Moottorin kierrosnopeus Tämän harjoituksen jälkeen: osaat määrittää moottorin kierrosnopeuden pulssianturin ja Counter-sisääntulon avulla, osaat siirtää manuaalisesti mittaustiedoston LabVIEW:sta MATLABiin, osaat suorittaa mittaustiedon sovittamisen MATLABilla. Kuva 1. Harjoituksessa käytettävä laitteisto Alla on esitetty laboratorioharjoituksessa tehtävät kytkennät (Kuva 2). Huomaa, että voit kytkeä tiedonkeruulaitteen Counter-sisääntuloon joko optisen anturin tai Hall-anturin, eli valitse jompikumpi vihreistä kytkennöistä. Kytke tiedonkeruulaite USB-kaapelilla tietokoneeseen. Tietokoneen pitäisi tunnistaa laite automaattisesti.
Kuva 2. Tarvittavat kytkennät. Avaa LabVIEW-ohjelma ja aiemmin luomasi ohjelma kierroslaskuri.vi. Ennen mittausta virtuaalinen tiedonkeruulaite on vielä korvattava todellisella mittalaitteella. Mene Block Diagramiin ja avaa DAQ Assistant joko näpäyttämällä sitä kahdesti tai valitsemalla hiiren oikealla näppäimellä Properties. DAQ Assistant -näkymä avautuu. CountEdges -mittaus on valittuna. Vaihdetaan fyysinen mittauskanava vihreästä nuoli-merkistä. Valitse (USB-6001)/ ctr0 (Kuva 3), paina OK ja OK. (DAQ Assistant näkymässä voit myös testata kytkennän toimintaa) Kuva 3. Todellisen laitteen valinta. Laita moottori pyörimään labrakitissä olevan mustan kotelon päällä olevasta kytkimestä. Käynnistä mittaus LabVIEW:ssa (Front Panel/ Run, Kuva 4) ja anna sen käydä haluamasi aika (esim. 5 s.), jonka jälkeen pysäytä LabVIEW-mittaus Stop-nappulasta. Pysäytä moottori kytkimestä. Tarkista, että mittaustiedosto on oikean näköinen, eli tiedot on tallennettu kahteen sarakkeeseen (kierrosten määrä ja
aika). Oletuspolku tiedostojen tallentamiselle on Documents/LabVIEW Data (mikäli et muuttanut sitä ulostulon luomisen yhteydessä). Mikäli kaikki on kunnossa, harjoituksen mittausosuus on valmis. Kuva 4. Front Panelin tärkeimmät painikkeet.
Laboratorioharjoituksen jälkeen: tulosten analysointi MATLABilla Lopuksi tutkitaan mittausdataa ja määritetään moottorin keskimääräinen nopeus ajon aikana. Analysointi tehdään MATLAB-ohjelmistolla. MATLAB on laskenta- ja ohjelmointiympäristö, joka soveltuu hyvin myös mittaustietojen käsittelyyn. Käynnistä MATLAB ja odota että ohjelma on ladannut kaiken tarvittavan (>> komentorivillä). Tuodaan MATLABin työtilaan harjoituksen mittausarvot työkaluriviltä löytyvällä Import Data -työkalulla. Etsi tallennushakemistosta kierrokset.xlsx. Avautuvassa ikkunassa pitäisi näkyä mittausarvot (Kuva 5). Tuo tiedot valitsemalla Import Selection. Kuva 5. Import Data -työkalun näkymä. MATLABissa kaikki ohjelmallinen osuus kannattaa luoda scriptiin, jolloin luotuja ohjelmia voi helposti käyttää myöhemmin. Valitse MATLABin työkaluriviltä New Script. Tallenna se nimellä kierroslaskuri.m. Kirjoita kuvan Kuva 6 mukainen ohjelma. %%-merkinnöillä ohjelman voi jakaa soluihin, joita voi ajaa erikseen komennolla Ctrl+Enter. Ajetaan nyt kuitenkin koko ohjelma valitsemalla työkaluriviltä Run. Näyttöön pitäisi ilmestyä kuvaaja. MATLABissa on erittäin hyvä dokumentaatio. Kun haluat tietää, miten joku funktio toimii, kirjoita MATLABin työtilaan esimerkiksi help plot. Jos taas etsit sopivaa funktiota toteuttamaan jonkin toimenpiteen, kannattaa avata MATLABin dokumentaatio työkalurivin kysymysmerkistä. MATLABilla on myös laaja verkkoyhteisö, joten asioita voi löytää myös perinteisesti googlettamalla.
Kuva 6. Matlab-komennot kuvaajan piirtämiseksi. Kuva 7. Moottorin kierroslukumäärä ajan funktiona.
Valitse muodostuneelta kuvaajalta Data Cursor -työkalulla kaksi pistettä, joiden välillä moottorin kierrosnopeus vaikuttaa vakiolta (Kuva 7). Toisen pisteen saa valittua painamalla Shift-nappia pohjassa. Käytetään näitä arvoja hyväksi kierrosnopeuden laskemisessa. Ensimmäinen mittapiste on otettu ajanhetkellä t = 0. Kun tiedetään, että mittauspisteitä otetaan 0,1 s välein voidaan päätellä, että 26. mittapiste on otettu ajanhetkellä t = 2,5 s. Käyttäen samaa menettelyä määritä omasta mittauksestasi vastaavasti mittapisteet, joita käytetään kierrosnopeuden laskemisessa. Tallennetaan tarkasteltavalla mittausvälillä olevat pisteet omiin vektoreihinsa X ja Y. Hyödynnetään fysiikan kurssien laboratorioharjoitusten käyttämää suora.m -funktiota (saatavissa tämän kurssin MyCourses-sivuilta) suoran kulmakertoimen ja virhearvion määrittämisessä. Varmista, että funktio suora.m on MATLABin työkansiossa, kun ajat ohjelmaa. Laske moottorin kierrosnopeus virhearvioineen kuvan Kuva 8 mukaisesti. fprintf-komennolla saadaan tulostettua tulos MATLABin työtilaan. -merkinnällä voidaan jatkaa koodin kirjoittamista seuraavalle riville. Kuva 8. Scripti kierrosnopeuden määrittämiseksi ja tulostamiseksi MATLABin työtilaan. Käytetään lopuksi MATLABin Publish-ominaisuutta palautettavan PDF-tiedoston tekemiseen. Lisää työsi alkuun otsikko ja selite (Kuva 9). Valitse Publish-välilehti ja Edit Publishing options. Oletusarvot ovat muuten hyvät, mutta vaihda Output file format -kohtaan PDF. Paina Publish. Palauta tämä PDF MyCoursesiin. Kuva 9. Otsikon lisääminen dokumenttiin. Pohdittavaa: miten saataisiin pyörimisnopeus näkymään mittausohjelman näytössä
mitä virhelähteitä edellä käytettyyn nopeuden määrittämismenetelmään sisältyy? miten pyörimisnopeus voitaisiin mitata käyttämällä analogista tai digitaalista sisääntuloa?