Измерение функции веса/давления тензомостом, ИУ и АЦП

[Openreel]

У мну большие сомнения, что это воздействие можно назвать ступенькой.

Из наколенно доступного я больше ничего не знаю. Ступенька получается вполне годной, особенно если

стабильный конец надо фиксировать на 1.5 тонной чугуниевой станине

Можно конечно и меньше станину и например гранит вместо чугуния взять, но в целом оно так и есть, если там не здоровенная жесткая болванка, то проблемы будут.

Не, можно сделать более хорошую ступеньку, с заметно меньшей массой(и инерцией), только придется много напильником махать.
как наиболее простой способ - пневмоциллиндр взять с большим ходом(миллиметров в 100+) и малым дииаметром поршня(миллиметров 10-15), закачать в него заданное давление и получить на выходе нужную силу. Далее можно шток оттянуть миллиметров на 10 и отпустить. Если у этого ПЦ входные порты большого диаметра(больше 6мм) то еще лучше - можно давление подавать через большую трубу и не терять на динамике потоков воздуха, шток оттянують уже миллиметров на 20-30. Сделать серию измерений и снять логи быстрым АЦП или цифроскопом например(если разрешения достаточно).
А если 12 бит мало - оставь надежду всяк сюда входящий(с). Только специализированные решения, никаких звуковых камней, никаких колхозных разводок, отмывка плат с фанатизмом и тд.

вообще, подобная физика довольно сложна, слой стекла в контакте с датчиком тоже обладает массой, датчик упругостью - получаем колебательную систему.

Поэтому с 60ых для решения сложных задач частенько клеют тензорезиствную пленку на измеряемый объект. А то и пачку этих пленок в самые разные места.

[Ka4aN]

Необходимо измерить создаваемое усилие на противоположной поверхности стекла при ударе с другой стороны.

Я вообще, позволю себе посчитать такое ТЗ немного неадекватным с точки зрения здравой физики здравого смысла...
Чтобы долго не писать длинные скучные научные словесы, приведу пример про силу удара:

Может кто бил по измеряющей груше в развлекательных центрах?
Так вот, по ней колотить надо не с плеча корпусом, а с размаху и пощечиной - тогда будет высокий результат.
А вот по бетонной стене если влупить такую пощечину - максимум ладошку отобьешь, а если приложить с корпусом прямой рукой - прямая дорога в травмпункт и гипс.

Мораль сей басни такова:
сила - мера ускорения, а не перемещения.

[shura1959]

Есть задача измерить функцию давления, использ

В ДШ на тензобалку нет ни слова о переходном процессе. Надо таки по постоянке измерять или короткие импульсы? и с какой точностью?

Я вообще, позволю себе посчитать такое ТЗ немного неадекватным с точки зрения здравой физики здравого смысла...

Похоже, есть смысл, более детально формализовать ТЗ, диапазон нагрузок, частотные, тОчностные характеристики, учёт резонансов

Всей системы.

[bravissimo]

Прошу прощения однако.
у меня по ходу несколько вопросов возникает.
- Что надо мерить, именно усилие развиваемое на обратной стороне стекла?, амплитуду перемещения обратной стороны стекла? Усилие развиваемое ударником конкретно приведенного типа, а стекло только как упругая и твердая среда?
Ежели только ударное устройство на скорость мерять может попроще как-нить? Обмерять его резонанс и добротность. Апмлитуда уже дана в даташите.
- Упругость стекла надо понимать не интересует? У Вас при импульсном воздействии (почему именно ступенька-то?, боек ведь возвращается) будут колебания стекляшки.А поскольку она вполне м.б. весьма добротной и в силу размеров м.б. опять же высокочастотной будете иметь затухающие колебания. Может звон и пользовать для замера? Но опять же непонятно что хотите мерять.
-Относительно удара и ступеньки опять же. Совершенно имхо, чтобы получить именно ступеньку Вам надобно оставить ударник на поверхности стекла. Смутно вспоминается такое слово как баллистический маятник. Что то мне кажется что это то что надо.
-И насчет добротности и резонанса стекла которое не то передающая среда, не то испытываемый образец. На него весьма сильно будет влиять все что к нему прислонено или прилеплено. Посему импульсная характеристика будет соответственно условиям изменяться.
И да, в принципе амплитуду перемещения поверхности почему бы не померять дедовским способом, к примеру зайчиком? К примеру возбудив в стекле тем или иным способом колебания. По меньшей мере даст значение и позволит откалиброваться.

[Александр Котов]

bravissimo, хоть один матёрый нашелся

ТС не правильно ставит задачу. А в правильной постановке вопроса есть большая часть ответа (не моё). Похоже, бронестекло пытаются делать или типа того.

Весовые датчики точно не пригодны.

---------- Сообщение добавлено 23:20 ---------- Предыдущее сообщение было 23:18 ----------

Импульсная тензометрия - это совершенно отдельный мир, мало кому интересный, ничего готового за малую денежку для него вроде нет.

А вот и есть! Это системы измерения вибрации. К примеру, Siemens, IFM, Hydac.

---------- Сообщение добавлено 23:22 ---------- Предыдущее сообщение было 23:20 ----------

нет там никаких сапфиров. Даже в датчиках на базе кварца(не тензорерзисторный принцип) нет никаких сапфиров.

Полностью согласен, в датчиках на базе кварца нет сапфиров

[Openreel]

А вот и есть! Это системы измерения вибрации.

За малую дежку, ага. И тензометрия в тех системах далеко не всегда есть, других вариантов полно.

---------- Сообщение добавлено 23:47 ---------- Предыдущее сообщение было 23:44 ----------

Классическая импульсная тензометрия - это именно работа с резистивными датчиками, но в импульсных режимах, для исследования быстрых процессов, большей части в условиях лабораторий, а не цеховых/производственных.

[mr-marlen]

- Что надо мерить, именно усилие развиваемое на обратной стороне стекла?

Да.

амплитуду перемещения обратной стороны стекла?

Стекло прижимается к пьезоприводу и накрывается крышкой, т.к. перемещаться ему некуда. При нанесенной микротрещине происходит докол. Цифр усилия нет. Надо снять развиваемое усилие пьезоприводом, потом можно будет оценить какое оно будет при разных напряжениях. А уже после колоть стекло с микротрещиной и имеющимся напряжением.
Как бонус если при снятии характеристики удар с противоположной стороны смазывается, т.е. определенные частоты приходят на противоположный край быстрее, то можно будет FIR фильтром поправить входную ступеньку, чтобы приходило с максимальным усилием.

У Вас при импульсном воздействии (почему именно ступенька-то?, боек ведь возвращается) будут колебания стекляшки.

Оно сверху прижато, колебания должны уйти в развитие трещины, т.е. разделение пластины. Данный метод используется при резке почти все чипов и небольших деталей для стекл, хоть при УФ скрайбировании, хоть при ЛУТ, хоть при комбинированном методе.
Вот ссылка варианта пром. установки http://www.hta.com.tw/en/product/led/led-wb1100.html . Боек там на всю длину трещины.

Усилие развиваемое ударником конкретно приведенного типа, а стекло только как упругая и твердая среда?

Я не уверен, что при прижиме привод создает расчетные усилия, наверняка они будут меняться.

-Относительно удара и ступеньки опять же. Совершенно имхо, чтобы получить именно ступеньку Вам надобно оставить ударник на поверхности стекла. Смутно вспоминается такое слово как баллистический маятник. Что то мне кажется что это то что надо.

Схема установки в картинке ниже. Сверху прижимается либо с отверстием, либо сплошной крышкой. Есть и результаты, но это к кандидатской не пришить - нужны цифры.

Похоже, бронестекло пытаются делать или типа того.

Это уже делали, там можно щипцами колоть, т.к. все равно фаску снимать.
Вообще хочется к установке для резки ЛУТ прицепить ударник, чтобы микротрещина была сквозной сразу, а так приходится повторно лазером проходить, дополнительные надрезы делать, что приводит к затратам энергии и т.д. Щипцами там неудобно и не технологично.

Весовые датчики точно не пригодны.

А какие пригодны?

Кстати, зачем гирю кидать, когда можно резко снять? Конечно АЧХ сверху будет ограничена, но нижняя часть будет вся. График приложил.


Кто-нибудь знает есть программа автоматически пересчитывающая из ступеньки импульс? А то я скорее всего не совсем корректно считаю в экселе.

[Openreel]

Кстати, зачем гирю кидать, когда можно резко снять?

Резко снять сложней, если требуется точность.

Надо снять развиваемое усилие пьезоприводом

Для начала стоит снять перемещение этого привода без нагрузки, к примеру оптическими методами.
Усилие можно будет пересчитать потом через затраты энергии(снять график ток-напряжение) и кпд.
Пьезопривод наверняка на высокие скорости заточен, типа ультразвука, нечего тут тензодатчиком делать, вообще нечего.
Энергия пьезопривода уходит в разрушение стекла, а не изгиб, тут не только тензобалка мимо, тут даже клеить тензорезистор бесполезняк.
Разве что для узнать, сколько энергии ушло в разрушение а сколько в изгиб.

[frezer]

Есть и результаты, но это к кандидатской не пришить - нужны цифры.

Offтопик:
Был на отдыхе, не отвечал. Если для диссертации нужен метод измерения напряжений в стекле полярязационоптическим методом для твоих нужд, то обращайся таких в мире на 2005г не было, сейчас не знаю переключился на другие задачи. По моему есть ещё для АД7731 код передачи данных через компорт ПК и даже платка с ним и RS232 интерфейсом.

[shura1959]

колебания должны уйти в развитие трещины,

Энергия пьезопривода уходит в разрушение стекла, а не изгиб, тут не только тензобалка мимо, тут даже клеить тензорезистор бесполезняк.
Разве что для узнать, сколько энергии ушло в разрушение а сколько в изгиб.

Может есть смысл порыть способ (метод) в строительной области? Там испытание балок, плит, и пр. - стандартная задача.

[frezer]

На противоположной стороне стекла наносится микротрещина. Ударник создает сферическую волну, которая отражаясь от противоположного края углубляет трещину.

Немного физики процесса. Я как понимаю у вас неотожженное стекло, т.е. на поверхности имеются остаточные механические напряжения сжатия. Стекло хорошо работает на сжатие и плохо на растяжение. Для того чтобы стекло хорошо кололось по надрезу самое лучшее чтобы оно было отожжено. Если оно имеет напряжения сжатия на поверхности - то хорошо бы иметь глубину надреза такой чтобы перераспределение напряжений вызванные этим надрезом на дне "каньона"надреза уменьшили напряжения до нуля. Приложенная сила или импульс с противоположной стороны создадут на дне "каньона"надреза напряжение растяжения и при превышении ими предельной прочности стекло треснет.
Инженерно-технически эта задача решается так:
Измеряются поверхностные остаточные механические напряжения в данном листе с двух сторон (можно экстраполировать на всю партию).
Рассчитывается по мат. модели необходимая глубина насечки.
По известным прочностным свойствам стекла определяется необходимая сила или импульс механического воздействия.

[mr-marlen]

Offтопик:

Если для диссертации нужен метод измерения напряжений в стекле полярязационоптическим методом для твоих нужд, то обращайся

Если понадобиться - обращусь, пока попробую обойтись тем, что есть.

Я как понимаю у вас неотожженное стекло, т.е. на поверхности имеются остаточные механические напряжения сжатия. Стекло хорошо работает на сжатие и плохо на растяжение

Метод ЛУТ заключается в предварительном нанесении насечки алмазной пирамидкой или УФ-лазером, затем нагрев по насечке лазерным пучком формой эллипса до температуры не вызывающей плавление. При таком нагреве внешние прогретые слои испытывают сильные напряжения сжатия и если вслед за лазерным пучком подать хладагент (воздух-вода), то в точке максимального градиента предел прочности стекла превышается и возникает трещина, проникающая в глубь до прогретых слоев.

то хорошо бы иметь глубину надреза такой чтобы перераспределение напряжений вызванные этим надрезом на дне "каньона"надреза уменьшили напряжения до нуля

Оно так и получается.

Рассчитывается по мат. модели необходимая глубина насечки.

Где можно посмотреть такую мат. модель? Можно в личку.

[bravissimo]

Да.

Стекло прижимается к пьезоприводу и накрывается крышкой, т.к. перемещаться ему некуда. При нанесенной микротрещине происходит докол. Цифр усилия нет. Надо снять развиваемое усилие пьезоприводом, потом можно будет оценить какое оно будет при разных напряжениях. А уже после колоть стекло с микротрещиной и имеющимся напряжением.
Как бонус если при снятии характеристики удар с противоположной стороны смазывается, т.е. определенные частоты приходят на противоположный край быстрее, то можно будет FIR фильтром поправить входную ступеньку, чтобы приходило с максимальным усилием.

Оно сверху прижато, колебания должны уйти в развитие трещины, т.е. разделение пластины. Данный метод используется при резке почти все чипов и небольших деталей для стекл, хоть при УФ скрайбировании, хоть при ЛУТ, хоть при комбинированном методе.
Вот ссылка варианта пром. установки http://www.hta.com.tw/en/product/led/led-wb1100.html . Боек там на всю длину трещины.

Я не уверен, что при прижиме привод создает расчетные усилия, наверняка они будут меняться.

Схема установки в картинке ниже. Сверху прижимается либо с отверстием, либо сплошной крышкой. Есть и результаты, но это к кандидатской не пришить - нужны цифры.

Относительно резки чипов. Что мне встречалось из разделения при скрайбировании, работало как раз на медленных перемещениях - либо изгиб линейным бойком из пхв/полиуретан и т.д., как излом балки. Ломались поликор, ХС, ситалл. Либо излом наклееных на скотч скрайбированых кремневых блинов при надувании скотча снизу воздухом. Возникающий купол и соответственно усилие на кремень ломали блин на чипы. Удара избегали.
Относительно прижима. Совершенно имхо прижимать сплошным прижимом категорически нежелательно. Развитие трещины происходит при появления усилия в вершине трещины выше предела прочности материала. А для этого должен наличествовать изгибающий момент в зоне трещины. Т.е образец перед началом излома должен деформироваться. В случае сплошного прижима Вы продавливаете опору и только потом гнете образец.
Кстати, имхо конечно, но вопрос трещинообразования должен быть изучен в материаловедении достаточно хорошо. Может там поискать?
Относительно собственно излома. Надо понимать прилагаемое усилие заведомо ниже порога разрушения. Посему совершенно имхо у Вас скол будет возникать при изгибных колебаниях образца. Типа ежели амплитуда колебаний в точке будет близка к линейной деформации при изломе в статике см выше, булет развиваться трещина. Ессно весьма грубо. ПОсему тестировать можно на аналогичном неповрежденном образце, очевидно. И грубо - сравнивать с критической аплитудой изгиба прои статическом нагружении.
Ежели ломать все таки при зафиксированной нижней поверхности, излом имхо будет присходить при распространении в толще образца упругих колебаний. При этом волны расширения и будут растягивать трещину Когда размах колебаний в зоне надреза достигнет предела разрушения см выше опять же, образец хрупнет. Но Вам придется расчитывать эту амплитуду, а это имхо не самое простое. Придется измерять/обсчитывать образцы на предмет резонанса, добротности, скорости распространения. Свободных колебаний короче.
По мне проще иметь дело с псевдостатическим режимом. Да и порядок величин разрушающего воздействия будет совершенно разный.
Относительно Вашей ступеньки, может все-таки это дельта-функция?

[frezer]

При таком нагреве внешние прогретые слои испытывают сильные напряжения сжатия и если вслед за лазерным пучком подать хладагент (воздух-вода), то в точке максимального градиента предел прочности стекла превышается и возникает трещина, проникающая в глубь до прогретых слоев.

При нагреве внешние прогретые слои не испытывают напряжения сжатия, а наоборот уменьшаются (так отжиг осуществляют)! Напряжения сжатия или растяжения могут возникнуть на границе с холодными слоями. Поскольку есть дефект в виде насечки и напряжения сжатия в этой области уменьшились, а область растяжения приблизилась ко дну каньона, то быстрое охлаждение может создать напряжение растяжения на дне каньона превышающее предел прочности стекла. То есть «надрез» и нагрев приводит к релаксации напряжений сжатия, а быстрое охлаждение к раздвиганию стенок «каньона» и созданию напряжений растяжения на его дне.

Касательно мат. модели процесса - это немного не ко мне, но есть знакомый в Харькове по этой части, если надо могу спросить. Я могу мат. модель автоматического измерителя напряжений только предоставить.

[GogaZh]

Зы, в задаче не описано главное - быстродействие и точность, а от этого очень сильно зависит(и получить настоящих 16 бит и всего 10..20 Гц - задача далеко не уровня ардуин, даже при правильной схемотехнике, просто не очень фанатичной разводкой от этих 16 бит моментально остается 11..12 в лучшем случае). Готовых недорогих решений(электроники) для быстрой тензометрии в природе нет - слишком особая статья.

Из своего опыта добавлю, что еще и чистотой питания аналоговой части и АЦП надо будет как следует озаботиться.

[mr-marlen]

При нагреве внешние прогретые слои не испытывают напряжения сжатия

Как раз таки испытывают, т.к. нагрев происходит по трещине, то область вокруг неё при нагреве расширяется следовательно половинки относительно трещины начинают сжиматься, т.к. больше расширяться некуда. Резкое охлаждение вызывает перепад усилий, которые совместно с процессом резкого обратного сужения каждой половинки приводят к превышению прочности стекла в зоне трещины, которая проникает вглубь.

То есть «надрез» и нагрев приводит к релаксации напряжений сжатия

Надрез к релаксации, а нагрев к появлению.

Касательно мат. модели процесса - это немного не ко мне, но есть знакомый в Харькове по этой части, если надо могу спросить. Я могу мат. модель автоматического измерителя напряжений только предоставить.

Есть мат. модель ЛУТ.
Примерную мат модель превышения прочности при трещине я находил в механике, но там растягивающие силы прикладываются к торцам относительно трещины, соответственно мне нужно пересчитать это дело относительно сил, вызываемых упругими волнами. Еще попробую поискать, может уже кто делал.

Что мне встречалось из разделения при скрайбировании, работало как раз на медленных перемещениях - либо изгиб линейным бойком из пхв/полиуретан и т.д., как излом балки.

При УФ-скрайб+ЛУТ и подложке <1,1 мм чипы режутся на сквозь. Хоть из сапфира, хоть из кремния. Задача именно для толстых стекл, т.е. применительно к производству дисплейных панелей и других стекл.

Может там поискать?

Ищу.

излом имхо будет присходить при распространении в толще образца упругих колебаний. При этом волны расширения и будут растягивать трещину Когда размах колебаний в зоне надреза достигнет предела разрушения см выше опять же, образец хрупнет. Но Вам придется расчитывать эту амплитуду, а это имхо не самое простое.

Придется. Основная задача получить цифры и определить возможность колоть применяемы образцы стекла данным способом без сколов в точке удара.

Относительно Вашей ступеньки, может все-таки это дельта-функция?

Если я снимаю груз, то во времени это равносильно именно ступеньке, аналогично если груз кидать на датчик. Чтобы получить из записанной функции импульс (дельта-функцию) я беру производную по времени. После беру АЧХ.

чистотой питания аналоговой части и АЦП надо будет как следует озаботиться.

Питание - адаптер с трансформатором и выпрямителем, на плате АЦП диодный мост, отдельный стаб 78L05 для АЦП и отдельный стаб 7805 для питания всего остального. Для датчика по хорошему надо еще экран из фольги сделать.

[frezer]

mr-marlen вы немного не так понимаете распределение напряжений в неотожжёном стекле, я поищу картинки и пришлю вам.

Вот нашёл материал с трешинами - может пригодиться: http://pstu.ru/files/file/FPMM/of/op...ogo_stekla.pdf

[mr-marlen]

Измерил сам привод, получил следующее. Первая картинка ступенька на половину шкалы при напряжении 200В амплитудного. По шкале груз 2 кг показывает 10,8% изменения. В данном случае привод создает усилие 6,25% или 1,157 кг*сила.
Вторая картинка сдавил датчик и привод с усилием около 2 кг и подал синус 50Гц. Вроде все похоже от пика до пика 2 кг*сила.
Ну а дальше думаю зачем я буду ступеньку пересчитывать, когда можно также как получал синус измерить АЧХ MLS методом? Картинку прицепил.

Правильно понимаю, что для определения создаваемого давления нужно данное усилие привода делить на площадь с которой он контактирует со стеклом?

Кстати музыку даже с басами может играть, если прицепить пластину и придавить к приводу, причем неплохо. Только амплитуды маловато, да и напряжение высокое...