Autor Tema: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre  (Leído 8229 veces)

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Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« en: 04 de Agosto de 2010, 16:52:24 »
Hola estoy intentando desarrollar un medidor de velocidad de impacto de un pistón metálico que se deja caer desde una altura de 5 cm.

En este caso no vale v=distancia/ tiempo porque influye la gravedad.

Había pensado en colocar dos barreras de infrarrojos (a diferentes alturas) y cronometrar el tiempo que tarda el pistón en atravesarlas, pero tiene el problema que en este caso influye la gravedad y la velocidad inicial no es 0 cuando atraviesa la primera barrera (es difícil saber el instante exacto de caída). Tengo que poder medir la velocidad instantánea, NO la velocidad media es decir la velocidad en el momento del impacto. Como es una altura pequeña necesitaré buena precisión.

Conocéis alguno algún sensor piezoeléctrico que se pueda relacionar la fuerza ejercida con la velocidad de impacto.

Había pensado también en incluir un laser por debajo para medir la distancia máxima y cronometrar el tiempo hasta llegar al suelo, con cualquier otro sensor, pero esto puede complicar mucho el proyecto.

El problema que tengo es que sensor utilizar o sensores para medir la velocidad de impacto con mucha precisión. EL microcontrolador en este caso es lo de menos, puedo utilizar un pic16, pic18, dspic, o pic24. Y la programación ya corre de mi cuenta.

Alguien me puede  aportar ideas. Gracias por la colaboración.

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #1 en: 04 de Agosto de 2010, 17:02:48 »
Hola.

Puedes colocar la primera barrera justo en el momento en el que se suelta el pistón, con eso garantizas que Vo = 0.

Saludos
El papel lo aguanta todo

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #2 en: 04 de Agosto de 2010, 17:17:45 »
Define justo

Tengo que poder enviar una señal en el instante exacto que empieza a caer. Si la pongo muy arriba el piston cortaria ya el haz antes de caer por gravedad. Y si la pongo 1mm por debajo, pues ya sería una velocidad de caida distinta de 0.
La formula a implementar seria:

V=v0+g*t

 vo: es desconocida y muy dificil de medir.
 g: fuerza de gravedad
 t: tiempo desde qye comienza a caer, hasta que toca el suelo.

Desconectado gera

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #3 en: 04 de Agosto de 2010, 17:22:55 »
Y con un sensor de proximidad? Los ultrasonicos son muy precisos. Entonces derivas la posicion respecto al tiempo y obtenes una medicion instantanea de la velocidad en todo momento.
saludos!!

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #4 en: 04 de Agosto de 2010, 17:33:05 »
Podria ser:

Sugieres colocar un sensor ultrasonico debajo de la zona de impacto para ir midiendo constantemente la posición. Y luego realizar calculos de la velocidad en la posicion x=0.

Problema que le veo:

El tiempo de caida rondará los 120 ms, y el medidor tarda un tiempo en hacer la conversión, mas el tiempo que tarde la señal que incide y la señal rebotada, No se pero pon por ejemplo que en hacer todo eso tarde 20-40 ms, obtendría 2 o 3 medidas de la posicion, pero de hay no veo como sacar la velocidad de impacto.

Gracias

Desconectado gera

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #5 en: 04 de Agosto de 2010, 18:34:41 »
El tiempo que toma la medicion es de unos micro segundos o menos.. 120ms es tiempo de sobra para tomar varias muestras durante el suceso.
saludos!!

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Desconectado pablomanieri

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #6 en: 04 de Agosto de 2010, 19:27:28 »
Y si en vez de colocar dos barreras de infrarrojos, colocas más separadas a una distancia conocida, es decir, por ejemplo colocar unas 10 barreras separadas 0.5cm, con esto puedes obtener una mejor precisión que con solo 2 barreras. Tomando los tiempos que tarda por pasar por cada una puedes obtener una mejor aproximación de la velocidad final.

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #7 en: 04 de Agosto de 2010, 19:58:42 »
He visto que se puede emplear sensor de infrarrojos por reflexion al igual que los ultrasonicos, pongo algunos ejemplos para ser mas concretos:

El modelo SHARP GP2D120 por ejemplo tarda  32 ms en actualizar su valor.

El sensor ultrasonico SRF02 tarda 65 ms!!

Y si el tiempo de caida teorico es del orden de 120ms, podria obtener 3 o 4 mediciones de la posicion al caer.
Pero de que serviría tener tres lecturas de distancia, si cuando empieze a caer el piston, el sensor no se enteraría hasta un tiempo indeterminado.

Aun asi sigo sin ver la similitud entre la posicion y la velocidad de impacto.


Para el caso de las 10 barreras y 10 tiempos, en 5cm seria un poco engorroso, la velocidad v0 sigue siendo desconocida al atravesar la primera barrera, e iria arrastrando el error en las demas barreras que llevarian una velocidad inicial no nula.

v1= v0+g*t1 De aqui se el tiempo y la gravedad pero no v0, que es la velocidad inicial.
v2= v1+g*t2
.
.
.
v10=v9+g*t10

Desconectado pablomanieri

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #8 en: 04 de Agosto de 2010, 20:07:44 »
la velocidad inicial deberías tratar de hacerla cero, suponiendo que realizas un sistema electromecánico que suelta el pistón y te da una señal en ese instante.

Otra cosa que se me ocurre es asociar al pistón una barra dentada y colocar un encoder óptico ranurado(como el de los mouse a bolita) con un engranaje asociado.

Desconectado pic32

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #9 en: 04 de Agosto de 2010, 20:31:37 »
Efectivamente el dispositivo es mecanico, tiene una planca que cuando se acciona, cae libremente el piston, El reto de este proyecto esta en medir la velocidad de impacto sin modificar de ninguna manera el piston ni tocarlo.


Para que la velocidad inicial pueda hacerla 0 o casi y no cometer mucho error en la formula, he calculado que por ejemplo colocando la primera barrera a tan solo 1mm. El piston tardaria 14,28ms en llegar a atravesarla, esto es un error considable si la medida es del orden de 100-120ms.

la formula de la posicion con respecto a la velocidad y el tiempo es:

y=y0+v0*t+(g*t^2)/2

siendo

y0: la posicion inicial
vo: la velocidad inicial
g: la gravedad
t: el tiempo

En el modelo teorico si supongo v0=0 tendria y=

Desconectado pic32

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #10 en: 04 de Agosto de 2010, 20:34:05 »

En el modelo teorico si supongo v0=0 tendria y=(g*t^2)/2 despejando con y=0.001m da t=14,28ms

Agradeceria comentarios y sugerencias.

Gracias por la colaboracion de todos.

Desconectado Suky

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #11 en: 05 de Agosto de 2010, 01:02:14 »
Se me ocurre utilizar 3 sensores infrarrojos a distancias bien conocidas sin importar su posición en el recorrido. Lo que debemos medir es solamente los tiempos en los que el objeto pasa por ellos, entonces tendríamos:

    []

_ .......  V0, t0

_ .......   t1

_ .......   t2


______________
/  /  /  /  /  /  /  /



DY0= V0.(t1-t0)+1/2.(g + Dg).(t1-t0)2
DY1= V0.(t2-t0)+1/2.(g + Dg).(t2-t0)2

Un sistema de ecuaciones con dos incógnitas, V0 y Dg. El error del valor obtenido vendrá de Dy y Dt.

Está claro que entre más alejados estén los sensores, mejor.


Espero sirve, Saludos!



Desconectado willynovi

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #12 en: 05 de Agosto de 2010, 11:01:27 »
mmm, deltag? no se supone constante la aceleración de la gravedad, en una distancia de 5cm, cuanto puede frenar el aire al objeto, podría despreciarse. Es cierto que tambien la aceleración de la gravedad varia con la altura, pero en 5cm puede despreciarse.

Hice un análisis medio apresurado, y teniendo en cuenta que se trata de un objeto compacto, despreciando el rozamiento del aire, y despreciando la variación de la aceleracion, para una caida de y=5cm, obtuve un tiempo de t=100ms, con lo que nos da una velocidad final de impacto v=0,981m/s, ya que el elemento parte del reposo v0=0.

Lo que no entiendo bien es, todo esto es para verificar que esa sea la velocidad? es decir, esto es para construir un dispositivo que mida esa velocidad y corrovorar lo que dice la física?

A la propuesta del encoder, incluso se podría pegar la tira en el mismo objeto y por medios opticos medir con un solo sensor cuanto tarda en dar los dos pulsos entre dos distancias conocidad previamente. No conozco las dimensiones del elemento que se arroja.

Otra opcion que se usa es la de usar una cámara que filme rapidamente y medir la distancia o los tiempos.
Sino tambien hacer la prueba en un fluido vizcoso que estira los tiempos.
Intento enseñarte a pescar, si solo quieres pescados, espera que un pescador te regale los suyos.

Desconectado pablomanieri

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #13 en: 05 de Agosto de 2010, 11:22:06 »
Se me ocurre que podrías usar un mouse óptico. No tengo mucha idea de como se podría hacer pero es posible, ya que son bastante rápidos. Habría que ver con que resolución captura los datos y con esto ver si es viable. Supongo que como son velocidades pequeñas no tendría problemas en capturar el movimiento del pistón y así calcular las velocidades.
« Última modificación: 05 de Agosto de 2010, 11:26:17 por pablomanieri »

Desconectado Suky

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Re: Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre
« Respuesta #14 en: 05 de Agosto de 2010, 11:41:07 »
mmm, deltag? no se supone constante la aceleración de la gravedad, en una distancia de 5cm, cuanto puede frenar el aire al objeto, podría despreciarse. Es cierto que tambien la aceleración de la gravedad varia con la altura, pero en 5cm puede despreciarse.

Hice un análisis medio apresurado, y teniendo en cuenta que se trata de un objeto compacto, despreciando el rozamiento del aire, y despreciando la variación de la aceleracion, para una caida de y=5cm, obtuve un tiempo de t=100ms, con lo que nos da una velocidad final de impacto v=0,981m/s, ya que el elemento parte del reposo v0=0.

Lo que no entiendo bien es, todo esto es para verificar que esa sea la velocidad? es decir, esto es para construir un dispositivo que mida esa velocidad y corrovorar lo que dice la física?

A la propuesta del encoder, incluso se podría pegar la tira en el mismo objeto y por medios opticos medir con un solo sensor cuanto tarda en dar los dos pulsos entre dos distancias conocidad previamente. No conozco las dimensiones del elemento que se arroja.

Otra opcion que se usa es la de usar una cámara que filme rapidamente y medir la distancia o los tiempos.
Sino tambien hacer la prueba en un fluido vizcoso que estira los tiempos.

Se me ocurre que lo único que afecta es no tener precisamente 9.81m/s2 (Que es lo ideal, que se saca de los libros) Determinando el valor de la gravedad real, se puede despreciar el rozamiento con el aire que es mínimo y calcular el valor de la velocidad de impacto analíticamente.

willynovi, al colocar Dg no estoy diciendo que varia con el tiempo Dg(t) o con la distanciaDg(y), sino un valor diferencial de 9.81  ;-)
 

Saludos!
« Última modificación: 05 de Agosto de 2010, 11:43:40 por Suky »