Conjunto de péndulo de precisión: Calibración

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Calibración

Medida de cuerdas

Calibración rigurosa de la cinta métrica con una ayuda de calibre.
Detalle de la calibración de la longitud del cable del péndulo, donde la meseta toca la cinta métrica para evitar el paralaje.

La precisión del péndulo depende en gran medida de su rigurosa medición de longitud (~ 2700 m) con menos de 0,5 mm. De hecho, este es el factor crucial para lograr la precisión deseada del 0,02% y para eso proponer una cinta métrica bien calibrada a elegir. Si se adopta este método, se debe tener especial cuidado para evitar el paralaje. Los métodos alternativos como la medición ultrasónica con puntería láser son los mejores, utilizando un plano de piedra metálico o de mármol ajustado tangencial al peso (lo que le permite rodar pero tocando el plano). Con este método se realizarán unas cuantas tomas rodeando la bola y su valor medio se considerará la longitud de referencia del péndulo.

Recalibración de la longitud a perseguir cada mes para garantizar una precisión razonable.

En la primera figura se muestra cómo rectificar el desplazamiento inicial de la cinta métrica eliminando con cuidado el error sistemático del contacto con la esfera. Luego, la cinta pasa a través del orificio de la meseta donde se asienta el fulcro hasta que alcanza la superficie de la bola. Luego, se deben tomar algunas medidas para tener un promedio adecuado.

Plano de oscilación

Corrección de la alineación del lanzador después del procedimiento para ajustar el plano de oscilaciones.


El plano de oscilación tiene que ser definido críticamente para evitar efectos de segundo orden en la determinación del período debido a un momento elíptico en lugar de uno plano. Por supuesto, la fuerza de Coriolis no se puede evitar, pero solo para carreras muy largas (> 15 min) influirá significativamente en el movimiento.

Tener el avión bien establecido para evitar cualquier fuerza tangencial durante el lanzamiento de la sacudida. Para ello, se debe verificar una alineación perfecta de la trayectoria de la pala dentro del plano de oscilación.

Paralelismo del piso de los triángulos superior e inferior

La primera calibración es proporcionar un paralelismo aproximado entre los triángulos estructurales superior e inferior. Para ello, la estructura debe ser colocada en un piso regular y tener un apriete final de los tornillos que conducen a una armadura rígida.

Luego, el triángulo superior debe nivelarse utilizando el propio bob, dejándolo en la posición central del triángulo inferior y a ~ 10-12 cm de la parte posterior; en la dirección ortogonal del plano oscilante, se debe usar un nivel de burbuja en primera aproximación y luego se debe refinar un ajuste fino de la sacudida de acuerdo con la posición de la puerta fotoeléctrica. Se garantiza que la bobina se desplaza exactamente por el medio de la puerta fotoeléctrica.

Movimiento de Bob dado por la excitación del fulcro

Después de ubicar el péndulo en su lugar final y tener la sacudida en reposo, comience un balanceo suave (movimiento lento) excitándolo en el fulcro en la parte superior para definir el plano de oscilación.

  • En primer lugar, asegúrese de que esta oscilación sea aproximadamente paralela al lanzador / pared girando el soporte del fulcro.
  • Con la ayuda de una linterna (i) en el frente de la pala / bob y (ii) colocando un papel blanco con una línea negra vertical centrada en la parte superior de la pala en el origen (iii) ajuste los tornillos de inclinación horizontal del lanzador para tener la plataforma del lanzador perfectamente alineada con el plano de oscilación. Esto se puede ver fácilmente si el centro de sombra de la bobina no se mueve horizontalmente y la sombra del cable no se desvía de la línea negra del papel.

Consola de interfaz a microcontrolador

El microcontrolador proporciona un menú que permite al usuario establecer los parámetros del experimento y ejecutar funciones predefinidas para permitir la configuración y las pruebas. La interfaz entre usuario y microcontrolador se realiza a través de la conexión serie RS-232 con los siguientes parámetros:

   • Velocidad en baudios: 115200 bps
   • Paridad: No
   • Bits de datos: 8
   • Bits de parada: 1

Tenga en cuenta si tiene otra aplicación utilizando el dispositivo correspondiente. En realidad, puede hacer que JAVA deamon se ejecute, evitando el acceso al puerto serie. En tal caso, debe detenerse (ejecutando el comando con la bandera STOP) antes de ejecutar la aplicación minicom como en el siguiente ejemplo (adáptese a su ruta local):

elab@WP-RAI:~ $ /home/wpa/rec-deployment/wpunicvrai/wpunicvraiDaemon.sh Stop

Como ejemplo, la interfaz de la consola "minicom" se puede utilizar para comunicarse con el microcontrolador. En RaspberryPi, esta interfaz se puede llamar desde un shell usando el siguiente comando:

   minicom -D /dev/ttyS0

o

   minicom -D /dev/ttyAMA0

“/dev/ttyS0” or "/dev/ttyAMA0" es la ubicación del dispositivo (microcontrolador). El programa minicom creará una conexión serial con parámetros por defecto que, en principio, son los mismos que los mencionados anteriormente. Si no es así, consulte la página de ayuda del programa minicom (escriba "man minicom") para ver cómo configurar esos parámetros. Después de iniciar el programa, asegúrese de agregar un salto de línea para que los mensajes enviados por el microcontrolador aparezcan en nuevas líneas. En minicom, el salto de línea se activa / desactiva presionando Ctrl+a seguido de a. Una vez establecida la comunicación (conexión), es posible acceder al menú del microcontrolador enviando:

   ? (signo de interrogación seguido de un hit enter)

o

   ayuda ("help" seguida de un golpe de entrada)

La salida será similar a la que se muestra en la siguiente figura: Interfaz del menú de la consola al microcontrolador

Cada comando debe ir seguido de un retorno de carro - "\r" (presione enter) para que el microcontrolador pueda procesar la cadena enviada. Al presionar enter también se borra el búfer de entrada del microcontrolador, por lo que también se puede usar para ese propósito. Las palabras en los comandos están separadas solo por un carácter de espacio excepto para el comando “cfg deltaX[…] N[...]” donde las palabras / entradas están separadas por un carácter de tabulación “\t”. Si el comando enviado se recibe sucesivamente, el microcontrolador responderá al comando enviado devolviendo el comando de envío en letras mayúsculas. Si el comando se ejecuta sucesivamente, el microcontrolador responderá con un OK.

Los "[ ]" (corchetes) en los comandos definen el rango de valores de entrada aceptados. La representación numérica de estos límites indica el tipo de valor aceptado, es decir, entero o flotante. Si el valor límite contiene un caso decimal, los valores aceptados para ese parámetro son flotantes. Si el valor límite no contiene un caso decimal, los valores aceptados son solo números enteros. Vea los siguientes ejemplos:

   cfg    deltaX[5:25]    N[10:1000]                                      ->    cfg    15    30
   set maximum position %lf [40.0 60.0] (cm)                              ->    set maximum position 47.7
   set catch ball delay %d [1 2000] (ms)                                  ->    set catch ball delay 300
   set pulley diameter %lf [1.0 4.0] (cm)                                 ->    set pulley diameter 2.356
   set ID string %s [maximum length of 32 characters]                     ->    set ID string WORLD_PENDULUM_LISBON
   cur                                                                    ->    cur
   go to origin speed[1.0:50.0] acceleration[1.0:150.0]                   ->    go to origin 11.5 41.1
   move forward deltaX[1:50.0] speed[1.0:50.0] acceleration[1.0:150.0]    ->    move forward 4.5 2.2 2.0    

Antes de encender el microcontrolador, es importante realizar dos mediciones de posición (máxima y vertical). El procedimiento para medir estas posiciones se describe en Configuración de parámetros específicos para el experimento.

Descripción del menú de la consola (comandos/salidas)

Comandos relacionados con la máquina de estado y comunicación con el controlador e-lab (programa Java que se ejecuta en RaspberryPi):

  • cur: Pregunta al microcontrolador sobre su configuración actual. El microcontrolador devolverá la siguiente línea:
retorno de cur dsPic
  • str: cambia el estado del microcontrolador a INICIADO e inicia un experimento si se configuró previamente usando un comando "cfg". Una vez que el experimento ha comenzado, el microcontrolador generará los datos en el siguiente formato: 1ra columna - número de punto de datos, 2da columna - período (s), 3ra columna - g (m/s²), 4ta columna - velocidad en la ubicación del láser (cm/s), quinta columna - temperatura ambiente (°C). Consulte la figura siguiente para obtener una ilustración:
retorno de str y dsPic de datos
  • stp: Detiene un experimento y envía el microcontrolador al estado DETENIDO.
  • rst: Reinicia el microcontrolador y lo envía al estado RESET.
  • ids: Pídale al microcontrolador que envíe sus identificaciones. P.ej.: IDS WP_LIS STOPED
  • cfg: Envía la configuración para un nuevo experimento. Este comando acepta dos parámetros enteros: 1° - desplazamiento inicial en cm, 2° - número de oscilaciones
retorno de cfg dsPic

Comandos para ejecutar funciones predefinidas, útiles para calibraciones y pruebas:

  • stop ball: Este comando se utiliza para detener la oscilación de la bola. Después de detener la bola, la posición de reposo de la pala es en el fotodiodo / fotopuerta.
  • prepare launch: Este comando acepta un entero que corresponde al desplazamiento inicial (amplitud máxima) antes de soltar la bola. El comando desplaza la pala a la posición requerida y descansa en esa posición.
  • launch ball: Este comando soltaba la bola enviando la pala al origen a su máxima velocidad.
  • test laser: Esta función se utiliza para probar simultáneamente el láser y la fotopuerta / fotodiodo. Una descripción más detallada de este comando se encuentra en Prueba de láser y fotopuerta, así como los procedimientos para verificar en caso de una prueba fallida.
  • go to origin: Este comando acepta dos entradas: 1ª - velocidad en cm/s (doble) y 2ª - aceleración en cm/s² (doble). Envía la pala al origen (hasta que llega al microinterruptor).
  • move forward: Este comando acepta tres entradas: 1ª - desplazamiento horizontal en cm (doble), 2ª - velocidad en cm/s (doble) y 3ª - aceleración en cm/s² (doble). Mueve la pala hacia adelante (alejándose del origen).
  • move backward: Este comando acepta tres entradas: 1ª - desplazamiento horizontal en cm (doble), 2ª - velocidad en cm/s (doble) y 3ª - aceleración en cm/s² (doble). Mueve la pala hacia atrás (hacia el origen).
  • move to photodiode: Este comando acepta dos entradas: 1ª - velocidad en cm/s (doble) y 2ª - aceleración en cm/s² (doble). Envía la pala al fotodiodo/fotopuerta si la pala está más allá del fotodiodo/fotopuerta en la dirección de avance. Si la pala está entre el fotodiodo y el origen el comando envía la pala al origen (hasta que llega al microinterruptor).
  • light bulb on: Enciende la bombilla para iluminar el experimento.
  • light bulb off: Apaga la bombilla.
  • laser on: Enciende el láser.
  • laser off: Apaga el láser.
  • reboot: Realiza un reinicio de software en el microcontrolador. Antes de reiniciar, el microcontrolador almacena el número actual de oscilaciones en la memoria flash.


Comandos para configurar los parámetros específicos para el experimento (consulte la sección Configuración de parámetros específicos para el experimento para más detalles) y los almacena en la memoria flash para que no se pierdan en caso de una situación de apagado: