KON-C3004 Kone-ja rakennustekniikan laboratoriotyöt Laboratorioraportti 3 Laboratorioharjoitus 1B: Ruuvijohde Ryhmä S: Pekka Vartiainen 427971 Jari Villanen 69830F Anssi Petäjä 433978
Mittaustilanne Harjoituksessa käytettiin kuvan 1 mukaista harjoitusvälineistöä, jonka avulla mitattiin etäisyyttä kierreruuvissa kiinni olevaan levyyn. Etäisyyden mittaus suoritettiin sekä infrapuna- että ultraäänianturilla. Kierreruuvi oli kiinnitetty vasemmasta päästä moottoriin ja levyä pystyttiin liikuttamaan tämän avulla vakionopeudella. Tarkoituksena mittauksessa oli suorittaa etäisyysmittauksia molemmilla antureilla ja verrata näiden antamia tuloksia toisiinsa. Tarkastelun kohteena oli anturien tarkkuus, mittausalue ja häiriöiden määrä. Kuva 1: Harjoitusvälineistö[1]. Kuvassa 1 numeroidut komponentit: 1. Infrapunaetäisyysmittari: https://www.pololu.com/file/download/gp2y0a41sk0f.pdf?file_id=0j713 ja Ultraäänietäisyysanturi: http://www.micropik.com/pdf/hcsr04.pdf 2. Nappi, jota pitämällä pohjassa ruuvi pyörii. Vaihtoehtoisesti punaisen hyppyjohdon napin viereisen pään voi siirtää +5V linjaan. 3. Nappi, jolla voi vaihtaa ruuvin pyörimissuuntaa. Vaihtoehtoisesti voit vaihtaa moottorilta tulevien vihreän ja ruskean johdon paikkaa. 4. IR-anturin antama jännite (keltainen johto) 5. Ultraäänianturin vahvistimen antama jännite (valkoinen johto) 6. Maadoitus tiedonkeruulaitetta varten (musta johto) 7. Jännitelähteen johdot. Mittausvälineistöön tulee virta, kun kytket jännitelähteen töpselin sähköverkkoon.
Tiedonkeruu infrapuna- ja ultraäänietäisyysanturista tapahtui käyttämällä NI USB-6001 - tiedonkeruulaitteella. Tiedonkeruulaitteelta saatu tieto saatiin siirrettyä tietokoneelle LabVIEW - ohjelmiston avulla. Tiedonkeruu tapahtui samanaikaisesti molemmista antureista. Etäisyyksien mittaus tapahtui kahdessa osiossa. Ensimmäisessä vaiheessa kohdelevyä ajettiin edestakaisin tasaisella nopeudella ja mittausdata tallennettiin molemmista antureista. Alku- ja loppuetäisyydet mitattiin työntömitalla ja kirjattiin ylös. Toisessa vaiheessa levy asetettiin tietylle etäisyydelle antureista käyttäen työntömittaa ja mittausdata tallennettiin jälleen molemmista antureista. Tämä toistettiin useammalla eri etäisyydellä. Mittaustulokset Saadut mittaustiedot saatiin Excel-tiedostona ja ne siirrettiin Matlab-ohjelmistoon ja niistä piirrettiin kuvaajat. Ensimmäisessä vaiheessa mittaukset suoritettiin kolme kertaa: - Mittaus 1: 26 cm -> 3,3 cm - Mittaus 2: 3,3 cm -> 29 cm - Mittaus 3: 29 cm -> 3,7 cm Toisessa vaiheessa mittaukset suoritettiin seuraavissa kohdissa: - 4 cm - 8 cm - 12 cm - 16 cm - 20 cm - 26 cm Mittauksien 1 ja 2 aikana huomattiin ultraäänianturin näyttävän selvästi vääriä tuloksia (kuva 1 ja 2). Tätä yritettiin korjata mittauksessa 3 (liite 1) asettamalla paperilappu peittämään kierreruuvi 8 cm - 16 cm alueella, tarkoituksena poistaa mittaustulokseen vaikuttavat mahdolliset heijastukset. Tästä korjausyrityksestä huolimatta kolmannen mittauksen tulokset olivat vieläkin vääristyneet. Tästä johtuen mittaustulosten tarkastelussa käytettiin ainoastaan mittauksia 1 ja 2. Sekä ensimmäisen että toisen vaiheen mittaustuloksista nähdään selvästi, ettei ultraäänianturi toiminut halutulla tavalla. Tämä on selvästi nähtävillä kaikissa mittauksissa. Esimerkiksi toisen vaiheen 16 cm etäisyydellä suoritetussa mittauksessa ultraäänianturin näyttämä tulos on keskimäärin 11 cm kohdalla (kuva 4). Ultraäänianturin antamat mittaustulokset heittelevät myös hyvin paljon. Infrapunamittarin antamat tulokset vastaavat hyvin etäisyyksiä joilla mittaukset suoritettiin. Tämä voidaan todeta toisen vaiheen mittaustuloksista, joissa mittarin näyttämä tulos vastaa hyvin levyn varsinaista etäisyyttä. Myös ensimmäisen vaiheen tuloksista nähdään, että infrapunamittarin tuloksista saadaan suhteellisen suora kuvaaja. Näistä tuloksista nähdään myös, että noin 4 cm kohdalla
infrapunamittari saavuttaa mittausalueensa alarajan ja tulos alkaa vääristyä. Alaraja vastaa ohjekirjassa annettua mittausalueen alarajaa. Valitettavasti emme suorittaneet mittausta yli ohjekirjan antaman 30 cm ylärajan, joten emme voi todentaa tätä rajaa. Infrapunamittarin häiriö on suhteellisen pientä. Mittausdataan alkaa kuitenkin muodostua kasvavaa porrasmaisuutta suuremmilla mittausetäisyyksillä. Kuva 2: Mittaus 1. Kuva 3: Mittaus 2. Kuva 4: Mittaus 16 cm kohdalla.
Päätelmät Loppupäätelminä voisi sanoa, että infrapuna-anturi oli merkittävästi tarkempi kuin ultraäänianturi, jonka tulokset vaikuttivat antavan täysin vääriä tuloksia koko mittausalueella, vaikka se sisältyi sille ilmoitetulle käyttövälille. Infrapuna-anturin tarkkuus kasvoi mittausetäisyyden pienentyessä. Kun saavutettiin IPanturille ilmoitetun käyttöalueen alaraja, sen antamat tulokset vääristyivät. Infrapuna-anturi toimi siis kokeessa hyvin. Ultraäänianturin mittauskulma on 15 astetta, joten koska kierreruuvi sijaitsi aivan antureiden läheisyydessä, mittaustulokset vääristyivät.
Lähteet 1 Laboratorioharjoituksen tehtävänanto. [Viitattu: 01.11.2015]. Saatavissa: https://mycourses.aalto.fi/mod/folder/view.php?id=37707
Liite 1: Ensimmäisen vaiheen mittaukset
Liite 2: Toisen vaiheen mittaukset