كرنش‌سنج

توجه داشته باشيد كه تحليل تجربي تنش ( مثلا بوسيله‌ي كرنش‌سنج‌ها) و تحليل تنش بصورت تحليلي يا عددي ( مانند تحليل اجزاء محدود) هر دو در طراحي مطمئن قطعات مكانيكي مهم مي‌باشند. به اين دو روش بايد با ديد مكمل و نه جايگزين‌هاي يكديگر نگاه كرد. تحليل اجزاء محدود متضمن بسياري از فرضيات در مورد خواص مواد و شرايط مرزي است كه مدل‌سازي دقيق قطعه‌ي اصلي را در هنگام ساخت يا بارگذاري ناممكن مي‌سازد. اندازه‌گيري توسط كرنش‌سنج نيز ممكن است داراي خطاهايي باشد كه بر اثر اتصال ناقص و همراستايي ضعيف در نصب دستگاه بر روي سطح قطعه و به واسطه اثرات جبران نشدن دما بوجود مي‌آيند. همچنين، از آنجا كه فضا و دست‌يابي به قطعه از عوامل محدود كننده هستند دستگاه‌هاي كرنش‌سنج تنها قادر به سنجش كرنش نقاط معيني مي‌باشند.

اثراتي كه به سادگي توسط دستگاههاي كرنش‌سنج قابل اندازه‌گيري هستند اما مدل‌سازي آنها با روش تحليل المان محدود سخت است شامل تنش‌هايي است كه از مجموعه اي از قطعات مكانيكي و از بارگذاري تركيبي و شرايط مرزي حاصل مي‌شوند. اغلب پيش بيني و مدلسازي اين تنش‌ها و پارامترهاي ديگر توسط روشهاي تحليلي و عددي مشكل است.

معمولاً در كاربردهاي تجربي تنش، تعداد زيادي كرنش‌سنج را قبل از بارگذاري يك قطعه‌ي مكانيكي، روي آن نصب مي‌كنند. معمولاً مقادير تجربي كرنش، از طريق يك سيستم خودكار جمع آوري اطلاعات، جمع آوري مي گردد. اطلاعات كرنش را مي‌توان تحت شرايط بارگذاري مختلف به تنش‌هايي در شئ تبديل كرد و مي‌توان اين تنش‌ها را با نتايج روش تحليلي و عددي تحليل اجزاء محدود مقايسه نمود.

كرنش‌سنج مقاومتي الكتريكي

معمول‌ترين مبدل براي اندازه‌گيري تجربي كرنش در يك قطعه‌ي مكانيكي، كرنش‌سنج با نوار باريك فلزي است كه در شكل  مشاهده مي نماييد. اين مبدل داراي ورقه‌ي فلزي نازكي است كه معمولاً از جنس كنستانتان مي‌باشد كه با الگويي شبكه‌اي در يك ماده‌ي پلاستيكي نازك كه معمولاً از جنس پلي آميد مي‌باشد فرو رفته است. الگوي ورقه‌ي فلزي در دو انتهاي خود داراي زائده‌هاي فلزي بزرگي مي‌باشد كه به منظور ساده‌سازي اتصال سيم‌هاي رابط توسط لحيم، معمولاً با لايه اي از مس پوشيده شده‌اند، دستگاه اندازه‌گيري حاصل معمولاً بسيار كوچك، نوعاً با طول 5 تا 15 ميلي‌متر مي‌باشد.

براي اندازه‌گيري كرنش وارد بر سطح يك قطعه‌ي مكانيكي، اندازه‌گير را معمولاً توسط اپكسي يا سيانواكريليت مستقيماً بصورت محكم به قطعه مي‌چسبانند. ماده‌ي حامل، بكار بردن دستگاه اندازه‌گيري ورقه‌اي را آسان كرده و سطح نصب خوبي به وجود مي‌آورد كه ورقه‌ي نازك فلزي را نسبت به قطعه از نظر الكتريكي نيز عايق مي‌كند. سپس سيم‌هاي رابط به زائده‌هاي روي دستگاه اندازه‌گيري لحيم مي‌شوند. هرگاه قطعه بارگذاري شود، مقاومت ورقه فلزي به صورتي قابل پيش بيني تغيير مي‌كند و اگر اين تغيير مقاومت، بصورت دقيق اندازه‌گيري شود، كرنش روي سطح قطعه را مي‌توان تعيين كرد. اندازه‌گيري كرنش‌ها، تعيين حالت تنش وارد بر سطح قطعه را كه در آن تنش‌ها نوعاً بالاترين مقدار خود را دارند، براي ما مقدور مي سازد. دانستن تنش‌ها در نقاط بحراني روي قطعه‌ي تحت بار مي‌تواند طراح را در اثبات نتايج تحليلي ( بعنوان نمونه، نتايج تحليل اجزاء محدود) كمك كند و اطمينان دهد كه اندازه‌ي تنش در محدوده‌ي مجاز باقي خواهد ماند (مانند نيروي حاصله). توجه به اين نكته مهم است كه به‌علت محدود بودن ابعاد دستگاه‌هاي اندازه‌گيري كرنش، هر اندازه‌گيري عملاً منعكس كننده‌ي ميانگين كرنش وارد بر يك سطح كوچك است. بنابراين، انجام اندازه‌گيري در نقاطي كه گردايان‌هاي تنش در آنها بزرگ است (مثلا در نقاط تمركز تنش) مي‌تواند نتايج ضعيفي را بدست دهد.

اندازه‌گيري تنش و كرنش

اندازه‌گيري تنش وارد بر يك جزء مكانيكي هنگامي اهميت دارد كه بخواهيم در مورد سطوح بار ايمن در آن قضاوت كنيم. معمول ترين مبدلي كه براي اندازه‌گيري تنش بكار مي‌رود، كرنش‌سنج مقاومتي الكتريكي است. چنان كه خواهيم ديد، مقادير تنش را مي‌توان با اندازه‌گيري كرنش‌ها و استفاده از اصول مكانيك جامدات بدست آورد. همچنين مي‌توان از اندازه‌گيري‌هاي تنش و كرنش براي سنجش غير مستقيم مقادير فيزيكي ديگر مانند نيرو (با اندازه‌گيري كرنش قطعه‌ي انعطاف پذير)، فشار (با اندازه‌گيري كرنش در  پرده‌ي نازك انعطاف‌پذير) و دما ( با اندازه‌گيري انبساط حرارتي ماده) استفاده كرد.

مسابقات روباتیک بروجرد

زمان ثبت نام برای شرکت در مسابقات رباتیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد بروجرد از ۲۰ مرداد ماه آغاز میشود و تا ۲۰ مهر ماه ادامه دارد.

هزینه ثبت نام برای هر نفر مبلغ ۲۵۰۰۰۰ ریال و تعداد اعضای هر تیم حداکثر چهار نفر میباشد .

قوانین مسابقه مانند سایر مسابقات بوده و تغییر چندانی در قوانین اعمال نشده تا تیم ها مجبور به تغییر اساسی در ربات های خود نباشند.

مهم ترین قوانین رشته تعقیب خط شامل موارد زیر میباشد :

۱) زاویه شکستگی ها حداکثر ۱۳۵ درجه میباشد.

۲) بریدگی هایی به طول حداکثر ۳ سانتیمتر در مسیر وجود دارد.

۳) انحناء هایی با شعاع ۱۵ سانتیمتر و زاویه حداکثر ۲۷۰ درجه در مسیر مسابقه تعبیه شده است.

۴) وجود مسیر بسته یا لوپ به صورت یک دایره با قطر ۳۰ سانتیمتر در مسیر .

۵) تغییر رنگ زمینه با خط راهنما .

 مهم ترین قوانین رشته تعقیب خط الکترومغناطیس :

۱) جریان سیم حدود ۳ آمپر بوده و در کف پیست به گونه ای قرار گرفته که محل آن مشخص نباشد.

۲) فاصله سیم از سطح پیست یکسان بوده و تغییر نمیکند.

۳) حداکثر فاصله سیم با سطح پیست ممکن است به ۲ سانتیمتر برسد.

۴) شکستگی و مسیر های منحنی شکل هم در مسیر مسابقه قرار گرفته است.

رمز گذار افزايشي

رمز گذار افزايشي كه گاهي آن را رمزگذار نسبي مي‌گويند، از نظر طراحي، ساده‌تر از رمزگذارمطلق است. اين رمزگذار شامل دو شيار و دو حسگر مي‌باشد كه خروجي‌هاي آنها را كانال‌هاي A و B مي‌نامند. با دوران محور، در هر كدام از اين كانال‌ها قطار پالسي با فركانس متناسب با سرعت چرخش محور ايجاد مي‌شود كه رابطه‌ي فازي بين اين دو قطار پالس، جهت چرخش محور را مشخص مي‌كند.  حركت زاويه‌اي با شمارش تعداد پالس‌ها و دانستن تفكيك پذيري صفحه‌ي رمز، قابل اندازه‌گيري است. جهت چرخش محور، با قضاوت در مورد اين‌كه از كانال‌هاي A و B كدام يك نسبت به ديگري پيش فاز است، تعيين مي‌شود. سيگنال هاي دو كانال نسبت به يكديگر به اندازه‌ي4/1 دوره‌ي تناوب اختلاف فاز دارند و به عنوان سيگنال هاي يك چهارم (quadrature) ، شناخته شده‌اند. اغلب از يك كانال خروجي سومي بنام ضميمه نيز استفاده مي‌شود كه به ازاي هر دور يك پالس را ارائه مي‌دهد كه براي شمارش تعداد دورهاي كامل بكار مي‌رود. اين كانال بعنوان يك مرجع براي تعريف مبناي شروع يا موقعيت صفر نيز مفيد است.

رمزگذار نوري ديجيتال

رمزگذار نوري ديجيتال قطعه اي است كه حركت را به يك رديف از پالس هاي ديجيتال تبديل مي‌كند. مي‌توان با شمارش يك بيت جداگانه يا با رمز برداري يك گروه از بيت ها موقعيت نسبي يا مطلق را اندازه‌گيري كرد. رمزگذارها داراي انواع خطي و دوراني هستند اما نوع دوراني آنها بيشتر مورد استفاده قرار مي‌گيرد. رمزگذارهاي دوراني به دو شكل اساسي ساخته مي‌شوند. رمزگذار مطلق كه به ازاي هر موقعيت دوراني محور يك كلمه ديجيتالي واحد را ارائه مي‌دهد و رمزگذار افزايشي كه با چرخش محور، پالس هاي ديجيتال را ايجاد مي‌كند كه اندازه‌گيري موقعيت نسبي محور را مقدور مي سازد.

ترانسفورماتور تفاضلي متغير خطي   (LVDT)

ترانسفورماتور تفاضلي متغير خطي  (LVDT) مبدلي براي اندازه‌گيري جابجايي خطي است.

اين ترانسفورماتور شامل سيم پيچ‌هاي اوليه و ثانويه و هسته‌ي آهني متحرك مي‌باشد. عملكرد آن بسيار شبيه به ترانسفورماتور معمولي است كه در پاسخ به ولتاژ تحريك در سيم پيچ اوليه، در سيم پيچ ثانويه آن ولتاژ القاء مي‌گردد. براي اينكه پاسخ AC در ثانويه‌ي LVDT القاء  شود بايد سيم‌پيچ اوليه‌ي آن توسط سيگنال AC  تحريك گردد. با اندازه‌گيري پاسخ ثانويه مي‌توان موقعيت هسته را تعيين نمود.

پتانسيومتر

پتانسيومتر چرخشي قطعه اي با مقاومت متغير است كه مي‌توان از آن براي اندازه‌گيري موقعيت زاويه‌اي استفاده كرد. اين قطعه شامل جاروبكي است كه به يك عنصر مقاومتي متصل مي‌شود و چنانچه اين نقطه‌ي اتصال حركت كند، مقاومت بين جاروبك و پايه هاي انتهايي قطعه بطور متناسب با جابجايي زاويه اي تغيير مي‌كند.

 از طريق تقسيم ولتاژ  مي‌توان از اين تغيير مقاومت، در ايجاد ولتاژي متناسب با جابجايي ورودي، استفاده نمود.

حسگرهاي مجاورتي و كليدها

حسگر مجاورتي شامل قطعه‌اي است كه با نزديك شدن به يك شئ (غالباً بدون تماس واقعي با آن)، حالت  سيگنال ديجيتال خروجي يا يكي از مشخصات سيگنال پيوسته‌ي خروجي آن تغيير مي‌كند. در طراحي حسگر مجاورتي استفاده از روش‌هاي مغناطيسي، ظرفيت الكتريكي، خودالقايي و جريان گردابي، مناسب است. زوج انتشار دهنده- آشكارساز نوري روش غير تماسي ديگري را بيان مي‌كند كه در آن از ايجاد وقفه يا انعكاس شعاع نوري براي آشكارسازي شئ استفاده مي‌شود. معمولاً ترانزيستور نوري و ديود نوري به ترتيب به عنوان انتشاردهنده و آشكارساز بكار مي‌روند.

شئ در آرايش هاي تقابلي و بازتابشي شعاع نور را قطع و در آرايش مجاورتي آن را منعكس مي‌كند.

كاربردهاي متداول حسگرهاي مجاورتي و كليدهاي محدود كننده در شمارش اشياء در حال حركت و در محدودسازي حركت يك بخش متحرك مي‌باشد.در مورد كليدهاي محدود كننده طرح‌هاي بسياري وجود دارد كه به عنوان نمونه مي‌توان، از كليدهاي كوچك دكمه‌ا‌ي فشاري و اهرمي نام برد.  اين كليدها قادر به باز كردن يا بستن اتصالات مي‌باشند.

اندازه‌گيري موقعيت و سرعت

به‌جز اندازه‌گيري‌هاي الكتريكي (همانند ولتاژ، جريان و مقاومت)، معمول‌ترين كميتي كه در سيستم‌هاي مكاترونيك مورد سنجش قرار مي‌گيرد، موقعيت است. براي كنترل رفتار سيستم، اغلب به دانستن موقعيت قسمت‌هاي مختلف آن نياز داريم.

بخاطر اين‌كه اندازه‌گيري و كنترل چرخش محور در بسياري از كاربردها (مثلاً در اتصالات روبات، محورهاي كنترل‌شونده به روش عددي (NC) در ماشين‌هاي ابزار، موتورها و مولدها ) مطرح است و از آنجا كه حركت خطي را غالباً مي‌توان به سادگي به حركت دوراني تبديل كرد، حسگرهاي موقعيت دوراني رايج‌تر از حسگرهاي خطي مي‌باشند.

اندازه‌گيري سرعت را مي‌توان با اندازه‌گيري متوالي موقعيت در فواصل زماني معين و محاسبه‌ي نرخ زماني تغيير مقادير موقعيت انجام داد. به‌عنوان مثالي از حسگرهاي سرعت مي‌توان به تاكومتر اشاره كرد كه براي اندازه‌گيري سرعت چرخش يك محور به كار مي رود.

حسگر

حسگر در سيستم مكاترونيك يا اندازه‌گيري، قطعه اي است كه يك پارامتر فيزيكي را گرفته و آن را به سيگنالي كه براي سيستم قابل پردازش باشد تبديل مي‌كند. اغلب عنصر فعال حسگر را مبدل مي‌گويند. سيستم‌هاي نمايش و كنترل به حسگرهايي براي اندازه‌گيري مقادير فيزيكي چون موقعيت،  فاصله، نيرو، كرنش، دما، لرزش و شتاب نياز دارند. تئوري بعضي از اندازه‌گيري‌ها و وسايلي كه براي اندازه‌گيري مقادير فيزيكي مختلف بكار مي‌روند در بخشهاي بعدي مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

هميشه طراحي حسگر و مبدل از برخي قوانين يا اصول فيزيك يا شيمي پيروي مي‌كند كه به پديده‌اي قابل سنجش، كميت مطلوبي را نسبت مي‌دهند.