Cómo hacer un dispositivo de levitación ultrasónica
Este artículo presentará cómo hacer un dispositivo de levitación ultrasónica, lo que le permitirá experimentar las escenas en los éxitos de taquilla de ciencia ficción en casa.
Tecnologías como la manipulación de partículas suspendidas y las imágenes aéreas en "Star Wars" y "Star Trek" se han realizado en la realidad. Este artículo presentará un conjunto de dispositivos de suspensión acústica, lo que le permitirá experimentar las escenas en los éxitos de taquilla de ciencia ficción en casa.
Una imagen de levitación unilateral en el aire. Las partículas de poliestireno expandido de aproximadamente 1 mm de diámetro están suspendidas en una matriz de un solo lado. (a-c) Las partículas pueden traducirse a lo largo de caminos tridimensionales de hasta 25 cm.
¿Quieres probarlo tú mismo cuando veas una operación tan mágica? Entremos en la fabricación del dispositivo de levitación ultrasónica.
1. Antecedentes científicos
El sonido puede suspender objetos de diferentes tamaños y materiales a través del aire, el agua y los tejidos. Los sensores acústicos pueden generar matrices en fase ultrasónicas después de arreglos y combinaciones específicas. Los emisores de una cara se pueden utilizar para traducir, rotar y manipular partículas. También se introduce la acústica holográfica. Marco elemental que permite la generación rápida de trampas y cierra la brecha entre la captura óptica y acústica. Cuando la trampa es lo suficientemente fuerte como para soportar las pequeñas esferas y contrarrestar la gravedad en cualquier dirección.
2. Composición de los módulos mecánicos
El equipo de vigas tractoras en este documento se compone principalmente de los siguientes módulos, los detalles se muestran en la Figura 1 a continuación, y el diagrama de conexión física se muestra en la Figura 2 a continuación.El módulo de control de potencia consta de:Batería de litio de 1 × 2s (7.3V)yUn interruptor de 6 pines, la batería (7.3V) alimenta la parte lógica del Arduino y el controlador del motor.
La placa de control de Arduino adoptaArduino Nano, que es una placa de desarrollo basada enATmega328P. Se puede conectar directamente a la placa de pruebas. El Arduino Nano no tiene interfaz de fuente de alimentación de voltaje de CC y el Nano está conectado a la computadora a través delInterfaz USB Mini-B.
El módulo de matriz ultrasónica incluye 24 sensores ultrasónicos y 1 tazón de impresión 3D. El sensor ultrasónico adopta el sensor de 16 mm 40 kHz del modeloMSO-P2A1640AH12TR, y otras alternativas también están disponibles. El cuenco impreso en 3D utiliza unUltimaker Extended 2+con boquilla de 0,4 mm y ajustes normales. No hay soporte, solo el borde.
Elmódulo de accionamiento del motor L298Nes un controlador de puente completo de alto voltaje y alta corriente con dos puentes H, que se puede usar para impulsar cargas inductivas como motores de CC, motores paso a paso y bobinas de relé.
El módulo de impulso es elConvertidor elevador XL6009DC-DC, que puede aumentar el 7.3V a 25V del conductor del motor.
AdemásCables negros y rojos de 12AWG,29 cables desnudos SWGyAlgunos saltadoresson necesarios para la conexión del circuito.
3. Principio de suspensión ultrasónica
El dispositivo de suspensión ultrasónica genera un40KHz cuadradoseñal de onda a través del puerto de salida de Arduino nano, amplifica la señal de onda cuadrada de 40KHz generada por Arduino nano bajo el accionamiento del motor, e impulsa el módulo de accionamiento del motor con el voltaje amplificado de 25V para transmitir ondas ultrasónicas El dispositivo produce una fuerte fuerza de interacción que supera su propia gravedad. Basándonos en los principios anteriores, haremos un misterioso rayo tractor que puede atraer partículas a la fuente.
4. Conexión del circuito
La lógica del circuito es la siguiente. La fuente de alimentación suministra energía al convertidor de CC y al Arduino al mismo tiempo. El Arduino emite una señal de onda cuadrada a través de los puertos A0-A3. El módulo DC convierte el voltaje de 7.4V a 25V y lo suministra al L298N. y alimentar el sensor. El botón se puede utilizar para cambiar la fase para que las partículas se muevan hacia arriba y hacia abajo.
Notar:
La matriz ultrasónica debe instalarse en el recipiente de impresión 3D, es decir, el tambor giratorio. El diagrama de efectos es como se muestra en la figura 5. Esta forma permite que el haz se enfoque de forma natural. Se presta especial atención a que el electrodo positivo de la onda ultrasónica esté hacia arriba y el electrodo negativo hacia abajo durante la instalación. La operación de prueba de los electrodos positivos y negativos de la onda ultrasónica es la siguiente, ajuste el multímetro al nivel de voltaje de CC (mv), los electrodos positivo y negativo están conectados respectivamente a los dos pines A y B del sensor ultrasónicoMSO-P2A1640AH12TR, si el multímetro muestra un voltaje positivo, marque el pin A, de lo contrario, marque el pin B, como se muestra en las fotos:
1. Mida ambos voltajes de pines
2. Marque el pin positivo para el voltaje positivo
3. Marca los pines
4. Complete la instalación 14+10
El convertidor de voltaje necesita ajustar manualmente el voltaje a 25V para la realización exitosa del dispositivo de suspensión después del acceso a la unidad. La imagen después de la instalación correcta es la siguiente.
¿Es fácil desmontar cada módulo? Sigamos adelante.
Notar:
La matriz ultrasónica debe instalarse en el recipiente de impresión 3D, es decir, el tambor giratorio. El diagrama de efectos es como se muestra en la figura 5. Esta forma permite que el haz se enfoque de forma natural. Se presta especial atención a que el electrodo positivo de la onda ultrasónica esté hacia arriba y el electrodo negativo hacia abajo durante la instalación. La operación de prueba de los electrodos positivos y negativos de la onda ultrasónica es la siguiente, ajuste el multímetro al nivel de voltaje de CC (mv), los electrodos positivo y negativo están conectados respectivamente a los dos pines A y B del sensor ultrasónicoMSO-P2A1640AH12TR, si el multímetro muestra un voltaje positivo, marque el pin A, de lo contrario, marque el pin B, como se muestra en las fotos:
1. Mida ambos voltajes de pines
2. Marque el pin positivo para el voltaje positivo
3. Marca los pines
4. Complete la instalación 14+10
El convertidor de voltaje necesita ajustar manualmente el voltaje a 25V para la realización exitosa del dispositivo de suspensión después del acceso a la unidad. La imagen después de la instalación correcta es la siguiente.
¿Es fácil desmontar cada módulo? Sigamos adelante.
5. Principio del circuito
Lo que debe explicarse en esta configuración es el principio de funcionamiento del convertidor elevador. El principal modo de trabajo del circuito de conversión de CC esel modo de trabajo de modulación de ancho de pulso (PWM).El ciclo de trabajo (relación entre el ancho del pulso y el período de pulso)delonda cuadradapara cambiar el voltaje.
Figura 5
El diagrama esquemático del convertidor elevador se muestra en la Figura 5. Cuando el interruptor está cerrado, el voltaje de entrada se aplica al inductor. En este momento, el inductor es excitado por el voltaje (Vi), y el flujo magnético agregado por el inductor es:(vi)*Tonelada.
Cuando se apaga el interruptor, debido a la corriente de salida continua, el diodo VD se vuelve conductor, la inductancia se recorta y el flujo magnético reducido por la inductancia es:(Vo-Vi)*Toff.
Cuando los estados de encendido y apagado alcanzan un equilibrio,(vi)*ton=(vo-vi)*toff, desde el ciclo de trabajo D
Figura 5
El diagrama esquemático del convertidor elevador se muestra en la Figura 5. Cuando el interruptor está cerrado, el voltaje de entrada se aplica al inductor. En este momento, el inductor es excitado por el voltaje (Vi), y el flujo magnético agregado por el inductor es:(vi)*Tonelada.
Cuando se apaga el interruptor, debido a la corriente de salida continua, el diodo VD se vuelve conductor, la inductancia se recorta y el flujo magnético reducido por la inductancia es:(Vo-Vi)*Toff.
Cuando los estados de encendido y apagado alcanzan un equilibrio,(vi)*ton=(vo-vi)*toff, desde el ciclo de trabajo D
6. Parte del software
,>El software de desarrollo utiliza Arduino IDE, sin necesidad de descargar bibliotecas de terceros, y utiliza los propios archivos de biblioteca de Arduino avr / sleep y avr / power para definir la función de generación de onda cuadrada.
Código-1
Código-2
Se genera una onda cuadrada de 40KHZ a través del pin 10, y se forma una matriz en fase ultrasónica a través de una matriz ultrasónica.
Código-3
Importe el programa al circuito de hardware y se puede completar un dispositivo de suspensión ultrasónica simple.
Usando pinzas, puedes colocar los pellets unos 2cm en el centro del bol y se suspenderán. Presione el botón para mover la partícula hacia arriba o hacia abajo.
Dependiendo del tamaño de la partícula y su distancia del recipiente, podrá suspenderla de lado o boca abajo.
Levitación ultrasónica
Levitación ultrasónica-1
Este intercambio está aquí, comencemos a hacerlo. Puede obtener el kit de la siguiente manera:
. Si tiene algún problema o necesita un servicio de ensamblaje de PCB personalizado, comuníquese con
risa
6. Parte del software
El software de desarrollo utiliza Arduino IDE, sin necesidad de descargar bibliotecas de terceros, y utiliza los propios archivos de biblioteca de Arduino avr / sleep y avr / power para definir la función de generación de onda cuadrada.
Se genera una onda cuadrada de 40KHZ a través del pin 10, y se forma una matriz en fase ultrasónica a través de una matriz ultrasónica.
Importe el programa al circuito de hardware y se puede completar un dispositivo de suspensión ultrasónica simple.
Usando pinzas, puedes colocar los pellets unos 2cm en el centro del bol y se suspenderán. Presione el botón para mover la partícula hacia arriba o hacia abajo.
Dependiendo del tamaño de la partícula y su distancia del recipiente, podrá suspenderla de lado o boca abajo.
Este intercambio está aquí, comencemos a hacerlo. Puede obtener el kit de la siguiente manera:Levitador acústico. Si tiene algún problema o necesita un servicio de ensamblaje de PCB personalizado, comuníquese conservice@makerfabs.com.
Se genera una onda cuadrada de 40KHZ a través del pin 10, y se forma una matriz en fase ultrasónica a través de una matriz ultrasónica.
Importe el programa al circuito de hardware y se puede completar un dispositivo de suspensión ultrasónica simple.
Usando pinzas, puedes colocar los pellets unos 2cm en el centro del bol y se suspenderán. Presione el botón para mover la partícula hacia arriba o hacia abajo.
Dependiendo del tamaño de la partícula y su distancia del recipiente, podrá suspenderla de lado o boca abajo.
Este intercambio está aquí, comencemos a hacerlo. Puede obtener el kit de la siguiente manera:Levitador acústico. Si tiene algún problema o necesita un servicio de ensamblaje de PCB personalizado, comuníquese conservice@makerfabs.com.
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