYP_1017.JPG

Spektrofotometri indigotiiniliuoksen konsentraation mittaamiseen

Immu

Olen rakentamassa spektrofotometriä, jolla voidaan määrittää liuoksen indigotiinipitoisuus (E 132) sen absroboiman valon perusteella (indigotiinin absorbtiomaksimi on 610 nm:ssä). Tämä on harjoitus tulevaa varten, sillä tarkoituksenani olisi alkaa suunittelemaan laitteistoja lääketieteellisiä tutkimuksia varten. Itse spektrofotometrin toiminnasta ja siihen olennaisesti liittyvästä Beerin-Lambertin laista voi käydä lukemassa tarkemmin Wikipediasta.

Wikipedia
Spektrofotometri
Beerin-Lambertin laki

Spektrofotometrissäni ei voida tuottaa useampaa kuin yhtä aallonpituutta, sillä toistaiseksi tarkoituksena on vain harjoitella/opetella spektrofotometrikentamisen perusteita. Monokromaattoria ei siis ole vaan turvaudun TLWO7600-LED:n tuottamaan spektriin (TLWO7600 Datasheet). Valon mittaamisessa käytän TSL252R Light-to-Voltage sensoria, jossa on valmiiksi sisäänrakennettu operaatiovahvistinpiiri (TSL252-Datasheet).

PIC16F88:n I/O-virta ei riitä suoraan LED:n ohjaamiseen (ja en luota sen stabiilisuuteen), minkä vuoksi suunittelin LED:lle oman virtapiirin. Ohjaavana transistorina käytin BC547B:tä, jonka yksityiskohtaiset ominaisuudet voi tarkistaa manuaalista (BC547B Datasheet). Tässä on suttuinen hahmotelma ja laskutoimituksia piiristä. Kuvasta puuttuu 10 uF:n kondensaattori, joka stabiloi MCU-piiriltä tulevaa virtaa spekkaria varten sekä valosensori, joka on kytketty suoraan Vdd:n, maihin ja MCU:n AN0-nastaan (jälkimmäinen on tosin alasvedetty 100 kohmin vastuksella). Laskutoimituksien yhteydessä pidettiin myös asiaan kuuluva tauko.

Tässä kuva laitteen takaa rakenteluvaiheessa.

Tunnetut indigotiinliuokset on valmistettu koulussani asiaan kuuluvalla tarkkuudella, käyttäen analyysivaakaa, mitta-astioita sekä muita tarvittavia laboratoriovälineitä. Tunnetuista liuoksista on tehty mittaukset myös kaupallisella spektrofotometrillä (Helios gamma), jonka tuloksia voidaan vertailla oman spektrofotometrini tuloksiin. Näyteastian, eli kyvetin aiheuttaman virheen välttämiseksi olen saanut koulultani luvan ottaa muutaman kertakäyttökyvetin, joita käytetään juuri näkyvän valon alueella. Tässä kuvia mittauksesta.

Tuloksia

Indigotiiniliuokset, joita mittasin myös omalla spekkarillani, ovat 0,1 mM ; 0,05 mM ; 0,025 mM sekä 0,0125 mM. Näitä laimeampien liuoksien absorbtio/konsentraatiokuvaajat eivät enää olleet lineaarisia/luotettavia. Kuvassa "delta A":n oikealle puolelle laatikossa on laskettu kaupallisen sekä oman spekkarini erotukset niitä vastaavien liuoksien absorbansseille. Suurimmillaan ero on väkevimmän liuoksen kanssa (0,102). Anteeksi huono käsialani.

En ole vielä ladannut spekkariini absorbanssin laskuohjelmaa, vaan lasken sen itse valosensorilla tapahtuvien jännitemuutoksien perusteella (blank:ia mitattaessa jännite on suurempi, näytteitä mitattaessa pienempi, koska valo pääsee huonommin läpi). Valmistaja sanoo tämän jännitteen olevan suoraan verrannollinen sensorille saapuvan valon intensiteettiin.

Omia spekulaatioita virheestä on, mutta ideoita ja ajatuksia otetaan vastaan, erityisesti tällä sähköpuolella! Mm. onko alasvetovastus AN0-nastalla liian pieni tai olenko kytkenyt valosensorin oikein, kun kytkin sen suoraan Vdd:n ja maihin? Ymmärsin manuaalin mukaan tämän olevan ok. Entä olisiko minun pitänyt tehdä jonkinnäköinen piiri referenssimaata varten (tällaisia olen joskus nähnyt) vai onko Vdd ja maa kondensaattorilla stabiloituina kelpoja?

Liuokset ovat nyt kolme päivää vanhoja (taidan mennä koululle ja tehdä heti peräkkäiset mittaukset eri spekkareilla). Indigotiinin adsorbtio putkissa ei kai ole syy, sillä suurin absorbanssien ero on juuri tuolla väkevimmällä liuoksella (adsorbtion luulisi vaikuttavan eniten juuri laimeimpiin liuoksiin, joilla ei ole paljoa mistä antaa). Vai liittyisiköhän tähän joku tasapainoreaktio – väkevimmästä liuoksesta katoaa indigotiiniä enemmän johonkin(?), kun tasapainon asettumiseen tarvitaan ennemmän muutosta verrattuna esim. puhtaaseen veteen. Tässä kohtaa on pakko myöntää yksi asia: blankkasin kotona kylmällä kraanavedellä, enkä koulusta mukaan ottamalla vedellä (jonka unohdin). Varmistin kyllä, ettei paineisteusta vesiputkistosta tulevasta vedestä muodostuvat kaasukuplat haittaa mittaamista, mutta vika saattaisi silti olla siinä (jotainhan aina vesijohtoveteen on liuennut, mutta tuskin kamalasti mitään sinistä). Olen siis valmistanut indigotiiniliuokseni käänteisosmoosikäsiteltyyn veteen.

Virtalähteenä joudun vielä käyttämään pattereita, sillä en ole hankkinut sopivaa liitintä muuntajaa varten (patterien jännite laskee ajan mittaan ja ne saattavat kyykätä kuorman kasvaessa). Tästä aiheutuvan virheen luulisin kuitenkin olevan niin systemaattinen blank:illa ja näytteillä, että se vaikuttaa yhtä paljon kaikkiin tuloksiin (absorbanssin laskemiseenhan tarvitaan vain valon intensiteettien suhde). Ulkopuolelta tuleva valosaastekin on tarkastettu, että sitä ei ole tai siitä ei ole haittaa. Mikäli kennolle ei pääse lainkaan valoa, on sen läpi kulkeva jännite nolla eikä tätä tarvi siksi ottaa huomioon vähentämällä ns. taustaa mistään.

Näytteeseen saapuva valo fokusoidaan kiikarista irroitetun linssin avulla, siitä päästetään läpi vain kohtuu pienen aukon kokoinen kaista ja näytteen jälkeen sironnutta valoa poistetaan uudestaan vastaavalla tavalla. Tähän käytän mustaa, mutta vähän kiiltäväpintaista muovia (se absorboi siis kaikkia näkyvän valon aallonpituuksia, mutta heijastusten välttämiseksi matta olisi parempi). Valolähteen "monokromaatisuudessa" voisi olla syy, mutta oikeidenkaan spekkarien valo ei ikinä kuulemma ole täysin monokromaattista (eikä tällä LED:llä paljoa muuta valoa tulekkaan kuin 610 nm). Tosin sensori reagoi myös muihinkin aallonpituuksiin, joten sillä on merkitystä, tuottaako itse LED ns. taustaa. Absorbanssin mittaamisessa tarvittavaan jakolaskuun vaikuttaa luonnolisesti se, että lisätäänkö jakajaan ja jaettavaan lukumäärä x. Ei ole väliä, onko lisättävä luku sama, tulos vääristyy jonkin verran joka tapauksessa. Tähän siis olisi ainoana lääkkeenä valon parempi monokromatointi (jota nyt käytännössä ei ole).

Teen jossain vaiheessa mittaukset uudestaan rinnakkaisina koulullani kummallakin spekkarilla. Tästä saatavien tulosten perusteella voidaan sanoa, onko tuloksiin vaikuttanut liuosten säilyttäminen putkissa vai ei.

Kysymys: elektroniikan suojaaminen kelan tuottamalta jännitepiikiltä

Immu

Kuvassa on vanhasta näytöstä otettu poikkeutuskela. Tarkoituksena on rakentaa voimakas elektromagneetti, jota ohjataan mikrokontrollerilla, transistorin välityksellä. Ensimmäinen koe: 3.2 volttia ja vastuksella rajoitettu 30 mA:n virta kelan läpi. Oskilloskooppi sieppaa kuvan talteen, kun katkaisen virran. Silloin kelan muodostama magneettikenttä "romahtaa" ja antaa piuhoihin pienen potkun. 6.2 voltin estosuuntaan kytketty zener-diodi leikkaa potkua ja jännitepiikki jää aina noin 12 volttiin. Ilman diodia voi jännite hypätä hetkellisesti yli 20 volttiin!

Seuraava koe: 5.8 volttia ja vastuksella rajoitettu 0,27 A:n virta. Sama diodi on kytketty purkamaan jännitepiikkejä ja skooppi ottaa kuvan, kun virta katkeaa. 5.8 volttia voi nousta hetkellisesti yli 50 volttiin! Tarkoituksenani olisi työntää kelaan niin paljon virtaa kuin mahdollista, mutta ei paistaa pekonia. Miten siis suojaan muun elektroniikkani paremmin jännitepiikeiltä pelkän diodin avun lisäksi? Vai haittaako nämä pelkät jännitepiikit todellisuudessa, sillä diodihan päästää virran lävitseen (takaisinpotkun teho siis laskee).

Ps. pari lisäkoetta. Kolmas koe. 5.8 volttia ja 0.27 A:n virta ilman kelaa ja diodia (pelkkä vastus ja kytkin). Piikki voi silti nousta (siis hyvin hetkellisesti) edelleen yli 50 volttiin. Liekö vika virtalähteessä, mittausvirheessä vai johtojeni induktiossa ja kytkimen aiheuttamassa värähtelyssä. Neljäs koe. Edelleen 5.8 volttia ja 0.27 A:n virta kelaan ja ILMAN suojadiodia! Jännitepiikki oli hetkellisesti kerran 182 volttia ja lähes aina yli 100 V. Kolmannen kokeen perusteella ~50 voltin piikit ovat "taustaa" eivätkä kelan aiheuttamaa. Diodi näyttäisi siis suojaavan kelan aiheuttamilta huikeammilta piikeiltä. Riittääkö tämä silti?

Vastaus:

Simulointia varten mittaa osat.
Mittaa kela ensin, ohmit saat varmaan tuolla Biltema/Bebek mittarilla, mutta et induktanssia.
Jos sinulla ei ole induktanssimittaria, tee resonassikoe.

Kytke kelan rinnalle kondesaattori, kytke virta ja avaa virta.
Mittaa resonanssi taajuus oskilloskoopilla ja laske induktanssi
f=1/(2*pii* sqrt( L*C)

L= 1/(C*(2*pi*f)^2)

Tee useampi mittaus eri kondensaatoriarvoilla. Aloita 0.1uF
Einsteinin mukaan jokainen mittaus häiritsee mitattavaa asiaa.
Kun laitat oskilloskoopin proben, se pientää kelan takapotkujännitettä probessa olevan kapasitanssi vaikutuksesta.

Testaa kytkentää simulaattorilla ja vertaa oikeisiin mittauksiin

http://robotti.wikidot.com/tina2-simulaattori

Tee kelasta mittausten perusteella simuloitu komponentti R + L sarjassa + power + kytkin.
kelan rinnalla on aina pieni kapasitassi. Sen saamiseksi selville vaati sähkötekniikan ymmärtmistä.

Tee simuloituja a oikeita testejä
1 Laita simulaattoiin diodi kelan rinnalle siten ,että normaalitilassa virta ei kulje diodin kautta
2 laita kelan rinnalle RC piiri 0.1uF +100R

Mitä ovat tulokset?

Tein omia mittauksia aluksi ilmakelalle , jota tarvitaan vihivaunun ilmaisuun.
1000 kierrosta 12mm käämirunko 56mm pitkä. Lanka noin 0.08 neliomm halkaisia 36mm/kierros => 37 m 35 ohmia
L = 0.17nH *n^2 => 17mH
C= 1/(L*(2*pi*32678) ^2) = 1.38nF

Q= 1/R* sqrt( L/C) = 55
Siis 3 db pisteet ovat 600 Hz levyisiä 32768 Hz kohdalla
——
Entä miten saadaan vielä parempi Q-arvo?
Tehdään suurempi L/C suhde
2000 kierrosta => 68mH ,C= 346pF => Q = 111. kaistanleveys on 300Hz
Siis kelan kierroksia suurentamalla saadaan kaistaleveys puolta suuremmaksi
Mitä hyötyä ja haittaa siitä on ?
Hyöty : saadaan tarkemmin eroteltua hyötysignaali moottorin häiriöistä ja resonassipiiri antaa suuremman signaalin
Nyt oli kysymyksessä ilmakela, entä kun laitetaan ferriitti sisään?
Saadaan kelalle Q=500! 60Hz kaistaleveys 32768 Hz:n resonanssitaajuudella.

Pekka OH3GDO

Kysymys: lineaariregulaattori pieniä virtoja ja analogimittauksen referenssijännitettä varten

Minulla on 3 voltin paristojärjestelmä ja tarkoituksena olisi saada mahdollisimman muuttumaton, noin 2mA:n virta kulkemaan kuorman (IR-LED:n) lävitse, vaikka paristojännite putoaisikin. Sulautettu järjestelmäni mittaa tuon LED:n heikon kajon heijastumaa mitattavasta pinnasta, joten tarvitsisin myös mikroprosessoriani (Atmega328p) varten sopivan referenssijännitteen.

TINA-simulaatorilla tehdyssä kytkennässä olen päässyt 2,09–2,88mA:n virtavaihteluihin, kun paristojännite laskee kolmesta voltista kahteen. Voiko tätä paremmaksi enää päästä tällaisella lineaariregulaattoriratkaisulla (ohjausvirtaa juurikaan lisäämättä)? Ohajusvirta AM1:n läpi on suurimmillaan 727,6uA, onko se paljon vai vähän tällaisessa tilanteessa? R1:n resistanssia kasvattaessa regulaattori herkistyy paristojännitteen vaihtelulle. VF2-probea vastaavan elektrisen pisteen jännite vaihtelee 2-3 voltin paristojännitteillä välillä 768,82–817,2mV. Miten saisin vakaamman ja/tai korkeamman referenssijännitteen analogimittausta varten?

Immu

Kun muut tekevät elektronikkalaitteita, ensimmäisenä on aina jänniteregulaattori esim. LM7805 , joka tekee vakavoidun jännitteen.

Jos ei ole vakaavaa jännitettä ja kuitenkin halutaan vakavia jännnitteitä tai virtoja pitää vakavointi tehdä itse jollakin tavalla.

1- Mittaamaalla muuttuva käyttöjännite. Siihen tarvitaan referenssi esim. LM336-2.5 tai LM385-1.2 ja tekemällä virtageneraattori, joka perustuu tähän referenssiin

2. Mittaamalla prosessorilla refesensinjännite AD-muuntimella, joka perustuu muuttuvavaan käyttöjännitteeseen.
Mittauksella saadaan muuttuva refenssijänniteluku ( 0-1023 10 bitillä) . Tätä kerrointa käyteään antamaan PWM. joka ohjaa ulkoista virtageneraattoria. PWM:n korjauskerroin saadaan lukemalla refrenssijännite.

TINA simulaattori sivulla on kaksi ehdotusta.
http://robotti.wikidot.com/tina2-simulaattori

Tina koodi
http://robotti.wikidot.com/local--files/projektit2011/Lineaariregu2.TSC

LM385 on TO-92 koteloinen mikropiiri , LM385BZ-1.2G maksaa vähän yli euron

Käyttäämällä säädettävää virtageneraattoria referenssin kanssa sarjassa saadaan erittäin vakava refrenssi,
Tämä ei kuitenkaan riitä HP 7 numeroiseen DVM, mutta Bop Peasella on ratkaisu tähänkin pulmaan.
Samoin Jim Williamsilla, joka kuoli valitettavasti pari päivää sitten ( 13.6.2011). Jim ja Bob Pease ovat kuuluisia analogia guruja.

http://www.eetimes.com/electronics-news/4216916/Passing-of-Jim-Williams--analog-circuit-guru--mentor--teacher?cid=NL_PlanetAnalog&Ecosystem=analog-design
Pidempi esittely Jimistä
http://www.edn.com/article/518496-Analog_guru_Jim_Williams_dies_after_stroke.php

Jim

Bobin kytkentöjä
Bob%20Pease%20Breadboard.jpg
Jim Williams ja Bod Dobkin haastattelu http://silicongenesis.stanford.edu/transcripts/dobkinwilliams.htm