¿Cómo puedo medir el RPM de un Frisbee?

Fuera de la parte superior de mi noggin aquí hay una idea. Construye un pequeño generador de tonos y un pequeño altavoz en el frisbee con el altavoz alrededor del borde (masa balanceada en el otro lado, por supuesto).

Cuando giras el disco volador, puedes grabar el sonido que se está produciendo y tendrá características Doppler dependiendo de qué tan rápido esté girando. Si puede analizar los datos registrados, debería poder indicar la velocidad de rotación.

El RPM de un frisbee es algo así como 10rps, por lo que puedes pintar un patrón en blanco y negro en el frisbee y grabarlo en video. Una videocámara a 60 fps (120 campos por segundo) debería poder capturarla de manera bastante confiable.

Para la noche, monte un diminuto LED superbrillante y una celda de litio balanceada mecánicamente.

Hay un documento que describe un método para hacer esto aquí: Mediciones de la dinámica de vuelo en un frisbee instrumentado . Las técnicas funcionaron bien; Yo usaría esto como un punto de partida.

Esencialmente fue un microcontrolador (BS2IC) y un acelerómetro de 2 ejes (ADXL202), montado en el centro del frisbee con pegamento de silicona, y luego equilibrado por las baterías (CR2032) que se montaron con cinta. El hardware fue elegido específicamente por su bajo consumo de energía.

Se montó un pequeño interruptor cerca del borde para permitir una fácil activación cerca del momento del lanzamiento, nuevamente para reducir el consumo de energía, y también porque el espacio para el registro de datos es limitado:

Mipropiaideaalleertupreguntafuemontarunacelerómetro/sensordepresiónde1ejecercadelbordedeldiscovoladorymedirlafuerzacentrífuga,aunqueelmontajecercadelbordepuedehacerqueelequilibrioseamásdifícil.Elacelerómetrode2ejesnoesungranpasoadelanteyterminasobteniendomuchosmásdatosdeél.

PuedeusarunsistemaderadiodecampocercanodebajapotenciacomoZigbee(oBluetooth;loqueesmenosconvenienteparalaconfiguracióninicialyrequierealmenoslaadicióndeunbotónoalgunaotralógicaparaayudaraqueelemparejamientoseautilizableperodeformanativacompatibleconmuchosdispositivos,porejemplo,suteléfonointeligente)paratransmitirdatosaundispositivocercano,opuederegistrardatosenelmicrocontroladoryrecuperarlosmástarde.

Encualquiercaso,esepapelobtuvoalgunosdatosinteresantes.Enparticular,tengaencuentalaobservacióndelautordequelosdatosdirectossepuedenextraermásfácilmentedurantelosperíodosconstantesdelecturasdelacelerómetro:

Ese gráfico ofrece una buena vista de la oscilación inicial que se estabiliza durante el vuelo, así como la fuerza centrífuga.

Realmente no parece necesario complicarlo demasiado con los sensores de luz / sonido; aunque si lo hace, registraría / transmitiría datos sin procesar y haría el procesamiento real en el dispositivo receptor para limitar el consumo de energía y los requisitos de rendimiento del microprocesador, a expensas de mayores requisitos de memoria (para el registro).

Dos circuitos integrados SMD pequeños, uno acelerómetro, el otro un giroscopio, en los extremos opuestos de un FPC, con un microcontrolador, EEPROM y una batería de celda de moneda igualmente equilibrados en el centro del disco volador. Peso mínimo y fricción del aire. Haga que el microcontrolador registre la salida del IC en la EEPROM. La combinación del acelerómetro graficado y la salida del giroscopio le dará una aproximación de la velocidad y las rpm.

FPC no es necesario; También funcionarán algunas PCB delgadas personalizadas con un cable magnético que las conecta. De todos modos, estamos hablando de gramos y onzas como máximo.

Para el acceso inalámbrico, un microcontrolador o SoC con Bluetooth de baja energía sería excelente. Mire la etiqueta de sensor de Texas Instruments para obtener un kit de desarrollo completo que tiene un SoC habilitado con BTLE y un acelerómetro I²C y giroscopios, así como ejemplos de aplicaciones para iPhone / Android que funcionan con una sola CR2032 celda del infierno, puede tomar la etiqueta del sensor, eliminar La caja roja, y la cinta al frrisbee y el resto está extrayendo datos de la aplicación gratuita.

Solo estoy lanzando una idea, no tengo idea de lo factible que es: giroscopios MEMS son sensores pequeños, económicos y de bajo consumo de energía capaces de medir la velocidad angular. En cuanto a la velocidad de medición, asumiendo que te refieres a la velocidad lineal y no angular, entonces lo único que puedo pensar es que no es extremadamente complejo es usar un módulo GPS como este . Dadas dos posiciones consecutivas y sabiendo cuándo se realizó cada medición, puede calcular fácilmente la velocidad lineal.

Puede medir la velocidad de rotación con un acelerómetro orientado radialmente. La aceleración 'hacia afuera' desde el centro del disco volador indica rotación (o el disco volador está en un ángulo, pero puede promediarlo). Como sabes la distancia desde el centro al acelerómetro, es un simple cálculo de aceleración rotacional.

Muchos de estos deben poder ser muy ligeros y pequeños:

Un acelerómetro que apunta a algún ángulo entre radial y vertical tendrá un componente de gravedad variable a medida que gira. Incluso uno radial tendrá esto, excepto cuando el vuelo sea exactamente horizontal.

En la mayoría de los casos, un sensor de luz también hará lo mismo. A medida que transita entre las características del terreno o tierra a cielo y viceversa, verá cambios de brillo y estos tendrán un componente de velocidad de rotación correlatable.

Un LED que transmite radialmente con una frecuencia de modulación podrá ser detectado electrónicamente a una distancia sustancial. Puede buscar modulación o grabar en video y buscar la firma del LED en marcos (posiblemente más difícil).

Si proporciona una fuente modulada de papelería que la ilumina, puede colocar un detector en el Frisbee. Si es aceptable que otra persona ayude con el seguimiento de la viga, puede ser más estricta y se puede localizar a simple vista. Un sitio simple de poste y círculo o dos anillos probablemente permitirán que una viga de 30 grados se sostenga en el disco volador, lo que aumenta el nivel de la señal.

RF dfing debe ser viable.

Las fuerzas de presión del aire probablemente varían en un punto en el periférico a medida que el disco volador gira mientras está en tránsito. Un sensor de presión con un puerto en el borde debe ver un patrón repetido.

La parte más difícil, ópticamente, es apuntar a un frisbee en vuelo. Aparte de eso puedes hacerlo todo ópticamente.

• Dado que el momento de rotación del disco volador no cambia en vuelo, podemos asumir con seguridad que la rotación más rápida se producirá justo después de que el usuario lance el disco volador. Por lo tanto, para apuntar al frisbee, puede concentrarse en el usuario cuando lanza el juguete.

• Haga el experimento por la noche, con un frisbee oscuro con una tira delgada pintada alrededor del borde exterior y una mancha blanca gruesa en una parte del borde exterior. Constrúyase una lámpara estroboscópica (hay muchos artículos de bricolaje disponibles en línea o alquile uno).

• Pida prestado el DSLR de alguien, configúrelo en el modo Bulb (o obturador de 30 segundos). Use una ISO baja y una abertura muy pequeña como quiera profundidad de campo y baja ganancia.

• Encuentra un amigo con un buen brazo y buena disposición para lanzar un frisbee cien veces por el bien de la ciencia.

• Juega con la configuración de la frecuencia estroboscópica y la configuración de la cámara.

• Calcula la frecuencia. Recuerde que el teorema de Nyquist coloca un límite superior en la frecuencia máxima que puede medir.

Una cámara con un disco volador debidamente pintado es una buena solución de baja tecnología. Sin embargo, si insiste en una solución electrónica, una de las pocas cosas que funcionaría es utilizar una brújula digital.

He investigado este problema porque estoy planeando construir un monocóptero (consulte: enlace ) y he encontrado que los giroscopios no tienen una velocidad lo suficientemente rápida para hacerlo. No es el problema de la tasa de datos, sino uno más básico de la velocidad angular máxima medible por los giroscopios como se indica en las hojas de datos. La mayoría de los giroscopios (de hecho, todos los que he visto) simplemente informarán algo así como 0xffff todo el tiempo cuando estén conectados a algo como un frisbee.

Sin embargo, la brújula digital no tiene este problema porque no mide la velocidad angular sino la posición / rumbo absolutos. De hecho, los monocopteros exitosos como el MIT y Embry Riddle utilizan brújula digital para la orientación.

Otra solución que he considerado es un detector de luz. Algo como esto: enlace . Luego, simplemente busque el punto más brillante y suponga que es el sol y la duración entre los puntos brillantes para obtener el tiempo de una sola rotación.

Coloque un sensor de luz con un campo de visión estrecho + chip que pueda detectar los pulsos de luz recibidos y su intervalo. Filtre la luz recibida para cierta frecuencia para evitar la detección falsa y haga que la fuente de luz coincida con esa frecuencia.

Descarga los datos del disco.

Busca "Frisbee Cam". Utilizaron una paleta para evitar que la cámara gire. La misma idea se podría utilizar para evitar que un sensor óptico gire y así poder contar las marcas que van a medir las rpm.

El giroscopio bluetooth TI cc2541 podría usarse para esto. Solo $ 25 y solo pesa una onza o dos. enlace

Puede usar un acelerómetro como MMA8451 y agregarle un módulo Bluetooth HC06 y un pequeño microcontrolador. El RPM es fácil de calcular ... ¡Lees en voz alta la fuerza a lo largo del eje Z! Ahora tienes tu fuerza centrífuga. Esta fuerza simplemente aumenta proporcionalmente a las RPM.

Consideraría optar por un sensor de luz detrás de una rendija como parte de un oscilador alimentado a un portador de rf simple: usted podría recibir la señal y la variación del tono le daría el número de veces por segundo que el más brillante La luz pasó la ranura. También puede considerar usar un ant. DF para verificar la posición del Frisbee, lo que le da una velocidad de rotación y absoluta.