LCRメータでCpを測る

Cp=1.95pF @100kHz

VNA で測ってもいいけどキャリブレーションが面倒なのでLCRメータを使うのが楽 (値が小さいのでLCRメータでもキャリブレーションはすること)

VNAでfs/fp/Rsを測る

Cs/L を求める

以下のように Cs L を求める

f_s = 9.9985
f_p = 10.0126
R = 12.8
C_p = 1.95e-12

C_s = C_p * ( (f_p**2) / (f_s**2) - 1)
L = 1 / (4 * (Math.PI ** 2) * (f_s ** 2) * C_s)
console.log({C_s, L}); //=> { C_s: 5.503702932046284e-15, L: 0.04603790760936647 }

LTSpice でモデル化してみる

求められた R/Cp/Cs/L を使って等価回路を作り、周波数特性を見てみる。

LTSpice の結果は信号源の出力に対する比なので、負荷の電圧を見る場合にVNAとスケールをあわせるには2倍 (電圧 +6dB) する。

• LTSpice: -1.04dB
• VNA実測: -1.31dB

ダイナミックレンジの関係で並列共振周波数の値は参考にしかならない。

ref

• https://www.changpuak.ch/electronics/Quartz_Crystal_Filter_Designer_1.php

Z軸

誤差±0.01/0.4mm

修正不要と判断してそのまま

X軸

誤差-0.01mm/0.4mm (2.5%)
バックラッシュは0.005mmぐらい

SCALE =  -1093.333333

Y軸

誤差-0.01mm/0.4mm (2.5%)
バックラッシュが0.01mmある

SCALE =  1093.333333

そもそもXとYの直交が出てるのかとかも測定して調整しなおしてみたいけどやってない

Sable-2015 は全体的にアルミなので、マグネットベースをとりつけられるところがモーターぐらいしかなく結構やりにくい。

カウント精度チェック

シグナルジェネレータで duty cycle 10% のパルスを発生させ、LED を光らせて HS2234 の受光部にあてる。

rpm は周波数に60を乗じるので、100Hz のとき 6000rpm になる。

• 1666Hz (99960rpm) → 表示 99954
• 1500Hz (90000rpm) → 表示 89995
• 1000Hz (60000rpm) → 表示 59997
• 167Hz (10020rpm) → 表示 10019rpm
• 100Hz (6000rpm) → 表示 5999rpm
• 1Hz (60rpm) → 表示 59.9rpm
• 0.5Hz (30rpm) → 表示 29.9rpm
• 0.1Hz (6rpm) → 表示 5.9rpm

パルスが理想的なら十分な精度そう。なんかどうも必ず-1カウント低い値が出ているような気もするが……

表示が安定するまで若干時間がかかる。0.5s ごとに表示を更新するみたいだけど5秒〜30秒ぐらいやらないと安定しない。

回転計のアルゴリズムの考察

この回転計はおそらく単純にパルスをカウントして演算しているだけなので、周波数カウンタと同様の原理といえる。

理想をいえば反射材からのパルスではなく波形の繰り返し成分から周波数成分を見つけてほしい。FFT して成分解析すればできそう、だけど言うほど簡単ではないのだろうなあ。

pru_generic の pwm_period

BeagleBoneBlack + Machinekit で動かしていて、PWM 出力は pru_generic のものを使っている (ハードウェアPWMではない)。PRU の実行サイクルは 100kHz (10000ns) ごとなため、あまり高い周波数で PWM 出力ができない。

使っている PWM コントローラの入力周波数は1kHz〜10kHz 周期でいうと 1000000ns-100000ns なので、1kHz のPWM周波数でやれば分解能が最も高くなる。が、PWM 周波数が可聴域の高感度な周波数だとうるさいので悩ましいところ。

なんとなくやる気が沸いたのでプーリーの設定を machinekit 側 GUI で切り替えできるように作りこんだ。回転数計もそのうち(再び)組込みたい。

実測

pwm_period を変えたケースでも試してグラフ化してみた。オープンループ・フィードバックなし負荷なしでただ回しているだけなのでここにさらに切削抵抗が加わると減速する。

• 使っているコントローラのせいか、最大電圧が22Vぐらいなので本来はもうすこしスピードが出ると思われる
• あまりリニアに変化していない

太さの計測

先端の精度は完璧。接触で使うので多少摩耗していくだろうから最初に測っておくのは大事

使いかた

600〜800rpm でまわしながら使う。ワークから離れたところでは自由なので先端がブレて動く。ワークに近付くにつれてブレが収まり、ある点を超えると急に大きくブレる。この急に大きくブレた点がワークと接触したところ。

手順としては一度あててから戻し、ゆっくりあてなおす。急に動いたところで止めて、半径をオフセットさせて原点を設定する。

これだけ小さくてもZ軸の余裕がない機械だと結構ぎりぎりになる。

備考

電子式のエッジファインダはΦ20〜しかない。機械式で最小のものはΦ6、通常はΦ10のようだ。