Indholdsfortegnelse. IOT 3E1 Gruppe 6 side 1/54

Inholsfortegnelse IOT 3E Gruppe 6 sie /54 Inholsfortegnelse: Inlening...3. Læsevejlening...3. Målforulering...3.3 Kravspecifikation...3.4 Projektafgrænsning...4 Overornet blokiagra...5 3 Konstruktion af acceleratorforsyning...6 3. Løsningsforslag til acceleratorforsyning...6 3.. Strøforsyning...6 3.. Konensatorer...6 3. Valg af acceleratorforsyning...6 3.3 Design af acceleratorforsyning...6 3.3. Valg af konensatorer...7 3.3. Moel af konensator...7 3.3.3 Beregning af salet ækvivalentostan og kapacitans for konensatorerne...8 3.4 Design af forsyning til oplaning af konensatorer...8 3.5 Brokobling...9 3.6 Design af forsyningsstyring...9 3.6. Design og iensionering af konensatorstatusvisning...9 3.6. Design og iensionering af forsyningsstyring... 3.7 Konklusion på konstruktion af acceleratorforsyning... 4 Konstruktion af accelerator...3 4. Løsningsforslag til acceleratoren...3 4.. Én lang spole...3 4.. Flere så spoler...3 4..3 Overlappene spoler...4 4..4 Flere så overlappene spoler...4 4..5 Railgun...4 4. Valg af acceleratorprincip...5 4.3 Valg af aterialer...5 4.4 Diensionering af spole...5 4.4. Valg af spolens længe...5 4.4. Opstilling af overornet utryk for agnetfeltet i spolen...5 4.4.3 Opstilling af utryk for strøen i spolen...6 4.4.4 Opstilling af utryk for inuktansen...6 4.4.5 Opstilling af utryk for spolens inre ostan...9 4.4.6 Opstilling af eneligt utryk for agnetfeltet i spolen...9 4.5 Design af aflaningskresløb...0 4.6 Konklusion på konstruktion af accelerator...0 5 Konstruktion af styring til accelerator... 5. Løsningsforslag til styring af accelerator... 5.. BJT transistor... 5.. MOSFET... 5..3 Mekanisk kontakt/relæ... 5..4 Thyristor/konensatortilpasning... 5..5 IGBT... 5. Valg af styring af accelerator... 5.3 Design af styring til accelerator... 5.3. Valg af MOSFET er... 5.4 Diensionering af riverkresløb... 5.4. Løsningsforslag til MOSFET-river... 5.4. Diensionering af MOSFET-river...3 5.5 Konklusion på acceleratorstyring...5 6 Valg og konstruktion af projektiler...6 6. Løsningsforslag til projektil...6 6.. Peranent agnet...6 6.. Bløt jern...6 6..3 Bærerprojektil...6 6. Valg af projektil...6 6.3 Valg af peranente agneter...6 6.4 Konstruktion af jernprojektiler...7

Inholsfortegnelse IOT 3E Gruppe 6 sie /54 6.5 Konklusion på valg og konstruktion af projektiler...7 7 Konstruktion af hastighesregistrering...8 7. Løsningsforslag til hastighesregistrering...8 7.. Optisk registrering e to sensorer...8 7.. Optisk registrering e én sensor...8 7..3 Inuktiv registrering e to sensorer...8 7..4 Inuktiv registrering e én sensor...9 7. Valg af syste til hastighesregistrering...9 7.3 Design og iensionering af hastighesregistrering...9 7.3. Design og iensionering af ålespoler...30 7.3. Projektilets agnetiske egenskaber...30 7.3.3 Design og iensionering af signalbehanlingskresløb...3 7.3.4 Dioe-claping kresløb...34 7.4 Blokiagra over hastighesregistrering...35 7.5 Konklusion på hastighessysteet...35 8 Konstruktion af isplay til hastighesulæsning...36 8. Løsningsforslag til isplay...36 8.. 7-segent isplay...36 8.. Alfanuerisk LCD isplay e HD44780-controller...36 8. Valg af isplay...36 8.3 Design og iensionering af isplay...36 8.3. Diensionering af forostane til 7-segent isplay:...36 8.3. Diensionering af forostanen til isplay s otpoint:...37 8.3.3 Diensionering af basisostanene til isplayriverne...37 8.4 Konklusion på konstruktion af isplay...38 9 Prograering af HC er...39 9. Prograoversigt...39 9. Såan beregnes projektilets hastighe...40 0 Enelig iensionering...4 0. Enelig iensionering af acceleratorspole...4 0. Enelig iensionering af switch-kresløb...43 0.3 Enelig iensionering af aflaningskresløb...43 0.4 Konklusion på enelig iensionering...44 Eneligt blokiagra...45 Design af prouktet...46. Konstruktion af spoleholer...46. Konstruktion af kabinet og ontering af acceleratorsysteet...46 3 Test af et salee syste...48 3. Besteelse af optial pulslænge...48 3. Kontrol af saenhæng elle PSpice oel og et enelige syste...48 3.3 Test af signaler fra ålespoler...49 3.4 Test af signaler fra schittriggerne...50 3.5 Test af MOSFET-river...50 3.6 Placering af projektil...5 3.7 Subjektiv vurering af jernprojektilernes effektivitet...5 3.8 Konklusion på test af salet syste...5 4 Konklusion...53 5 Perspektivering...54 Bilagsoversigt: Bilag : Konensatortyper og eres egenskaber Bilag : Databla for BC 05 5803 konensator Bilag 3: Elektronikiagraer Bilag 4: Styk- og prisliste Bilag 5: Datablasurag Bilag 6: Måling af agnetprojektilets reelle agnetfelt Bilag 7: Verificering af ny forel for ef Bilag 8: PSpice iagra Bilag 9: Optial placering af projektil i accelerator Bilag 0: Resonansforsøg Bilag : Brugeranual Bilag : Orliste, sybolliste og litteraturliste Bilag 3: Overornet tisplan

Inlening IOT 3E Gruppe 6 sie 3/54 Inlening Et fira har stillet opgaven, at er skal konstrueres en agnetisk aktuator e tilhørene elektronik. En aktuator er grunlæggene et syste, er osætter elektrisk energi til ekanisk energi. En agnetisk aktuator gør ette igenne agnetise, for eksepel ve hjælp af en elektroagnet, so tiltrækker et agnetiserbart ateriale. Der er ange uligheer inenfor orået, og i ette projekt vælges er, på baggrun af interesse, blot en enkelt af e ange anvenelsesuligheer, so erefter behanles grunigt.. Læsevejlening For at få størst ubytte af rapporten bør enne læses kronologisk. Hvert afsnit kan og til en vis gra læses iniviuelt. Der vil igenne rapporten være benyttet ecialpunktu, for at opnå overenssteelse e uklip fra iverse anvente prograer.. Målforulering Forålet e projektet er at esigne og frestille en prototype på en agnetisk aktuator e tilhørene elektronik. Den her valgte aktuator skal fungere so accelerator og ere kunne accelerere et agnetiserbart projektil..3 Kravspecifikation Kravene til et praktiske proukt jævnfør projektoplæg: - Der skal esignes og frestilles en agnetisk aktuator e tilhørene elektronik. - Prouktet skal være en prototype, so kan fungere i et laboratorieiljø. - Der skal i så høj gra so uligt anvenes koponenter lagerført på IOT. Deruover ønskes: Aktuatoren skal fungere so accelerator: Accelerationen skal foregå ve hjælp af et kraftigt agnetfelt. En ugangshastighe på inst 5/s ve en accelerationsti på 5s: Denne ugangshastighe svarer til okring 50k/t og repræsenterer båe en hurtig fart satiig e, at et antages ikke at være et proble at få systeet til at reagere i e tisintervaller, er er tale o her (illisekuner). Projektilets ugangshastighe skal åles og vises: For at unersøge o ovenståene krav opnås, skal er laves en hastighesåler. Der ønskes at kunne åle hastigheer ne til /s, så projektilets hastighe staig kan åles, hvis en o forventning skulle blive eget lav. Der skal kunne skyes én gang hvert halve inut: Prouktet å aksiu bruge 30 sekuner på at blive klart til næste sku, af hensyn til brugeren er ikke skal vente for længe. Der skal anvenes en HC ikro-controller til styring af systeet: Dette gør et uligt forholsvis enkelt at styre hele systeet centralt. Hvis et tisæssigt bliver uligt, skal prouktet også have: En ecelerator til bresning af projektilet: Denne skal, ligeso acceleratoren, fungere ve hjælp af et agnetfelt og skal igen kunne virke på båe peranente agneter og projektiler lavet af agnetiserbare aterialer.

Inlening IOT 3E Gruppe 6 sie 4/54 Rapporten skal inehole: - En række løsningsforslag. - En grunig teoretisk beskrivelse af en valgte løsning..4 Projektafgrænsning Ifølge kravspecifikationen skal prouktet være på prototypestaiet. Eventuelle spoler og anre ele vil blive frestillet specifikt til projektet. For esuen at få prouktet til at frestå så færigt so uligt vil er blive inbygget strøforsyninger, så er blot skal et enkelt netstik til at rive et. Forsyningerne vil og være præfabrikeree og ikke blive lavet specifikt til projektet. Der vil blant anet blive anvent en PC-forsyning * til at forsyne elektronikken. * Denne leverer blant anet ±5V og ±V

Overornet blokiagra IOT 3E Gruppe 6 sie 5/54 Overornet blokiagra På figur.a ses et foreløbigt blokiagra over opbygningen. I e følgene afsnit vil hver enkelt blok blive gennegået i etaljer. S Accelerator Hastighesregistrering Accelerator styring S3 S5 S HC S4 Accelerator forsyning Display Figur.a: Foreløbigt blokiagra over opbygningen af prouktet. Accelerator forsyning: Accelerator styring: Accelerator: Hastighesregistrering: Display: HC: Forsyning, er leverer strøen til acceleratoren. Styring til at styre strøen fra forsyningen og lee en in i acceleratoren. Desuen skal en otage input fra HC eren o affyring. Selve acceleratoren. Sensorer og signalbehanlingskresløb til hastighesberegning. Display og river til uskrivning af hastighe. Mikro-controller til styring af systeet. S: Forsyning til acceleratoren. S: Styret strøpuls til acceleratoren. S3: Digitalt signal ineholene hastigheen. S4: Hastigheen til uskrivning på isplayet. S5: Signal fra HC eren o affyring af projektil.

Konstruktion af acceleratorforsyning IOT 3E Gruppe 6 sie 6/54 3 Konstruktion af acceleratorforsyning Til at rive acceleratoren skal er være en forsyning. Da acceleratoren skal fungere ve hjælp af agnetfelter, er et ønskeligt, at enne forsyning skal kunne levere en stor strø, a størrelsen af inuceree agnetfelter noralt er proportionale e strøen. 3. Løsningsforslag til acceleratorforsyning Heruner følger en række forslag til konstruktion af en forsyning til acceleratoren. 3.. Strøforsyning Det neeste vil være blot at benytte en stanar laboratoriestrøforsyning. En såan vil kunne levere en konstant strø ve en konstant spæning. Probleet er, at e tilgængelige forsyninger kun kan levere strøe på nogle få apere. Det vil erfor kræve et relativt effektivt syste, hvis er skal opnås kraftige agnetfelter. 3.. Konensatorer Ve at anvene en konensator, er et uligt at opnå en eget stor strø, en og kun i et kort tisru. Dette bør ikke være noget proble, a affyringen af projektilet også skal ske hurtigt. Konensatoren kan blot iensioneres, så ens aflaningsforløb er eget længere en projektilets accelerationsti. Konensatorerne vil og skulle oplaes e en strøforsyning, so erfor også skal konstrueres. Der stilles og langt inre krav til enne forsyning en forsyningen nævnt i afsnit 3.., a en forsyning til oplaning af konensatorer blot skal kunne levere en spæning høj nok til oplaningen, hvilket ikke bør være noget proble. 3. Valg af acceleratorforsyning Da e tilgængelige strøforsyninger ikke kan levere særlig store strøe, og a begrænsningen i en konensators aflaningsti ikke har nogen betyning her, vælges et at bruge en konensator til at forsyne acceleratoren e strø. 3.3 Design af acceleratorforsyning For at opnå en så høj strø so uligt i spolen ønskes konensatorerne i acceleratorforsyningen esignet, så e har en høj kapacitans og en lav ækvivalentostan. Desuen skal e kunne klare en forholsvis høj spæning for at ungå for eget tab i leninger og lignene. Uover ette skal er bruges en forsyning til at lae konensatorerne op. Til oplaning af konensatorerne vil blive anvent to 449 - IBM 04F503 transforatorer, so var tilgængelige fra et tiligere projekt. Disse transforatorer har inbygget tæn/sluk-kontakt og sikring, og leverer 3,5V RMS på sekunærsien, e 30V på priærsien. Da en høj spæning over konensatorerne vil betye inre tab, kobles isse i serie, så er opnås en spæning på: U = 3.5V = 63V U total, RMS total, PEAK = U total, RMS RMS RMS = 63V RMS.444 89.0V Da et ikke er uligt at lae konensatorer op ve AC, er et esuen nøvenigt e en brokobling elle forsyninger og konensatorer til ensretning af strøen. Der kan nu opstilles et iagra over oplaningskresløbet, se figur 3.3.a. PEAK (f.3.3.a)

Konstruktion af acceleratorforsyning IOT 3E Gruppe 6 sie 7/54 R VAC V AC R VAC Brokobling R C V AC C Figur 3.3.a: Diagra over oplaningskresløb til konensator. 3.3. Valg af konensatorer For at fine en type konensatorer er kan opfyle kravene til kapacitans, ækvivalentostan og aksial spæning, er er blevet uført en nærere unersøgelse, so kan ses i bilag. På grunlag af enne unersøgelse, vælges et at bruge aluinius elektrolytter, a isse opfyler kravene i tilfresstillene gra, og satiig fines på lagerlisten i ugaver e høj kapacitans. De største konensatorer herfra er 0F, 63V aluinius elektrolytkonensatorer. Da isse kun kan klare 63V, hvilket er inre en oplaningskresløbet giver, kobles to af isse konensatorer i serie. Dette halverer kapacitansen, en forobler satiig en aksiale spæning. For at opnå en høj kapacitans kan flere af isse seriekoblinger kobles parallelt. Jo flere konensatorer er benyttes, jo ere strøstærk vil acceleratorforsyningen altså blive, en for at hole prouktet på et praktisk hånterbart niveau, blev er i første ogang valgt at bruge ti konensatorer. Senere tests viste og at ti konensatorer var for eget til at kunne operere prouktet på et pålieligt og stabilt niveau, hvorfor er i steet blev valgt 6 konensatorer. Det er ette antal, er vil blive brugt i e efterfølgene beregninger. Et kresløbsiagra over konensatorerne kan ses i bilag 3.. 3.3. Moel af konensator Da PSpice so stanar kun ineholer en oel af en ieel konensator, er et nøvenigt at uvie enne oel, for at få et resultat, er ligger så tæt på virkeligheen so uligt. Her benyttes en oel, er er beskrevet i C-hånbogen *, se resue i bilag. Moellen kan ses i figur 3.3..a. R s C L s R R læk Figur 3.3..a: Moel af reel konensator. De tre ostane i oellen, kan sales til én ostan, koblet i serie e konensatoren. Denne kales også for ESR, og kan aflæses u fra konensatorens atabla, se bilag. Denne afhænger af en frekvens konensatoren arbejer ve. Regnes e en ønskee accelerationsti på 5s, fås frekvensen til: f = = = Hz T 5s 00 (f.3.3..a) Ufra ette, kan konensatorens ESR aflæses til 37?. Spolens inuktans kan, på bilag, aflæses til 3,9nH. Ve 00Hz vil enne og have en eget ringe betyning og uelaes erfor fra oellen. Den salee oel bliver altså en ostan på 37? i serie e en konensator på 0F. Senere tests har og vist at enne væri resulterer i forkerte resultater. I et forsøg på at forbere oellen, er er blevet insat forskellige værier for ækvivalentostanen, og et har vist sig at en ækvivalentostan på 80? får oellen til at passe e virkeligheen. Denne væri bruges erfor freover. * Se litteraturlisten

Konstruktion af acceleratorforsyning IOT 3E Gruppe 6 sie 8/54 3.3.3 Beregning af salet ækvivalentostan og kapacitans for konensatorerne For at kunne regne på konensatorerne, skal en salee kapacitans og ækvivalentostan fines. Me seks konensatorer kan en salee kapacitans fines so: C C 0F Csalet = N parallelforbinelser = 3 = 5F (f.3.3.3.a) C + C 0F So vist i afsnit 3.3., er én konensators ækvivalensostan, R eq, bestet til 0,80?. Me en anvente saenkobling, kan en salee ækvivalensostan, R eq, total, fines so: Req total = = = 0Ω (f.3.3.3.b), N parallelforbinelser 3 R N 0,80Ω eq serieforbinelser 3.4 Design af forsyning til oplaning af konensatorer Der unersøges her o e valgte transforatorer kan klare kravet til at kunne lae konensatorerne op på 30 sekuner, so beskrevet i kravspecifikationen. Desuen vil kravene til transforatoren blive unersøgt, i tilfæle af, at er ønskes at bruge en anen transforatortype en en her anvente. De her valgte transforatorer er ustyret e en sikring på.5a på priærsien, hvor e kobles til 30V. Hvis et antages at faseforskellen elle strø og spæning er 0, og at båe strø og spæning er sinusforee, fås for hver enkelt transforator en ieleffekt på: I PEAK P = I RMS VRMS = VRMS (f.3.4.a).5a P = 30V 03.9W Da er er to transforatorer, kan er i teorien leveres to gange enne effekt. Der er og tab i transforatorerne (blant anet på grun af hysteresetab, hvirvelstrøstab og lignene), på typisk 5% til 0%. Hver transforator vil altså kunne levere en ieleffekt på okring 80W til 90W, så en salee ieleffekt bliver okring 360W til 380W. Den nøvenige effekt for at lae konensatorerne op fines nu. Først bestees energiinholet i konensatorerne, når isse er fult oplate: w = C v 3 w = 5 0 F (89.0V ) 59.54J Da enne energi skal leveres på 30 sekuner bliver en nøvenige effekt: w P = (f.3.4.c) t 59.54J P =.9847W 30s De valgte transforatorer har altså ingen probleer e at levere effekt nok. En anen faktor er kan skabe probleer for oplaningstien er transforatorens inre ostan. Denne ligger typisk elle 0 og O. Me e anvente konensatorer fås så en aksial tiskonstant på: τ = ( R + R ) C (f.3.4.) transforator eq, total (f.3.4.b) 3 τ = (Ω + 0.0Ω) 5 0 F = 6.8s Denne faktor ugør altså heller ikke noget proble. De valgte transforatorer bør erfor ikke have probleer e at lae konensatorerne op på e i kravspecifikationen specificeree 30 sekuner. Ønskes i steet at bruge anre transforatorer, for eksepel e en højere ugangsspæning for bere unyttelse af konensatorerne, skal isse blot opfyle ovenståene krav, for at kunne bruges. Desuen bør ugangsspæningen fra en eventuel anen transforator ikke ligge over 0V, a konensatorerne ikke har got af at blive laet helt op til eres aksialt tillaelige spæning.

Konstruktion af acceleratorforsyning IOT 3E Gruppe 6 sie 9/54 3.5 Brokobling Da konensatorerne ikke kan laes op e AC, skal strøen fra forsyningen ensrettes. Dette gøres ve hjælp af en brokobling, opbygget so et ses på figur 3.5.a. V AC D D V AC D3 D4 Figur 3.5.a: Diagra over brokobling. Til brug i kresløbet vælges BYW9-00 ioer, so fines på lagerlisten, og er klassificeret so Ultra fast recovery rectifier ioe. Disse kan klare op til 8A kontinuerlig strø, og op til 80A i 0s. I starten af konensatorernes oplaningsforløb vil isse trække store strøe, en et antages, at e valgte ioer kan klare isse. Spæningsfalet over en BYW9-00 ioe er cirka 0.85V, hvorfor aksiuspæningen på ugangen af brokoblingen, faler e okring.7v i forhol til aksiuspæningen på ingangen. Diagraet for brokoblingen kan ses i bilag 3.. 3.6 Design af forsyningsstyring Me forsyningen esignet, ønskes nu et kresløb til visning af konensatorernes oplaningsstatus, sat til til- og frakobling af oplaningsforsyningen til konensatorerne. Oplaningsforsyningen ønskes frakoblet, før er skal skyes for at ungå, at acceleratoren trækker strø irekte fra forsyningerne. Sker ette, risikeres at sikringerne i isse springer. Der er erfor opbygget en forsyningsstyring e en række statusioer. Et iagra over en enelige opbygning af enne kan ses i bilag 3.4. 3.6. Design og iensionering af konensatorstatusvisning Til visning af spæningen over konensatorerne er er på et anvente print onteret 8 statuslysioer. Systeet fungerer sålees, at statusioerne tæner i takt e, at spæningen over konensatorerne stiger. Når konensatorerne er laet helt op, vil en siste røe ioe blinke for at inikere, at systeet er klar til at skye. Dette er realiseret ve hjælp af en flerleet spæningseler, en række koparatorer og en astabil ultivibrator (se figur 3.6..a). Spæningseleren skaber en række referencespæninger, so konensatorspæningen saenlignes e ve hjælp af koparatorerne. Da koparatorerne ikke kan klare en fule konensatorspæning på over 80V på eres ingang, neeles konensatorspæningen e 0. Dette gør et også lettere at skabe e nøvenige referencespæninger. So koparatorer er her anvent to LM34 ere, so hver især ineholer 4 operationsforstærkere. Disse operationsforstærkere er alle koblet uen feeback og fungerer erfor so koparatorer. Til at få en siste statusioe til at blinke er anvent en NE555 astabil ultivibrator (se atabla på CD- ROM en).

Konstruktion af acceleratorforsyning IOT 3E Gruppe 6 sie 0/54 +V 0kΩ 4.9Ω 75Ω 00Ω 475Ω 34Ω kω kω 4.4kΩ V Konensator 0 O O O3 O4 O5 O6 O7 O8 kω kω kω kω kω kω kω Rø LED Gul LED Gul LED Gul LED Grøn LED Grøn LED Grøn LED.5µF 34kΩ + 00nF NE555 RST THR TRIG CVOLT GND V+ DISC OUT +V kω 34kΩ Rø LED Figur 3.6..a. Systeet e statusioer er viser, hvor eget konensatorerne er laet op. O-8 er LM34 koperatorerne. V spæningen eler sig over e 9 ostane til venstre og bliver sent in på et negative ben på koparatorerne. Spæningen over konensatorerne, V Konensator, eles e 0 (se figur 3.6..a) og senes in på operationsforstærkernes ikke-inverterene ingang. Spæningen eles ve hjælp af en spæningseling e tre ostane på henholsvis 95.3kΩ, kω og 0.7kΩ. Me isse er et uligt at få en præcis neeling e 0: 0.7kΩ VKonensator V OUT = VKonensator = 0. VKonensator = 95.3kΩ + kω + 0.7kΩ 0 Når V Konensator stiger, vil statusioerne tæne i takt e, at V Konensator overstiger en spæning, er senes in på en inverterene ingang i koparatorerne. Statusioerne er iensioneret efter at skulle have.6v over sig ve 0A. Ugangsspæningen fra koparatorerne antaget til V. Spæningen er i realiteten en sule inre, en et bør ikke få nogen betyning, a ette blot vil give en lit inre strø til lysioen. Forostanene til ioerne fås så til: V.6V R = = 040Ω 0A For nehes skyl vælges et at bruge ostane på kω. Oprineligt blev spæningselingen iensioneret efter en aksial V Konensator på 83V og e en 3.4kΩ ostan i steet for en variable ostan øverst til venstre på figur 3.6..a. Dette tænte statusioerne ve en konensatorspæning på henholsvis 49V, 60V, 7V, 75V, 80V, 8V, 8V og 8.3V. Spæningerne ligger tættere i en siste ene af skalaen, a oplaningen af konensatorerne vil gå langsoere, jo højere spæningen koer op. Senere tests viste og, at forsyningsspæningen, og ere en aksiale konensatorspæning, varierer elle okring 79V og 8V. Desuen er forsyningen til spæningselingen reelt ikke helt V, hvilket også giver en afvigelse. Den førotalte 3.4kΩ ostan blev erfor uskiftet e et ultiturn-poteter på 0kΩ, så et er uligt at instille systeet alt efter forsyningernes teperaent. På ugangen af O er er esuen koblet et kresløb, so sener et signal til HC eren, når konensatorerne er laet op. Iet koparatorerne sener okring V u, og HC eren højst å få 5V på ingangene, skal e V reguleres ne til 5V. Dette kan klares e kresløbet i figur 3.6..b.

Konstruktion af acceleratorforsyning IOT 3E Gruppe 6 sie /54 V fra koparator 487Ω V out til HC Z Figur 3.6..b: Diagra over kresløb til neregulering af V til 5V. Dette kresløb bruger en BZX79C4V7 zenerioe til at skabe en spæning på 4.7V (se atabla på CD-ROM en). I Z skal iniu være 5A for at ioen har e ønskee 4.7V over sig. Denne sættes og til 5A for at være på en sikre sie. Forostanen skal have V-4.7V=7.3V over sig, så ostanen fås så til: VR 7.3V R = = = 486. 67Ω I Z 5A Næreste ostan i E96-rækken er 487Ω. 3.6. Design og iensionering af forsyningsstyring For at kunne til- og frakoble oplaningsforsyningen til konensatorerne bruges et Zettler AZ 696- C-5DE relæ. Dette kan klare 50V AC ve 8A, og er, i angel af oplysninger på atablaet, ålt til at trække cirka 46.5A ve 5V. Dette er og en eget større strø en HC eren kan levere, og et er erfor nøvenigt e et riverkresløb. Hele kresløbet kan ses på figur 3.6..a. +V FSNG N448 Relæ Konensatorer Signal fra HC R b 6kΩ R C 30Ω Sikring 95.3kΩ BC57 kω 0 0.7kΩ V Konensator Figur 3.6..a: Kresløbet til styring af oplaningsforsyningen (FSNG) til konensatorerne. Drivertrinet til relæet er lavet e en BC57, so er en arlingtonkoblet transistor. Forelen ve arlingtonkoblee transistorer er, at e har en eget høj strøforstærkning (iniu 30000 gange for en BC57), og satiig er billige (kr,). Datablasurag for BC57 kan ses i bilag 5.. Spæningen over relæet skal være V RELÆ =5V. Saturationsspæningen for en BC57 er V CE,SAT =V, og a forsyningsspæningen er V skal er erfor ligge 6V over kollektorostanen. Relæet trækker cirka 46.5A, altså fås I C =46.5A. Kollektorostanen fås så til: VRC 6V RC = = = 9. 03Ω I C 46.5A Den næreste ostan i E96-rækken er 30Ω, hvilket giver en strø på 46.5A, so staig er nok til at trække relæet.

Konstruktion af acceleratorforsyning IOT 3E Gruppe 6 sie /54 For at være sikre på at transistoren går i ætning, regnes er e en overrive faktor på 0 ve beregning af basisostanen. Da strøforstærkningen iniu er β=30000 fås β OVERDRIVE =3000. Basisstrøen skal så være: I C 46.5A I B = = = 5.38µ A (f.3.6..a) βoverdrive 3000 Da V BE,SAT =.5V, og a HC eren sener 5V u, fås V RB =3.5V. Basisostanen vil så være: VRB 3.5V RB = = = 7. 5kΩ I 5.38µ A B Den næreste ostan i E96-rækken er 6kΩ, hvilket giver en basisstrø på 5.49µA og ere en overrivefaktor på 0.06. Sikringen er sat in, a er er elektrisk forbinelse elle højspæning og elektronikken. Skulle er pluselig opstå en fejl i for eksepel elektronikken, er gør, at er trækkes for eget strø, vil sikringen bræne over, og ere ungås at elektronikken risikerer at bræne af. Desuen er er onteret en N448 ioe over relæspolen, a enne inucerer en strø, når spæningen over en fjernes. Hvis spolen ikke kan aflae enne strø, vil er koe en eget høj spæning over R C og transistoren, hvilket sansynligvis vil bræne transistoren af. Dette ungås herve, a ioen giver spolen en ulighe for at aflae strøen. 3.7 Konklusion på konstruktion af acceleratorforsyning Acceleratorforsyningen vil blive lavet ve hjælp af en række konensatorer. Disse laes op ve hjælp af to AC-transforatorer, hvis strø ensrettes e en brokobling. Oplaningen kan til- og frakobles ve hjælp af et relæ, er igen styres af HC eren. Desuen er er konstrueret et syste til visning af konensatorspæningen ve hjælp af en række statuslysioer.

Konstruktion af accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 3/54 4 Konstruktion af accelerator En accelerator kan sipelt beskrives so et syste, er kan tilføre et objekt kinetisk energi og ere give objektet en hastighe. Energitilførslen vil her foregå ve hjælp af et agnetfelt, er påvirker et objekt. Der er ange åer at skabe ette agnetfelt på. I ette kapitel vil er blive gennegået en række løsningsforslag, hvoraf et af isse vælges og gennegås grunigt. 4. Løsningsforslag til acceleratoren Magnetfeltet kan for eksepel skabes ve hjælp af en spole, hvor er senes en strø igenne. Det skabte agnetfelt vil være størst it i spolen. Hvis er for eksepel placeres en jernkerne i spolen, vil enne blive påvirket af en kraft rettet o iten, hvor en potentielle energi er lavest. For at ungå en opbresning af kernen i en siste halvel af spolen, slukkes strøen, når kernen passerer iten. Kernen vil så fortsætte u af spolen e en opnåee hastighe. En accelerator baseret på en spole, vil kun kunne accelerere peranente agneter og objekter lavet af agnetiserbare aterialer. Forslag til opbygning af en spolebaseret accelerator kan ses i afsnit 4.. 4..4. Acceleratoren kan også laves so en såkalt Railgun, hvilket vil blive beskrevet i afsnit 4..5. Hvert enkelt forslag behanles e hensyn til en nøvenige elektronik, effektafsættelse og et skabte agnetfelt. 4.. Én lang spole Den est siple uforning er blot at bruge én lang spole, se figur 4...a. Denne vil kunne accelerere projektilet på strækningen L/, altså halvelen af spolens længe. Da et her er én spole, so skal stå for hele accelerationen, skal er på kort ti afsættes en forholsvis stor energi i spolen. Størrelsen af enne energi afhænger af, hvor stor en hastighe er skal opnås. Forsyningen til systeet skal kunne levere en tilsvarene stor strø. Desuen vil en stor spole have en højere inuktans en en lille, og ens op- og aflaningsti vil erfor være langsoere, så en ikke kan reagere så hurtigt. Styringselektronikken vil erio være relativt sipel, a er blot skal leveres én enkelt puls. L Figur 4...a: Løsningsforslag e én spole. 4.. Flere så spoler Ve at benytte flere så spoler placeret i forlængelse af hinanen, kan er ieelt set opnås sae acceleration so i afsnit 4.. e inre effektafsættelse i hver enkelt spole (se figur 4...a). Af en grun behøver forsyningen ikke at kunne levere så eget strø, en til gengæl skal en gøre et flere gange i træk. Da hver enkelt spole skal tænes i et øjeblik, hvor projektilet er lige u for spolen, vil er være behov for ere kopliceret styringselektronik. Spolerne kan tænes i en fastlagt sekvens eller ve hjælp af sensorer ine i spolen, er registrerer, o projektilet er i en rette position. De forholsvis så spoler vil esuen reagere hurtigere en én stor, a e hver især vil have en lavere inuktans. Den salee længe, so projektilet accelereres over, vil igen være L/ - her og spret u i intervaller over hele rørets længe. L Figur 4...a: Løsningsforslag e flere så spoler.

Konstruktion af accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 4/54 4..3 Overlappene spoler Dette forslag benytter igen flere spoler. En stor spole e længen L ækker hele røret og vil kunne accelerere projektilet over strækningen L/. For også at kunne opnå en acceleration over et siste stykke, er er placeret en række spoler er overlapper hinanen. Disse vil e en viste placering kunne accelerere projektilet jævnt i et este af rørets længe (se figur 4..3.a). Dog vil enne løsning kræve nogle store spoler, so erfor også vil have en stor inuktans, hvilket giver lange opog aflaningsforløb. Hvis er hurtigt skal kunne opbygges et stort agnetfelt, vil et altså kræve en eget stærk forsyning. Da spolerne hver især skal aktiveres når projektilet er u for en pågælene spole, vil er også her være brug for avanceret styringselektronik. L L / L / 4 Figur 4..3.a: Løsningsforslag e overlappene spoler. 4..4 Flere så overlappene spoler For at ungå probleerne e e store spoler i afsnit 4..3, en staigvæk opnå en jævn acceleration over hele rørets længe, kan opstillingen i figur 4..4.a benyttes. Denne består af en række så spoler, er overlapper hinanen. De så spoler insker kravene til forsyningens strøkapacitet. Her vil er igen være behov for avanceret styringselektronik, a spolerne skal aktiveres på præcise tispunkter. L Figur 4..4.a: Løsningsforslag e flere så overlappene spoler. 4..5 Railgun I steet for at bruge en spole, kan er laves en såkalt railgun. Denne består af to lange, askilte skinner frestillet af et elektrisk leene ateriale. Projektilet, so også er elektrisk leene, placeres nu, så et berører begge skinner. Sættes så en kraftig strøkile på systeet, så strøen går in i en ene skinne, igenne projektilet, og u a en anen skinne, vil er blive annet et kraftigt agnetfelt. Dette agnetfelt vil så påvirke laningsbærerne i projektilet, so erve bliver accelereret langs e skinnerne (se figur 4..5.a). B I F Figur 4..5.a: Princippet i en railgun. Principielt er ette en neeste løsning, a er ikke kræves nogen styring overhoveet, strøen skal blot tænes, når an ønsker at skye. Der kan og opstå probleer e, at projektil og skinner

Konstruktion af accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 5/54 selter saen, hvis strøen bliver for stor. For at ungå ette, kan er anvenes specielle aterialer heriblant visse forer for kulstof-koposit-aterialer. 4. Valg af acceleratorprincip Selvo railgun-princippet åske er enkelt, a er ikke kræves nogen styring overhoveet, vil kravet til aterialerne gøre ette unøvenigt kopliceret. Der ses erfor nærere på forslagene e spoler. Det est effektive vil uielbart være forslaget i afsnit 4..4, a an her kan opnå en næsten konstant acceleration i hele spolens længe. Da er iilerti kun er begrænset ti til råighe for enne opgave, og a én enkelt spole illustrerer princippet i acceleratoren lige så got so e anre forslag, vælges i steet forslaget i afsnit 4... I e følgene afsnit vil enne blive iensioneret ufra ønsket o at opnå et så stort agnetfelt so uligt på kortere ti en e 5s, er ønskes so aksial accelerationsti. 4.3 Valg af aterialer Spolen vil blive lavet af lakeret kobbertrå, a kobber er en go leer, og a kobbertrå er let tilgængeligt. Til at vikle spolen o er valgt et stykke plasticrør e en yre iaeter på 6 og en inre iaeter på 4. Denne rørtykkelse er en inste, er uielbart er tilgængelig, og gør et satiig uligt at anvene projektiler af en hånterbar størrelse. Til ontering af spolen er er konstrueret enestykker i aluiniu. På grun af en ealine på værksteet, er isse esignet før e enelige iensioner af spolen var kente, og er blev erfor antaget en aksial spoletykkelse på 66. 4.4 Diensionering af spole Der ønskes en spole, so inenfor 5s kan inucere et kraftigt agnetfelt, og erefter hurtigt aflae igen. Der vil erfor blive opstillet et utryk for agnetfeltet so funktion af spolens iensioner, hvorefter er optieres u fra ette utryk. 4.4. Valg af spolens længe Længen af spolen vælges u fra en ønskee iniushastighe på 5/s, ve en puls på 5s. Sættes accelerationen, a, til at være konstant, fås: v( t) v( t) = a t a = (f.4.4..a) t v(0,005s) 5 s a = = = 3000 s 0,005s 0,005s s( t) = a t s(0,005s) = 3000 s (0,005s) = 0,0375 (f.4.4..b) Skal projektilet opnå en hastighe på 5/s på 5s, skal en altså accelereres over 3,75c. Spolen skal erfor inst være obbelt så lang, a projektilet kun accelereres i en første halvel af spolen. Spolens længe vælges på grunlag af ette til 8c. 4.4. Opstilling af overornet utryk for agnetfeltet i spolen Me spolens længe og inre iaeter fastlagt, skal trå- og spoletykkelsen fines, så er fås et så stort agnetfelt so uligt til en given ti. For at kunne fine isse størrelser, skal er først bruges et utryk for agnetfeltet i spolen. For nehes skyl tilnæres spolen so værene lang. Så giver forel f.4.4..a en væri for agnetfeltet i iten af spolen til tien t: B( t) = µ 0 n I ( t) (f.4.4..a) hvor n er viningstætheen, og I(t) er strøen til tien t. At spolen er lang inebærer, at spolens længe skal være inst 0 gange større en spolens raius. Dette kan ikke nøvenigvis overholes, en utrykket antages staig at gæle tilnærelsesvis. Det ses esuen, at agnetfeltet

Konstruktion af accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 6/54 ikke afhænger irekte af spolens størrelse. Dog vil en større spole give et større antal vininger, og, hvis tråtykkelsen holes konstant, en større intern ostan i spolen. Jo større enne ostan er, jo lavere er en strø, I, er kan opnås i spolen ve en given spæning. Da er uungåeligt vil opstå spil ve vikling af tråen, og a tråens reelle iaeter på grun af lak er forskellig fra en effektive (leene) iaeter, skal er også tages høje for ette. Egne erfaringer har vist, at er kan regnes e 0% spil. Der vælges en iensionering e hensyn til en effektive iaeter, hvorfor trå, når en bruges so fysisk størrelse, vil blive insat so trå /0.9. Altså: = Viningstætheen, n, kan fines so: N l n = = l spole spole trå, effektiv trå, reel ( = trå spole trå lspole 4.4.3 Opstilling af utryk for strøen i spolen For at fine strøen, I(t), tegnes først kresløbet og ets Laplace-transforation, se figur 4.4.3.a. trå / 0.9 rør ) = ( spole trå / 0.9) rør (f.4.4..b) (f.4.4..c) I(t) V_Konensator/s I(s) V_Konensator C_Konensator L_Spole Z_C_Konensator Z_L_Spole R_Konensator Z_R_Konensator R_Spole Z_R_Spole R_Switch Z_R_Switch Figur 4.4.3.a: Det anvente kresløb og laplacetransforationen af ette. Der foretages nu en KVL i et transforeree kresløb, og I(s) isoleres: VKonensator + I( s) ( Z L _ Spole + Z R _ Spole + Z R _ Switch + Z R _ Konensator + Z C _ s VKonensator I ( s) = s ( Z + Z + Z + Z + Z ) L _ Spole R _ Spole R _ Switch R _ Konensator C _ Konensator Konensator ) = 0 VKonensator I ( s) = (f.4.4.3.a) s ( s LSpole + RSpole + RSwitch + RKonensator + ) s CKonensator Her er et kun L Spole og R Spole, er kan varieres, a e anre størrelser ikke afhænger af spolen. Der skal erfor opstilles et utryk for begge isse værier so funktion af tråtykkelsen trå og lagtykkelsen r lag. 4.4.4 Opstilling af utryk for inuktansen Da spolen vikles e flere lag, er et ikke uligt at fine et enkelt utryk for selvinuktansen. I steet benyttes en tilnæret oel taget fra L-Hånbogen *, hvor inuktansen er givet ve: L = N K (f.4.4.4.a) Spole D * Se litteraturlisten

Konstruktion af accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 7/54 Her er N antal vininger, og K og D konstanter, so afhænger af spolens iensioner. K aflæses på grafen i figur 4.4.4.a ufra konstanterne F og F. Figur 4.4.4.a: Graf til besteelse af konstanten K ufra en spoles fysiske iensioner. Taget fra L- hånbogen*. Konstanterne er givet ve: D F = = lspole F = D Først fines et utryk for antallet af vininger, N: ltrå ( ) spole rør N = ( trå / 0.9) Intervallerne, hvori D, F og F vil ligge, fines så ufra følgene krav til spolens iensioner: 0.006 < < 0.066 spole spole rør = 0.006 Miniuværien for spole er her sat til 6, hvilket kun kan opnås e en uenelig tyn trå. Dette er ikke realistisk, en angives alligevel for ikke at uelukke nogen tråtykkelser på forhån. D vil så ligge i intervallet: + < D < + spole,in 0.003 + 0.003 < D 0.006 < D rør D spole < 0.036 + rør rør spole,ax rør < 0.033 + 0.003 (f.4.4.4.b) (f.4.4.4.c) (f.4.4.4.) (f.4.4.4.e) (f.4.4.4.f)

Konstruktion af accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 8/54 F vil ligge i intervallet: spole,in spole,in spole,ax 0.003 0.003 0.033 0.003 < F < 0.003 + 0.003 0.033 + 0.003 0 < F < 0.833 Til sist fines intervallet, so F vil ligge i: lspole lspole < F < D D + rør rør,ax < F < spole,ax 0.08 0.08 < F < 0.036 0.006. < F < 3.333 (f.4.4.4.h) På grun af F s interval ses et nu ufra kurven i figur 4.4.4.a, at an alti vil befine sig i et oråe, hvor kurven e go tilnærelse kan beskrives ve en ret linje i et obbelt-logaritisk koorinatsyste, altså en potensfunktion. For at kunne fine enne funktion skal F og enten inklueres i forlen eller holes på en konstant væri. Da et funne interval for F er forholsvis stort, og a K varierer e op til næsten 00% inenfor ette interval, tyer et på, at et beste vil være, at F inklueres i forlen. Men a en iniale tykkelse for spolen er sat urealistisk lavt, unersøges først hvor eget en begrænsning i intervallet for spole vil påvirke intervallet for F. Det antages nu at spolen inst vil få en tykkelse på.5c. Så fås intervallet for F til: spole,in rør spole,ax rør < F < + + spole,in rør 0.0075 0.003 0.033 0.003 < F < 0.0075 + 0.003 0.033 + 0.003 0.49 < F < 0.833 (f.4.4.4.i) Begrænsningen af spole efører tyeligvis en kraftig afgrænsning af intervallet for F, er og staig varierer betyeligt. F vil erfor blive inklueret i forlen. Me et nye interval vil K blive tilnæret ve hjælp af kurverne for F =0.4 og F =0.8. Det ses esuen, at kurven for F =0.6 tilnærelsesvist ligger it ielle e to førnævnte kurver, hvorfor er vil blive tilnæret en lineær saenhæng kurverne ielle. De brugte værier kan ses i figur 4.4.4.b. F.0 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 0.0 K(F =0.4) 0.85 0.35 0.65 0.38 0.9 0.0940 0.074 K(F =0.8) 0.3 0.64 0.46 0. 0.0980 0.0766 0.0649 Figur 4.4.4.b: En række aflæste værier fra grafen i figur 4.4.4.a.,in spole,ax Ve hjælp af PwrReg på Ti-83, fines e potensfunktioner, so best passer til ovenståene værier til: K( F = 0.8) = 0.39678894635 F ^( 0.7769356559) (f.4.4.4.j) K( F = 0.4) = 0.5499968407 F ^( 0.85604789530) (f.4.4.4.k) Me en korrelationskoefficient på henholsvis 0.996 og 0.995 og ingen synlig systeatisk afvigelse på resiualplottet å ovenståene funktioner gæle e go tilnærelse. Da saenhængen elle kurverne tilnæres lineært, å e to funktioner kunne sales til én, afhængig af båe F og F. Da et antages at gennesnittet af e to funktioner for F =0.8 og F =0.4 svarer til funktionen for F =0.6, å et salee utryk for K kunne fines, ve at aere eller subtrahere til ette gennesnit, afhængig af F s afvigelse fra 0.6. Resultatet ses i forel f.4.4.4.l. + rør rør rør (f.4.4.4.g)

Konstruktion af accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 9/54 0.4+ 0.8 K( F = 0.4) + K( F = 0.8) F = = K( F 0.4) K( F 0.8) K( F, F ) = (f.4.4.4.l) 0.4+ 0.8 0.4 0.55 F ^( 0.86) + 0.39 F ^( 0.78) 0.6 F 0.55 F ^( 0.86) 0.39 F ^( 0.78) K( F, F ) = 0. Ikke alle ecialer er etaget, en i beregningerne vil alle blive brugt. Insættes utrykkene for F og F i forel f.4.4.4.a fås spolens inuktans, L Spole, til: L = N K D L Spole Spole l = trå 0.6 0. ( ( spole rør + spole rør trå spole / 0.9) 0.55 rør ) lspole + spole rør 0.55 lspole + spole rør ^( 0.86) 0.39 ^( 0.86) + 0.39 lspole + spole rør lspole + spole rør ^( 0.78) ( Der ultipliceres e 0-6 for at få resultatet i Henry, a resultatet ellers fås i µh. ^( 0.78) spole + rør ) 0 4.4.5 Opstilling af utryk for spolens inre ostan Me utrykket for spolens inuktans, angles nu kun et utryk for en inre ostan i spolen. Denne ostan er givet ve: ltrå ltrå Rspole = ρ trå = ρtrå (f.4.4.5.a) Atrå π 4 trå Her er et kun længen af tråen, l trå, er er ubekent. Denne fines ve at suere længen af tråen for hver enkelt vining, over antallet af lag, X, og erefter ultiplicere e antal vininger givet ve længen af spolen ivieret e tråiaeteren. Utrykket er erefter siplificeret ve hjælp af Matheatica: l X spole rør l = + = + trå ( π ( rør ( trå / 0.9) (x )) lspole π X X ( trå / 0.9) x= ( trå / 0.9) Antal lag i spolen, X kan tilnæres e ( spole - rør )/( trå /0.9). Ve hjælp af Ohs lov og forel f.4.4.5.a og f.4.4.5.b, kan et søgte utryk nu opstilles: ltrå Rspole = ρtrå A R R R spole spole spole = ρ trå = 4ρ = ( trå 4 trå 4 l trå π spole trå ( ρ / 0.8) π l spole trå trå spole ( rør / 0.9) ( l spole ( spole rør X + X / 0.9) trå + 4ρ / 0.9) rør 3 trå rør ) trå l spole ( spole trå rør / 0.9) 4.4.6 Opstilling af eneligt utryk for agnetfeltet i spolen Me isse utryk kan ligningen for agnetfeltet opstilles. For at få et utryk afhængigt af trå og lag-tykkelsen, r lag erstattes spole e: = r + (f.4.4.6.a) spole lag rør trå 6 (f.4.4.5.b) (f.4.4.5.c)

Konstruktion af accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 0/54 Så fås: B( t) = µ B( t) = µ 0 0 0.6 rlag 0. n L ( - trå rlag + rør ( I( t)) = µ r lag /0.9) L 0.55 0 - ( V ( lspole rlag + rør spole trå Konensator /0.9) rør l /( s ( s ( ^( 0.86) 0.39 L - s ( s L spole trå r /0.9) lspole rlag + rør ^( 0.78) ( r ^( 0.86) + 0.39 ) 0 (( ) ) ))) 4 trå lspole rlag rør ρ + rør + RSwitch + RKonensator + ( trå /0.8) (f.4.4.6.b) s CKonensator Dette er ganske probleatisk at uregne anuelt, og utrykket insættes erfor i Matheatica. Resultatet er et ennu større utryk, so kan ses på CD-ROM en. Spole lag + R Spole + R 0.55 V Switch lspole rlag + rør lag Konensator + + R rør Konensator 6 + + s C Konensator lspole rlag + rør = ) ^( 0.78) 4.5 Design af aflaningskresløb Når strøen til spolen kobles fra, vil spolen, ifølge Lenz lov, prøve at oprethole agnetfeltet ve at inucere en strø. Hvis spolen ikke kan aflae enne strø, vil er koe en eget høj spæning over anre koponenter i kresløbet for eksepel kresløbet til styring af acceleratoren. I værste fal vil enne spæning kunne bræne ette kresløb af. For at ungå ette kan er onteres en ioe over spolen. Da en ioe ikke har en særlig høj ostan, når en leer, vil ette give spolen en unøvenig lang aflaningsti, T aflaning, so et ses af forel f.4.5.a. Lspole Taflaning 5τ = 5 (f.4.5.a) R aflaning Derfor sættes en effektostan i serie e ioen for at inske aflaningstien (se figur 4.5.a). Denne ostan vil og øge spæningen og skal erfor vælges e otanke. For at kunne vælge koponenterne, kræves et enviere, at strøen i spolen kenes på et tispunkt, hvor acceleratorforsyningen frakobles, sat at en spæning, so switch-kresløbet kan klare, kenes. Aflaningskresløbet vil erfor først blive iensioneret på et senere tispunkt. D Spole + Spole - R Figur 4.5.a: Diagra over aflaningskresløb, en ioe og en effektostan. 4.6 Konklusion på konstruktion af accelerator Acceleratoren vil blive lavet af én lang spole, viklet af lakeret kobbertrå okring et 6 tykt plasticrør. Ufra en ønskee ugangshastighe for projektilet på 5/s ve en accelerationsti på 5s blev spolens længe funet til 8c. Der blev erefter opstillet en række utryk, er resulteree i ét salet utryk for spolens agnetfelt. Ve at optiere ette utryk, kan spolens optiale iensioner fines. Dette kan og først gøres, når alle e variable, bortset fra trå og r lag er skal optieres e hensyn til, kenes. Da alle variable ennu ikke er bestet, venes tilbage til ette i kapitel 0. Det sae gæler for aflaningskresløbet, er også kræver kenskab til en række variable, er ennu ikke kenes.

Konstruktion af styring til accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie /54 5 Konstruktion af styring til accelerator Me acceleratorforsyningen og selve acceleratoren esignet, angler er nu kun én el i selve acceleratorkresløbet. Da et skal være uligt at kontrollere strøen fra acceleratorforsyningen elektronisk, skal er laves et switch-kresløb, so kan otage input fra HC eren, og, i henhol til ette, til- eller frakoble acceleratorforsyningen. Dette switch-kresløb vil heruner blive esignet. 5. Løsningsforslag til styring af accelerator En række løsningsforslag til enne styring ses heruner. 5.. BJT transistor En BJT transistor kan bruges so switch, hvis basisstrøen er stor nok til at rive en i ætning. BJT en har en lav ætningsspæning, og et er uligt at få BJT transistorer, so kan klare store strøe (over 5 apere). Disse er og forholsvist yre, og et kræver en stor basisstrø (okring 5 til 0% af en ønskee strø igenne transistoren) at få e til at gå i ætning. 5.. MOSFET En MOSFET er bere egnet so switch en en BJT, a en ikke har nogen offset-spæning. Desuen er en MOSFET neere at rive, a en strø, er kræves før en går i ætning, stort set er nul (i nanoapere orået). En MOSFET reagerer også hurtigere en en BJT, en til gengæl kan en ikke klare så høj strø og spæning. 5..3 Mekanisk kontakt/relæ Det er uligt at få relæer, er kan klare store strøe og spæninger, en isse er til gengæl forholsvis langsoe (reaktionsti i illisekuner) og vil sansynligvis give probleer e prel. Desuen risikeres, at kontaktflaerne selter saen ve eget store strøe. 5..4 Thyristor/konensatortilpasning Thyristorer er billige og kan klare eget store strøe og spæninger. Desværre er et ikke uielbart uligt at lukke en thyristor igen, når en først er åben. For at kunne bruge en thyristor kræves et altså, at forsyningskonensatorernes aflaningsti er tilpasset nøjagtig til projektilets accelerationsti. Dette er og eget ufleksibelt, a et ikke uielbart er uligt at ænre projektilets accelerationsti uen at ænre i forsyningen. For at ungå ette kan er bruges en såkalt V-kobling *. 5..5 IGBT En IGBT kobinerer et beste fra MOSFET erne e et beste fra BJT-transistorerne. Det betyer, at e kræver eget lit strø for at åbne, og at e satiig fås i ugaver, er kan klare eget store strøe. 5. Valg af styring af accelerator Selvo en IGBT uielbart lyer so et est optiale, vælges et at bruge MOSFET er for at rae inenfor båe pensu og lagerlisten. MOSFET erne er velegnee so switch og båe hurtige og lette at rive. Da er sansynligvis bliver behov for en større strø en en enkelt MOSFET kan klare, vil en række MOSFET er blive parallelkoblet. 5.3 Design af styring til accelerator Me MOSFET erne valgt til brug i switch-kresløbet, skal er nu vælges hvilken type er bruges. Diagraet kan ses i bilag 3.3. * Denne kobling er beskrevet på hjeesien Gauss gun Pskov 00, se litteraturlisten.

Konstruktion af styring til accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie /54 5.3. Valg af MOSFET er Til brug i switchkresløbet er valgt IRF-630 MOSFET N-channel enhanceent transistorer. Denne type kan klare en forholsvis stor strø (op til 9A), en spæning på 00V over rain og source, og esuen er en lagerført og billig. I første ogang var valget falet på IRF530, a enne kan klare en større strø (op til 4A). Derio kan en kun klare 00V over rain og source, og senere tests viste, at et ikke var uligt at esigne et aflaningskresløb, så ette blev overholt, satiig e at spolens aflaningsti blev holt på et acceptabelt niveau (inre en oplaningstien). Der kan ses et urag af atablaet for IRF630 i bilag 5.. Det ses herfra, at IRF630 kan klare okring 3.5A i 0 illisekuner og okring A i ét illisekun. Da accelerationstien er sat til aksiu 5 illisekuner, vil en aksialt tillaelige strø altså ligge elle 3.5A og A. Mostanen i én MOSFET, når enne er åben, er typisk 0.35Ω ifølge atablaet. Antallet af MOSFET er kan og ikke bestees, før en aksiale strø kenes. Derfor venes tilbage til ette i kapitel 0. 5.4 Diensionering af riverkresløb MOSFET erne skal virke so switches og skal erfor operere i cut-off og i trioeorået. For at sikre ette esignes et riverkresløb. For operation i cut-off orået skal gæle: v GS < V t (f.5.4.a) Hvor V t er tærskelspæningen, so for IRF630 er elle V og 4V. For operation i trioe orået skal gæle: v > V GS vds < vgs Vt (f.5.4.c) Hvis ingangskarakteristikken ( Transfer Characteristics, kan ses på atablasuraget for IRF630 i bilag 5.) er parabelforet, kan strøen genne MOSFET en, I D, esuen tilnæres e: I D I [ ( ) ] 0 D = v GS Vt vds vds (f.5.4.) Vt Det ses og tyeligt, at ingangskarakteristikken kun tilnærelsesvist er parabelforet ve eget lave strøe (uner A). Ovenståene forel kan erfor ikke bruges, og eneste ulighe er at bruge atablasopslag og PSpice siuleringer. Signalet til aktivering af MOSFET erne koer fra HC'eren, og a ette erfor vil være på 5V, skal et forstærkes op for at sikre, at forel f.5.4.c og f.5.4.b opfyles og ere operation i trioeorået. For ikke at skulle esigne en separat spæningsforsyning til enne forstærker vælges en højeste spæning, er alleree er i systeet, +V. Ifølge atablaet kan IRF630 klare en aksial V GS -spæning på 0V, så ette ugør ikke et proble. Da MOSFET ernes tærskelspæning kan variere elle V og 4V, er et esuen nøvenigt, at ugangssignalet er så tæt på en firkantpuls so uligt. Dette vil eføre, at spæningen over MOSFET'ernes gates ænres tilnærelsesvist oentant, så e erve, uanset en enkelte MOSFET s tærskelspæning, åbner og lukker satiig. 5.4. Løsningsforslag til MOSFET-river En river MOSFET erne kan laves på flere åer, for eksepel ve at benytte en operationsforstærker koblet so koparator e en forsyningsspæning på GND og V, er så kan forstærke signalet fra HC eren. Der er og nogle probleer e enne løsning; els er en forholsvis yr, og els er en operationsforstærker begrænset af sin slewrate. Da signalet til MOSFET erne skal være så tæt på et firkantsignal so uligt, kan ette got give probleer. En ulig løsning på slewrateprobleet kunne være at koble en schitt-trigger efter operationsforstærkeren, hvilket og vil foryre konstruktionen ennu ere, se figur 5.4..a. Desuen vil signalet blive forvrænget, a schitt-triggeren først reagerer og skifter fra lav til høj, når ugangssignalet fra operationsforstærkeren når en vis størrelse. Det gæler tilsvarene, når er t (f.5.4.b)

Konstruktion af styring til accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 3/54 skal skiftes fra høj til lav. Signalet fra schitt-triggeren vil altså rent tisæssigt blive kortere en et signal, so senes til operationsforstærkeren fra HC eren. HC Output Koparator Schitt trigger Figur 5.4..a: MOSFET-river e koparator og schitt-trigger. En anen løsning vil være at opbygge forstærkningskresløbet rent iskret for eksepel e to transistorer, er begge er koblet, så e fungerer so en inverter, se figur 5.4..b. Der bruges to transistorer, så HC'eren kun skal levere strø til kresløbet, når MOSFET erne skal aktiveres. R R 3 Output Input R T T Figur 5.4..b: Diskret opbygget MOSFET-river e to transistorer. Når spæningen på ingangen er høj, altså 5V, vil T være i ætning. Derve vil kollektor-eitter spæningsfalet på T være ca. 0.V, og T er erfor i cut-off. Når T er i cut-off, vil ens kollektorspæning, og ere outputtet, være lig forsyningsspæningen på V. Når spæningen på ingangen er lav, altså 0V, vil T være i cut-off, og basis-eitter spæningsfalet på T vil ere være lig T s kollektorspæning. T er erfor i ætning, og ens kollektorspæning, og ere outputtet, er så ca. 0.V. Me 5V på ingangen fås altså e ønskee V på ugangen. Me 0V på ingangen fås 0.V på ugangen, hvilket er ere en e ønskee 0V. Da tærskelspæningen for e anvente MOSFET er er inst V, får ette og ingen betyning. Dette kresløb er båe billigere og ere sipelt en kresløbet e operationsforstærker og schitt-trigger. Desuen bør et ikke være noget proble at konstruere et sålees, at reaktionstien kan holes på et ubetyeligt niveau. Det vælges erfor at bruge forslaget e e to transistorer. 5.4. Diensionering af MOSFET-river Der vælges to BC547B transistorer til riveren. Disse er billige general purpose NPN transistorer, so kan anvenes, a isse er hurtige og strøstærke nok til forålet. BC547B kan tåle en konstant kollektorstrø på 00A og har ve enne strø et kollektor-eitter spæningsfal på typisk 0.V, når en er i ætning, se atablasurag for BC547B i bilag 5.3. Hver IRF630 har en ingangskapacitans på typisk 540pF. For at ungå at oplaningen af e inre kapacitanser ikke efører, at ugangssignalet afviger for eget fra et firkantsignal, er et nøvenigt, at riveren kan levere en forholsvis stor strø. Da T skal trække enne strø i en ti, MOSFET'erne ikke er aktiveree, å en ikke overstige BC547B erens aksiale kollektorstrø på 00A. For en sikkerhes skyl vælges kollektorstrøen erfor til 80A.

Konstruktion af styring til accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 4/54 Derve fås en kollektorostan på: VCC VCE V 0,V R3 = = = 47, 5Ω I C 80A Spæningen over ostanen er ca..8 V, når T leer. Den afsatte effekt bliver så: U R3,8 V PR 3 = = = 944W R3 47,5Ω En % MRS5 ostan kan kun klare 700W, hvorfor er bruges en 5% PR37 etalfils effektostan, er kan klare,6w. Denne fås og ikke på 47,5Ω, hvorfor er bruges to parallelkoblee ostane på henholsvis 330Ω og 70Ω. Der fås erfor en ostan på 48,5Ω?, so kan klare 3, W. Oplaningstien, T N, for N antal MOSFET er kan nu fines so: T N = τ = 5 N C R = 5 N 540 pf 48,5Ω = 0, 40µ s N 5 MOSFET 3 (f.5.4..a) Selv e ange MOSFET er, for eksepel 00, vil enne oplaningsti være fult u acceptabel, a MOSFET ernes aktiveringsti varer i flere illisekuner. Strøforstærkningen, β, for BC547B transistoren er på iniu 00 gange. For ikke at rive transistorerne for langt i ætning, hvilket vil øge eres skifteti, iensioneres e kun e en overrivefaktor på 4, altså: β 00 β = = = 50 (f.5.4..b) overrive overrivefaktor 4 Derve skal basisostanen, R, til T være: VCC VBE V 0,7V R = = = 7,065kΩ I β C overrive 80A 50 Næreste væri i E96-rækken er 7,5kΩ. Da T s basisostan er T s kollektorostan, og a er for T også regnes e en overrivefactor på 4, giver ette en basisostan for T på: R VIN VBE 5V 0,7V = = = 30,78kΩ V V V 0,V CC CE R 7,5kΩ C β 50 overrive Næreste væri fra E96-rækken er 30kΩ. De enelige koponentværier bliver så: T: BC547B T: BC547B R : 30kΩ R : 7,5kΩ R 3 : 48,5Ω I bilag 3 forefines et iagra over riveren.

Konstruktion af styring til accelerator IOT 3E Gruppe 6 sie 5/54 5.5 Konklusion på acceleratorstyring Acceleratorstyringen konstrueres ve hjælp af en række MOSFET er, er båe er hurtige, billige, nee at rive og kan klare en forholsvis høj strø. Da e og kræver en højere spæning på gaten for sikker operation i trioeorået en HC eren kan give, er er esuen konstrueret et river-kresløb, til forstærkning af signalet fra HC eren. Efter at have gennegået hele styringen til acceleratoren, resterer er nu kun en enelige besteelse af antallet af MOSFET er. Da ette kræver, at en aksiale strø i kresløbet kenes, kan ette ikke gøres på nuværene tispunkt. Da selve MOSFET-switchen kun vil bestå af en række parallelkoblee MOSFET er, vil enne blive lavet på vero-boar.

Valg og konstruktion af projektiler IOT 3E Gruppe 6 sie 6/54 6 Valg og konstruktion af projektiler Der skal vælges og konstrueres en række projektiler til acceleratoren. Dette afsnit vil beskrive en række forskellige forslag til valg af projektil. Dette skal gøres e otanke, a acceleratoren baseres på agnetfelter og erfor kun kan påvirke peranente agneter og agnetiserbare aterialer. 6. Løsningsforslag til projektil Heruner følger en række forslag. 6.. Peranent agnet Uielbart å en peranent agnet være et est optiale, a acceleratoren her ikke skal bruge energi på at agnetisere projektilet først, en i steet kan afsætte alt energien so kinetisk energi. Projektilet skal og venes på en bestet åe, a et ellers vil flyve baglæns u af acceleratoren. Da et ikke uielbart er uligt selv at bearbeje peranente agneter ekanisk, kan er esuen være probleer e at skaffe agneter i en rigtige størrelse. 6.. Bløt jern Et projektil af bløt jern vil også kunne bruges. Acceleratoren vil skulle bruge energi på at agnetisere jernet, en er bør staig være energi til at accelerere projektilet også. Da er kan være forskel på agnetiseringen af projektilerne fra gang til gang, vil er og sansynligvis være forskel i en opnåee hastighe fra gang til gang. Desuen er et tvivlsot, o en eventuel inuktiv hastighesregistrering vil kunne registrere isse projektiler, a eres agnetfelt vil være eget svagere i forhol til en peranent agnet. Ve bløt jern er et uligt selv at bearbeje råateriale til færige projektiler, for eksepel ve spåntagene bearbejning. Det er erfor uligt forholsvist enkelt, at frestille projektiler specifikt til enne accelerator. 6..3 Bærerprojektil Er er brug for at benytte et projektil so ikke kan agnetiseres, kan an benytte en peranent agnet eller et objekt af et agnetiserbart ateriale til at skubbe projektilet e. Forelen ve enne etoe er at er bliver ulighe for at accelerere alle aterialer. Til gengæl vil et kræve en ekanise til hole bærerprojektilet i acceleratoren. Desuen vil ette ikke være så effektivt, a et kun vil være en el af en afsatte energi er tilføres et rigtige projektil. 6. Valg af projektil Da acceleratoren uen probleer vil kunne accelerere båe peranente agneter, og projektiler frestillet af agnetiserbart ateriale, vil begge blive anvent. Da et ikke er essentielt at hastigheen er en sae fra gang til gang, vil er ikke være probleer e jern-projektilernes varierene agnetisering. Iéen e et bærerprojektil vil og ikke blive anvent, for ikke at koplicere et ekaniske esign, og a enne ikke anses for at være ligeså effektiv. 6.3 Valg af peranente agneter Da et anvente accelerator-rør har en iaeter på 4, ønskes en peranent agnet er ufyler ette så got so uligt. Den beste størrelse er uielbart kunne skaffes, var en række så rune stangagneter, e en længe på 8 og en iaeter på 3. Disse er af typen Perax 430, og er frestillet ve sintering af NFeB. Da agneternes accelerationsretning i acceleratoren afhænger af eres polarisering, blev agneternes norpol lakeret e rø farve. Der kan ses et billee af e anvente peranente agneter i figur 6.3.a., ens ens atabla kan ses på CD- ROM en.

Valg og konstruktion af projektiler IOT 3E Gruppe 6 sie 7/54 Figur 6.3.a: De anvente peranente agneter. 6.4 Konstruktion af jernprojektiler Til konstruktion af jernprojektiler blev er freskaffet en jernstang e en iaeter på 4. Af enne stang blev er frestillet inre stykker på, 4 og 6c s længe. Da acceleratorens inre iaeter også er 4, var et og nøvenigt at bearbeje e så stykker ne til en lit inre iaeter ve hjælp af spåntagene bearbejning. Ve sae lejlighe blev projektilernes aeroynaiske egenskaber forberet ve at lave e spise. Der kan ses et billee på figur 6.4.a. Figur 6.4.a: De anvente jernprojektiler. 6.5 Konklusion på valg og konstruktion af projektiler Der blev valgt båe at bruge projektiler af peranent agnetisk ateriale og jernprojektiler. Begge isse vil kunne påvirkes af acceleratoren. Dog er er tvivl o, o jernprojektilerne vil kunne opfanges af en eventuel inuktiv hastighesregistrering.

Konstruktion af hastighesregistrering IOT 3E Gruppe 6 sie 8/54 7 Konstruktion af hastighesregistrering Ifølge kravspecifikationen skal projektilets ugangshastighe kunne åles. I et følgene kapitel vil er blive gennegået forskellige åer at gøre ette på. Desuen vil er blive esignet og iensioneret et syste til hastighesregistrering baseret på et af løsningsforslagene. 7. Løsningsforslag til hastighesregistrering Hastighesålingen kan foretages på flere forskellige åer. Heruner er en række løsningsforslag. 7.. Optisk registrering e to sensorer Den est siple hastighesregistrering opnås ve at benytte to optiske sensorer. Et såant syste vil kunne opbygges so ses på figur 7...a. Projektil x Sensor Sensor Tier Beregning Figur 7...a: Opbygning af hastighesregistrering e to optiske sensorer. Her åles en ti er går fra projektilet passerer sensor til sensor passeres. Ve så at iviere afstanen elle sensorerne e enne ti, fås projektilets hastighe. Der vil ikke være probleer e at sensorerne ikke opfatter hele projektilets længe, for eksepel hvis projektilet er spist, for a begge sensorer er ens, vil ålingen starte og stoppe et sae ste på projektilet. Sensorerne kan for eksepel opbygges e en IR-transitter placeret overfor en IR-otager. Signalbehanlingen kan klares forholsvis enkelt e for eksepel en ikro-controller. 7.. Optisk registrering e én sensor Hastigheen kan også fines ve brug af blot en enkelt optisk sensor. Ve at åle hvor lang ti projektilet er u for sensoren og erefter iviere projektilets længe e enne ti, kan farten fines. Dette er uielbart ere sipel og elegant en løsningen e to sensorer, en kræver en rekalibrering af systeet, hvis er skal skyes e projektiler e forskellige længer. Desuen kan er være probleer e at fine en længe af projektilet so sensoren kan se. Hvis projektilet for eksepel er spist, vil sensoren ikke nøvenigvis opfange hele ets længe. 7..3 Inuktiv registrering e to sensorer Hvis projektilet er agnetisk, kan er i steet for optiske sensorer bruges inuktive. Et syste baseret på inuktive sensorer kan laves forholsvis enkelt ve blot at uskifte e optiske sensorer i figur 7...a e så spoler, se figur 7..3.a.

Konstruktion af hastighesregistrering IOT 3E Gruppe 6 sie 9/54 x Projektil Sensor Sensor Forstærker Forstærker Tier Beregning Figur 7..3.a: Opbygning af hastighesregistrering e to spoler. Ve passagen genne spolerne, vil et agnetiske projektil inucere en strø i isse. Disse signaler er og for så til, at en tæller vil kunne registrere e. Signalerne senes erfor igenne en forstærker. 7..4 Inuktiv registrering e én sensor Et inuktivt syste vil også kunne laves ve hjælp af kun én spole. Den spæning, er inuceres i spolen, ef (ξ ), er givet ve: Φ ξ = B (f.7..4.a) t Spæningen er altså afhængig af en ti, ænringen i fluxen sker på, og ere kan et ulees, at ef en også er afhængig af hastigheen på projektilet. Altså: Φ B Φ B x Φ B x Φ B ξ = = = = v (f.7..4.b) projektil t t x x t x Ufra en aksiale spæning kan projektilets hastighe altså fines. Dette kræver og et såkalt saple an hol -kresløb til at hole en opnåee aksiale spæning. Dette kresløb ineholer blant anet en speciel konensator e høj kapacitet og høj inre ostan. Deruover skal er bruges et syste til at kontrollere, hvornår en aksiale spæning er opnået. Her kunne for eksepel bruges en operationsforstærker koblet so ifferentiator. Når spæningen når sit aksiu, vil ugangen på enne blive 0V, hvorefter er gives signal til saple an hol - kresløbet o at hole en opnåee spæning. Det gete signal forstærkes nu op og konverteres til et igitalt signal ve hjælp af en A/D konverter. En ikro-controller vil nu kunne beregne projektilets hastighe. 7. Valg af syste til hastighesregistrering Den inuktive registrering ligger tættest op af seestrets pensu, så erfor vælges én af løsningerne baseret på ette princip. Selvo forslaget e én spole åske er et est siple og elegante, inebærer ette og, at et nøjagtige agnetfelt for et pågælene projektil skal kenes. Da agneters styrke aftager e tien, vil er også skulle korrigeres for ette. Desuen er en nøvenige elektronik båe kopliceret og forholsvis yr, så i steet vælges forslaget i afsnit 7..3. Dette er båe enklere elektronisk set, og stiller ingen krav til kenskabet af projektilets agnetfelt. Magnetfeltet skal blot være så stort, at en inuceree strø fra projektilets passage kan overøve en støj, er åtte være. 7.3 Design og iensionering af hastighesregistrering Ufra et valgte princip vil er nu blive esignet og iensioneret et syste til hastighesregistrering. Dette vil blive iensioneret u fra anvenelse af e peranente agneter so projektiler, a isse, på grun af eres stærkere agnetfelt, å antages at være lettere for ålespolerne at opfange. Diagraet over hastighesregistreringen kan ses i bilag 3.6.

Konstruktion af hastighesregistrering IOT 3E Gruppe 6 sie 30/54 7.3. Design og iensionering af ålespoler Sensorerne skal være så spoler, så er inuceres en spæning, når et agnetiske projektil passerer. Desuen bør spolen være så kort, at et tilnærelsesvist er en sae spæning, er inuceres i alle vininger satiig. Dette vil gøre en inuceree spæningspuls, ef, kort og præcis og satiig gøre et neere at regne på. I så fal vil en salee ef e go tilnærelse kunne fines so antal vininger ganget e ef en inuceret i én vining (spæningerne bliver superponeret). Hvis spolen er lang, vil er være en tyelig forsinkelse fra ef en i e forreste vininger til ef en i e siste vininger. Dette vil resultere i en lavere spæning og en længere ξ[v ] Figur 7.3..a: Ef en inuceret i en sal spole (rø) og ef en inuceret i en lang spole (blå). puls. Forskellen elle en kort og en lang spole kan ses på figur 7.3..a. Det ses på en røe graf, at a ef en i viningerne i en korte spole vil blive inuceret næsten på sae ti, kan et regnes so værene en stor spike e en sule ripple i toppen. Den blå graf er længere og har en kraftigere ripple. Den tyneste tilgængelige trå er 0.5, og et er erfor en, er vil blive brugt. Spolen vil blive lavet e 5 vininger, så en salee spole i teorien skulle blive 5 0.5 = 0. 75. Dette er og ikke uligt i praksis, a et stort set er uuligt anuelt at lave helt tætliggene vininger e en så tyn trå. Spolens længe bliver erfor reelt okring.. De to ålespoler onteres lige efter acceleratorspolen, så eres itpunkter er cirka.3c fra hinanen. Afstanen er valgt af esignæssige årsager. Me en ønskee hastighe på 5/s vil tisforskellen elle passagen af e to ålespoler være.6s, hvilket sagtens vil kunne registreres e go nøjagtighe af HC eren. Der vil kunne opstå probleer e at ålespolerne registrerer noget af agnetfeltet fra acceleratorspolen, en ette kan er tages hensyn til prograelt i HC eren. 7.3. Projektilets agnetiske egenskaber For at kunne fine ef ens størrelse ve en given hastighe kræves et, at er vies ere okring projektilets agnetiske egenskaber. Da ef ens størrelse bruges ve iensionering af signalbehanlingskresløbet skal enne fines. Det vies at agnetfeltet i et tilfæligt punkt på syetriaksen af en peranent stangagnet, kan utrykkes ve: x L x B( x) = B + (f.7.3..a) r R + x R + ( L x) Det reanente felt, B r, for en Perax 430 er 50T (se atabla på CD-ROM). Insættes ette i forel f.7.3..a, fås en graf er ses i figur 7.3..a. t

Konstruktion af hastighesregistrering IOT 3E Gruppe 6 sie 3/54 B(x), [T] 0.5 0 0.005 0.008 0.0 x, [] Figur 7.3..a: Grafen over agnetfeltet so funktion af positionen på projektilets syetriakse. Projektilets ener ligger i x=0 og x=0.008, og so et ses på figur 7.3..a, er er staig et agnetfelt uenfor projektilet, selvo et og ikke er særligt stort. Den største ænring i feltet sker i enerne af projektilet. So beskrevet i forel f.7..4.b, er ef en givet ve: Φ B ξ = v projektil x Fluxen i projektilet fines ve at gange agnetfeltet e arealet, altså Φ = B( x) A, hvor A er projektilets tværsnitsareal, A = π.5. Grafen for Φ B vil være proportional e grafen for B(x). Når Φ B ifferentieres e hensyn til x, fås en graf, er ses so en røe kurve på figur 7.3..b. B Φ B(x) x, [Wb/] 0.00 Φ B (x) 50, [Wb] 0.005 0 0.005 0.008 0.0 x, [] 0.00 Figur 7.3..b: Den blå kurve viser fluxen Φ B, ens en røe viser ennes hælning. Begge so funktion af hvor på projektilet an befiner sig. Fluxen er ganget e 50 af hensyn til skalaen. Der kan så opstilles et utryk for ef en so funktion af projektil hastighe: Φ B (0) Φ B 0) ( v projektil ) = v projektil (f.7.3..b) =.693 0 x x På figur 7.3..c ses en graf over ef en so funktion af agnetens hastighe. ξ ( 3 Wb

IOT 3E Gruppe 6 sie 3/54 0.05 Konstruktion af hastighesregistrering 0.04 0.03 ξ(v projektil ), [V] 0.0 0.0 0.00 0 5 0 5 V projektil, [/s] Figur 7.3..c: Ef en so funktion af projektilets hastighe, her fra 0-5 /s. Nu kan størrelsen på ef en inuceret i én vining altså fines. Et eksepel ville være ve 5/s: 3 ξ (5 ) =.693 0 5 = 40. V s s 40 Ve 5/s vil er i én vining inuceres 40.40V. Da sensorerne vikles e 5 vininger, og et antages, at spolen er kort, så er inuceres en sae spæning i alle viningerne på sae ti, bliver en salee ef: 5 40.40V = 0. 0V Uenfor en peranent agnet er H-feltet og agnetfeltet ensrettee B µ 0 H, ens e er osat rettee ine i agneten. Derfor er en peranente agnet konstant usat for et afagnetiserene felt og vil erfor iste sin styrke e tien. Deruover vil agneten ikke have et agnetfelt lig et reanente felt, en et felt er er inre og givet ve saenhængen elle agnetiseringskurven og arbejslinien for agneten. For at fine et aktuelle agnetfelt for agnetprojektilet uføres er et forsøg, hvor projektilet fra en kent høje faler ne igenne en ålespole. Iet højen er kent, kan hastigheen fines. U fra spæningsuslaget og hastigheen kan agnetfeltet så beregnes. For en etaljeret beskrivelse af ette forsøg henvises til bilag 6. U fra forsøget blev projektilets agnetfelt i fri luft funet til at være 0.553T. U fra ette resultat, vil ef en inuceret i én vining, so funktion af hastigheen nu være: ξ 3 reel, vining ( v projektil ) =.93667 0 Forel f.7.3..c er verificeret i bilag 7. Den salee ef i en hel ålespole e fe vininger kan så fines so: 3 Wb ξ reel, spole ( v projektil ) = 6.468333 0 v (f.7.3..) projektil Ve en ønskee hastighe på 5/s, fås altså en ef på: 3 Wb ξ (5 / s) = 6.468333 0 5 / s 97. V Wb v projektil reel, spole 03 (f.7.3..c) 7.3.3 Design og iensionering af signalbehanlingskresløb Da ef en fra ålespolerne skal bruges til at starte og slukke tælleren i HC eren, skal enne konverteres til et igitalt signal, fori HC eren skal have skarpe flanker på signalet. Dette kan for eksepel gøres e schitt-trigger. Da enne først går logisk høj ve.5v, skal signalet og forstærkes først. Til forstærkning kan for eksepel bruges en AMP0F instruenteringsforstærker, a enne er enkel at ænre forstærkningen på, og a en kan forstærke op til 0000 gange. Se figur 7.3.3.a.

Konstruktion af hastighesregistrering IOT 3E Gruppe 6 sie 33/54 AMP0F Schitt Trigger Målespole R G Digitalt output Figur 7.3.3.a: AMP0F instruenteringsforstærker e ålespolen koblet in på ingangene, R G til at sætte forstærkningen koblet in på en schitt trigger. Når er inuceres en spæning over ålespolen, vil AMP0F en forstærke enne op og schitttriggerens ugang vil gå logisk høj. Probleet ve enne løsning er, at en AMP0F er en ret yr koponent. Til gengæl har en goe karakteristika blant anet en høj coon oe rejection ratio (CMRR) (typ. 5B) og en høj slewrate (SR) (typisk 6 V/µs). En anen løsning er at bruge en µa74 koblet so en ikke-inverterene forstærker. I forhol til AMP0F koster µa74 langt inre,,85kr i forhol til 57kr. µa74 s lave pris betyer og, at ens karakteristika er langt årligere en AMP0F. Men et er staig let at ænre forstærkningen, og en kan typisk forstærke op til 00000 gange, og er ens CMRR og SR langt årligere en AMP0F. Høj CMRR er ikke nøvenigt i enne konfiguration, a en ikke har nogen betyning i forhol til blant anet ostanstolerancer. µa74 s slewrate er på 0.5V/µs, og iet signalet bliver revet i ætning, vil et tage 4µs inen ette nås. Den aksiale hastighe, so µa74 eren vil kunne åle, kan altså fines so:. v projektil = = 50 s 4µ s Bevæger projektilet sig hurtigere en ette, vil µa74 eren være for langso. Da ålet er 5 /s ugør ette og ikke noget proble. Da en µa74 er altså vil være ligeså anvenelig so en AMP0F, vil µa74 eren blive brugt, på grun af ens eget lavere pris. Se figur 7.3.3.b for iagra. R R Schitt Trigger Digitalt output Målespole µa74 Figur 7.3.3.b: µa74 operationsforstærker, koblet so ikke-inverterene, e ålespolen in på en positive ingang, og ugangen sat til Schitt triggeren. R og R besteer forstærkningen, A V. For en ikke inverterene kobling bliver enne uregnet so: R A V = +. (f.7.3.3.a) R Denne forstærkning skal bestees. Iet er skal kunne åles hastigheer ne til /s, skal forstærkeren iensioneres til at gå i ætning ve en spæning er bliver inuceret i ålespolerne ve enne hastighe. Ve at bruge forel f.7.3.. kan en iniale spæning beregnes: 3 Wb ξ s reel, in = ξ reel ( / ) = 6.468333 0 = 6.468333V 6. 47V s Denne spæning skal så forstærkes op til 5V. Forstærkningen skal så være: 5V A V = = 77. 798gg 6.47V

Konstruktion af hastighesregistrering IOT 3E Gruppe 6 sie 34/54 For at fine R og R skal en af e vælges på forhån, her vælges R til 499Ω. Ve hjælp af forel f.7.3.3.a fås R til: R R R A V = + 773gg = + 77gg = R = 77 499 = 385kΩ R 499Ω 499Ω Den næreste ostan i E96-rækken er 39kΩ. Den egentlig forstærkning bliver så: 39kΩ A V = + 786gg 499Ω So schitt-trigger anvenes en 4584 CMOS-kres, er kan køre e en forsyningsspæning på 0V til 5V (se atabla på CD-ROM en). Da outputtet næsten svarer til forsyningsspæningen, vælges et at køre schitt-triggerne e en 5V forsyning, a HC eren skal have enne spæning på ingangen. 7.3.4 Dioe-claping kresløb Me en forstærkning so funet i afsnit 7.3.3, vil forstærkeren altså give 5V u, når projektilet har hastigheen /s. Hvis projektilet bevæger sig hurtigere en ette, vil outputtet være højere. Dette er et proble, a schitt-triggeren kun kan klare en spæning på ingangen på højest 0.5V over forsyningspæningen (og højst 0.5V uner ens stel). For at forhinre spæninger over e 5.5V kunne forstærkerens forsyningsspæning sættes til ±5V, en forstærkeren har bere karakteristika ve ±V eller ere. Desuen er en siste halvel af signalet fra ålespolerne negativt (se figur 7.3..b), så ette skal alligevel fjernes. Dette kan gøres e et såkalt ioe-claping kresløb. Dette kresløb kan satiig bruges til at hole en aksiale spæning uner e 5.5V, so er schitt-triggerens aksiu. Et claping-kresløb fungerer ve seriekoblee ioer, e signalet er skal clapes, sat in ielle e genne en forostan. Et iagra over ioeclaping kresløbet kan ses på figur 7.3.4.a. V CC V in R a D V out D Figur 7.3.4.a: Dioeclaping kresløb e to ioer og en forostan til ingangssignalet V in. Iet er over en stanar siliciu-ioe er 0.7V, når enne leer, vil er i punktet a være en aksial spæning på 5.7V, a strøen igenne, og ere spæningsfalet over ostanen, blot vil øges, og ere hole spæningen på 5.7V, hvis V in stiger. Det laveste signal vil tilsvarene være 0.7V. Iet isse spæninger staig er for store til schitt-triggeren, bruges er en speciel type ioer, schottky-ioer. Schottky-ioer har to forele: e er hurtige, og e har lave spæningsfal over sig, når e åbner. Her bruges en BAT83 schottky-ioe fra Philips, iet en kun har 0.33V liggene over sig, når en leer (se atablasurag i bilag 5.4). Ugangsspæningen fra claping-kresløbet vil altså ligge elle 0.33V og 5.33V, hvilket schitt-triggeren fint kan klare. For at få et ønskee spæningsfal på 0.33V over ioerne, skal er ifølge atablaet løbe 0.A igenne e. Ve fult, positivt uslag fra forstærkeren, altså +V, bliver spæningen over ostanen: V R = V 5.33V = 6. 67V Mostanen skal altså være på 66.7kΩ, en i steet bruges 00kΩ, hvilket gør, at strøen bliver ennu inre. Dette giver et inre spæningsfal over ioerne, så ugangsspæningen faktisk koer tættere på 5.00V, henholsvis 0.00V. Ugangspæningen i forhol til ingangsspæningen kan ses på figur 7.3.4.b.

Konstruktion af hastighesregistrering IOT 3E Gruppe 6 sie 35/54 V out, [V] V 5.33V -0.33V t, [s] -V Figur 7.3.4.b: Ingangsspæningen V in i forhol til ugangsspæningen V out. 7.4 Blokiagra over hastighesregistrering Me hastighesregistreringen esignet og iensioneret kan er nu opstilles et blokiagra over systeet, se figur 7.4.a. Målespole 5 vininger 0.5 trå S Forstærker µa74 A V =786gg Dioe claping Schitt trigger S3 S4 S5 BAT83 HC Målespole 5 vininger 0.5 trå S S: Analogt signal fra ålespole til forstærkeren S: Analogt signal fra ålespole til forstærkeren S3: Analogt signal fra forstærkeren til ioe claping kresløbet S4: Clapet signal fra ioe claping kresløbet til schitt triggeren S5: Digitalt signal fra schitt triggeren til HC eren Figur 7.4.a: Blokiagra over hastighesregistrering. 7.5 Konklusion på hastighessysteet Systeet blev lavet u fra inuktiv registrering, iet ette var et est relevante for pensu. Sensorerne blev erfor lavet af så spoler. Forstærkningen af signalet fra spolerne bliver gjort e en µa74 koblet so ikke inverterene forstærker, iet enne er billig og kan klare jobbet lige så got so en yr instruenteringsforstærker. Signalet fra forstærkeren holes elle 0.33V og +5.33V ve hjælp af et ioeclapingkresløb baseret på to schottky ioer. Signalet bliver erefter konverteret til et firkantsignal e en schitt trigger, a HC eren skal have skarpe flanker for kunne reagere.

Konstruktion af isplay til hastighesulæsning IOT 3E Gruppe 6 sie 36/54 8 Konstruktion af isplay til hastighesulæsning Me hastighesregistreringen esignet skal er nu bruges et isplay til at uskrive en registreree hastighe. I et følgene vil er blive gennegået en række uligheer at gøre ette på, hvorefter et isplaysyste vil blive esignet ufra en valgte løsning. 8. Løsningsforslag til isplay Heruner følger et par uligheer. 8.. 7-segent isplay Et stanar 7-segent isplay er billigt og enkelt at rive. Displayet er ikke så fleksibelt, a et er konstrueret til at uskrive tal, og erfor ikke er egnet til uskrivning af bogstaver. Derio er et let at aflæse, a cifrene er store, og a isplayet selv usener lys. Det er uligt at styre ve hjælp af logiske stanarkrese, en ette kan også klares e en ikro-controller. 8.. Alfanuerisk LCD isplay e HD44780-controller Et alfanuerisk LCD isplay er ere fleksibelt en 7-segent isplays, a er er unerstøttelse for en stor el af ASCII-karaktersættet. Det kræver en ikro-controller eller lignene til styring, en giver så ulighe for en række instillingsuligheer. Dog er et ere besværligt at aflæse, a karaktererne er inre, og a isplayet ikke usener lys af sig selv (er kan og onteres et såkalt backlight). 8. Valg af isplay Da er kun skal uskrives tal, vælges et at bruge 7-segent isplays, a isse er billige og nee at aflæse. 8.3 Design og iensionering af isplay Display systeet er opbygget okring fire 7-segent isplays. For at spare på porte på HC eren og ængen af koponenter vil isplayet blive revet på en åe, hvor e forskellige 7-segent isplays skiftes til at være tænt. Der vil altså kun være ét isplay tænt a gangen. Gøres ette hurtigt nok, vil et enneskelige øje og opfatte alle fire 7-segent isplays so værene tænte satiig. Dette realiseres ve at alle isplays kobles til sae BCD til 7-segent ekoer, ens katoen på hvert isplay kobles til hver sin arlington-npn transistor. Derve kan HC eren aktivere hvert enkelt isplay for sig ve hjælp af transistorerne og sene et ciffer, er skal uskrives på et aktuelle isplay til ekoeren ve hjælp af en 4-bit BCD-koe. Hele isplayet kan altså styres e kun 8bit, hvilket svarer til én port på HC eren. Der er brugt arlington-npn transistorer (BC57) for ikke at belaste HC erens I/O-porte for eget, a isse kun kan leverer ganske få illiapere. Den valgte ekoer er en CMOS 45B BCD til 7 segent ekoer og river, so kan rive ét 7- segent isplay. Diagraet over hele isplay-kresløbet kan ses i bilag 3.7. 8.3. Diensionering af forostane til 7-segent isplay: Me en forsyningsspæning på 5V vil en inste spæning på ugangene af 45 eren være 4.V, hvis 45 eren giver et logisk højt signal på en pågælene ugang (se atablasurag i bilag 5.5). Spæningsfalet over lysioerne i 7-segent isplayet ve en strø på 0A er ifølge atablaet cirka.6v. Kollektor-eitter saturationsspæningen for BC57 er ifølge atablaet cirka V. Datablasurag for 7-segent isplay kan ses i bilag 5.7.

Konstruktion af isplay til hastighesulæsning IOT 3E Gruppe 6 sie 37/54 Ufra isse oplysninger kan forostanene fines til: V = 5V V = 4.V I = 0A V V V CC LED CE SAT R _ LED =.6V = V = V OUT H,in OUT H,in V LED V VR _ LED.5V RLED = = = 50Ω I 0A Denne ostan fines i E96-rækken. CE SAT = 4.V V.6V =.5V 8.3. Diensionering af forostanen til isplay s otpoint: Da 7-segent isplay skal vise én ecial af hastigheen, skal er være et koa foran ette; erfor skal 7-segent isplay s otpoint tænes. Denne ioe skal, ligeso e anre lysioer i 7-segent isplayet, have.6v ve cirka 0A. Da ekoeren ikke kan håntere otpointet, kobles ette irekte til forsyningsspæningen på 5V. Mostanen (R DOT ) bliver erfor: V = 5V V V V CC CE SAT LED R _ DOT = V =.6V I = 0A = V V V CE SAT VR _ DOT.4V RDOT = = = 40Ω I 0A Den næreste væri i E96-rækken er 37Ω. CC LED = 5V.6V V =.4V 8.3.3 Diensionering af basisostanene til isplayriverne Der bruges en BC57 NPN arlington transistor so switch til hvert isplay for at styre hvilket af e, er skal være tænt. Display, 3 og 4 trækker hver cirka 70A, ens isplay trækker cirka 80A på grun af otpointet. Derfor iensioneres er én størrelses forostane til isplay nr., 3 og 4 og en anen til isplay. Ifølge atablaet har BC57 eren følgene ata: β = 30000gg V MIN CE SAT = V, = 00A VBE SAT =.5V, I C = 00A Da BC57 eren skal bruges so switch, rives en i ætning e en overrivefaktor på 0. Ve 70 A bliver basisstrøen på: I = 70A C 30000 βoverdrive = = 3000 0 I C 70A I B = = = 3.33µ A βoverdrive 3000 Spæningen fra HC eren er 5V, og erfor beregnes ostanene R B, R B3 og R B4 til: V V V = 5V.5V = 3.5V R R _ B = HC BE SAT B = R B3 = R B4 VR = I _ B C I C 3,5V = = 50.0kΩ 3.33µ A

Konstruktion af isplay til hastighesulæsning IOT 3E Gruppe 6 sie 38/54 Den næreste ostan i E96-rækken er 50kΩ. Ve 80A bliver basisstrøen: I = 80A C 30000 βoverdrive = = 3000 0 I C 80A I B = = = 6.67µ A β OVERDRIVE 3000 Spæningen fra HC eren er 5V, ostanen R B bliver så: V V V = 5V.5V = 3.5V RB = HC BE SAT VRB 3,5V RB = RB3 = RB4 = = = 3.5kΩ I C 6.67µ A Den næreste ostan i E96-rækken er 30kΩ. 8.4 Konklusion på konstruktion af isplay Til isplayet benyttes 7-segent isplays, a isse er billige, nee at styre og lette at aflæse. For at kunne nøjes e én port på HC eren til styring af isplayet, vil 7-segent isplayene blive tænt et a gangen. Gøres ette hurtigt nok, vil alle fire 7-segent isplays opfattes so værene tænt satiig. HC eren styrer hvilket isplay, er skal være tænt, satiig e at enne sener en 4-bit BCD koe ineholene et ciffer, er skal uskrives til ekoeren, er så river 7- segent isplayene.

Prograering af HC er IOT 3E Gruppe 6 sie 39/54 9 Prograering af HC er Den anvente HC ikro-controller skal prograeres, så en kan styre acceleratorforsyningen, oplaningsforsyningen, satiig e, at en skal kunne beregne hastigheen ufra signalerne fra ålespolerne og uskrive enne hastighe på isplayet. Heruner gennegås opbygningen af kilekoen. Den færige kilekoe kan fines på CD-ROM en. Diagraet over HC-printets opbygning kan ses i bilag 3.8, ens iagraet over SCI-transcieveren, so bruges af overførsel af koe fra pc til HC er, kan ses i bilag 3.9. 9. Prograoversigt Når HC eren tænes, opsættes først CCR registeret, prescalefactoren til en fritløbene tæller sat alle anvente I/O-porte. Herefter ventes på signal fra forsyningsstyringen o, at konensatorerne er laet helt op. Når brugeren så giver signal til affyring, vil HC eren sene signal til forsyningsstyringen o at frakoble oplaningsforsyningen til konensatorerne. Dette gøres for at ungå, at selve acceleratorspolen trækker strø fra forsyningerne, hvilket vil kunne få sikringerne til at sprænge. Når forsyningerne er koblet u, inlæser HC eren en talværi fra en ipswitch for at afgøre, hvor lang ti MOSFET-switchen skal åbnes. Herefter åbnes MOSFETswitchen, og HC eren venter i et valgte antal illisekuner, hvorefter MOSFET-switchen igen lukkes. Der ventes nu i s for at ungå, at ålespolerne registrerer noget af et resterene felt fra acceleratorspolens aflaningsforløb. Derefter startes en input capture, er reagerer på en opgåene flanke fra e to ålespoler. HC eren venter nu på, at er er registreret en væri for en siste ålespole, hvorefter hastigheen beregnes u fra passagetien. Dette uskrives på isplayet, intil brugeren igen giver signal til affyring. I figur 9..a ses et flowiagra over HC-koen. Opsætning af: CCR register Prescalefactor I/O-porte Vent på input o ent oplaning og affyringssignal Affyring: Hent ata fra fjernbetjening o pulsti Aktiver MOSFET s Kør elay i XX s Deaktiver MOSFET s Kør elay3 (Vent i s) Aktiver input capture: (Reagere på stigene flanke) Vent på at agneten har passeret ålespolerne Beregn hastigheen ufra tierne fra input capture systeet Uskriv hastigheen til isplayet Bliv ve intil er skyes igen Figur 9..a: Flowiagra over HC-koen.

Prograering af HC er IOT 3E Gruppe 6 sie 40/54 9. Såan beregnes projektilets hastighe For at gøre et let at beregne hastigheen, sættes HC erens prescale faktor, so besteer clockfrekvensen af en fritløbene tæller, til 8. Dette bevirker, at tælleren kører e en frekvens på 53600Hz. En clock-cycle for tælleren vil erfor vare 6.50466666667µs. Afstanen elle ålespolerne er.33c, hvorfor en aksiale ålbare hastighe bliver: 0.033 = 3578.88 3578.9 6.50466666667µ s s s Denne hastighe er tyeligvis langt over, hva er er praktisk opnåeligt. I koen tages er høje for aksialt ét overflow, og a en fritløbene tæller er på 6 bit vil en inste ålbare hastighe så være: 3578.9 s = 0.0546 65535 s Da er ønskes at kunne åle hastigheer ne til /s, er ette også tilstrækkeligt. Projektilets hastighe kan nu fines ve at iviere e en aksiale hastighe, er svarer til én clock-cycle, e et totale antal ålte clock-cycles. Da hastigheen ønskes uskrevet e én ecial, bruges og i steet en aksiale hastighe ganget e 0, altså 35789/s. Dette giver en hastighe, er er ti gange for stor, en a isplayet konstant har en otpoint tænt før et siste ciffer, er et en korrekte hastighe, er kan aflæses.

Enelig iensionering IOT 3E Gruppe 6 sie 4/54 0 Enelig iensionering Da e forskellige ele af systeet nu alle er esignee, er et uligt at iensionere e resterene ele. Det rejer sig o spolen, aflaningskresløbet hertil sat MOSFET-switchen. Til iensioneringen er blant anet anvent PSpice-siuleringer. Det anvente kresløb kan ses i bilag 8. Da systeet først kan testes efter konstruktion af acceleratorspolen, har et været nøvenigt at iensionere enne kun på grunlag af e teoretiske beregninger og PSpice-siuleringer. Det har herefter uner tests vist sig nøvenigt at ænre på systeet, en på grun af begrænset ti og a et er besværligt at ænre på en alleree viklet spole, er er ikke konstrueret en ny. De est arkante ænringer er en ænring i antallet af konensatorer (se kapitel 3), sat at er er foretaget et skift fra IRF530 til IRF630 (se kapitel 5). Den enelige iensionering af spolen er altså foretaget ufra, at er bruges 0 konensatorer og IRF530 ere (er kan ses et urag af atablaet for IRF530 i bilag 5.6). 0. Enelig iensionering af acceleratorspole Nu kenes alle variable i utrykket for acceleratorspolens agnetfelt bortset fra R Switch, rør, r lag og tien, t. Der optieres e hensyn til rør, r lag og t, og et er erfor kun ostanen i switchkresløbet, R Switch, er angler. Denne afhænger af antallet af MOSFET er, og a et nøvenige antal MOSFET er afhænger af en aksiale strø i spolen og ere spolens elektriske ostan, har et været nøvenigt at estiere et antal. Det antages, at er skal bruges 0 MOSFET er. Mostanen i 0 IRF530 ere er: RIRF 530 R = (f.0..a) Switch N 5Ω RSwitch = 5.75Ω 0 Ve hjælp af forel f.3.3.3.a og f.3.3.3.b, kan R Konensator og C Konensator, for 0 konensatorer fines til: C C 0.000µ F Csalet = N parallelforbinelser = 5 = 5F C + C 0.000µ F Req 00 Hz, total = = = 7Ω N parallelforbinelser 5 R N 0,80Ω eq 00Hz serieforbinelser Det i kapitel 4 ulete utryk, forel f.4.4.6.b insættes i Matheatica. Der kan nu optieres e hensyn til rør, r lag og tien, t, ve hjælp af funktionen Maxiize. Følgene værier er brugt, i parentes væriernes navne i Matheatica-okuentet: 7 µ = µ = 4π 0 β = R = 0.00575Ω V = V l = l 0 Konensator spole = 0.08 = 8V α = R c = C Konensator Konensator = 0.05F 8 ρ = ρtrå =.7 0 Ω P = rør = 0.006 Dette insættes i Matheatica og optieres ve hjælp af følgene koano: Maxiize@B, k>0 && >0 && <0.005&&t>0, 8k,,t<D Hvor = trå, k = r lag og t er tien. Resultatet bliver så: 8.40773, 8 0.0074485,k 0.00063,t 0.00383<< Det aksialt opnåelige agnetfelt kan altså fines ve at bruge isse ata. Da trå e en effektiv iaeter på.74485 ikke er tilgængelig, bruges i steet.7, so er en af e tilgængelige iaetre, er koer nærest. Me.7 fås ifølge forel f.4.4..b en reel iaeter på: = 0.9 =.7 / 0.9. Switch trå, reel trå, effektiv / trå, reel = 889 = 0.07Ω

Enelig iensionering IOT 3E Gruppe 6 sie 4/54 Dette giver et viningsantal på: N N N langs lag total = 80 /.889 4.3594 4 = 0.063 /.889 5.37576 5 = N langs N lag = 4 5 = 0 Spolens inuktans og inre ostan fines nu ve hjælp af forel f.4.4.4.a og f.4.4.5.c: D = N + = 5.889 + 6 = 5.444 N F = F N = K 0. L = N lag lag langs total D trå, reel D nh trå, reel trå, reel K D rør 5.889 = 0.6 5.444 4.889 = 5.37 5.444 = 0 0. nh 5.444 83086nH 8 Rspole =.7 0 Ω 0.0793 (0.049 0.006 ) 0.077Ω 4 (0.007 / 0.8) Insættes ette i PSpice-oellen fås en aksiu strø på 47 apere, hvilket, e en tilnæree forel f.4.4..a, giver et agnetfelt på: 7 B n I H 4 0 647.059 47A. 40 ax = µ 0 ax = π T Maksiu strøen på 47 apere er og så stor, at et nøvenige antal transistorer bliver eget højt, IRF530 eller okring 30 IRF630. I steet forsøges e 6 lag, hvilket skulle give en lavere strø, a tråen bliver længere, en so satiig har flere vininger. De ekstra vininger bør kopensere for en el af falet i agnetfeltet so følge af en lavere strø. Der fås: N = 80 /.889 4.3594 4 N N langs lag total = 6 = N langs N lag = 4 6 = 5 Spolens inuktans og inre ostan fines nu ve hjælp af forel f.4.4.4.a og f.4.4.5.c: D = N + = 6.889 + 6 = 7.333 F F = = N K 0.3 L = N N lag lag langs total D trå, reel D nh trå, reel trå, reel K D rør 6.889 = 0.654 7.333 4.889 = 4.577 7.333 = 5 0.3 nh 7.333 44nH 8 Rspole =.7 0 Ω 0.0793 (0.087 0.006 ) 0.04Ω 4 (0.007 / 0.8) Disse værier er eksperientelt verificeret e go nøjagtighe, en journal over enne verificering kan ses i bilag 0. Forsøget resulteree i en inuktans på cirka 09µH og en inre ostan på okring 00?, hvilket å anses so acceptabelt. Ifølge PSpice-oellen fås nu aksiu-strø på kun 353A, hvilket, e en tilnæree forel f.4.4..a, giver et agnetfelt på: 7 B n I H 4 0 376.47 353A. 409 ax = µ 0 ax = π T Forskellen i et aksiale agnetfelt er inial, en er er nu kun brug for 8 IRF530 eller 5 IRF630.

Enelig iensionering IOT 3E Gruppe 6 sie 43/54 0. Enelig iensionering af switch-kresløb Nu a spolens elektriske ata kenes, kan en aksiale strø fines ve hjælp af PSpice siuleringen. Her er benyttet e seneste værier for kresløbet, altså 6 konensatorer, sat IRF630 MOSFET er. Den aksiale strø kan nu fines til 70A. So beskrevet i afsnit 5.3. kan hver enkelt MOSFET klare elle 3.5A og A. For at være på en sikre sie regnes e laveste væri altså 3.5A, so er skulle kunne klares i 0s. Så fås: I ax N = (f.0..a) I Der skal altså bruges 0 IRF630 ere. IRF 630 _ ax 70A N = = 0 3.5A 0.3 Enelig iensionering af aflaningskresløb Da båe en aksiale strø i spolen og en aksialt tillaelige spæning over switchkresløbet nu kenes, er et uligt at iensionere aflaningskresløbet. Der skal iensioneres efter, at aflaningsforløbet bliver så kort so uligt, og efter at spæningen over MOSFETswitchen ikke overstiger e 00V, so er en aksialt tillaelige spæning for IRF630. Der vil og blive regnet e en aksial tillaelig spæning på 00V for en sikkerhes skyl. Worst-case tilfælet å forekoe, når spolen lukkes i et øjeblik, hvor strøen er højest, hvorfor er vil blive siuleret efter ette. Aflaningskresløbet er opbygget, so beskrevet i afsnit 4.5, e seriekobling af en ioe og en ostan. Et iagra kan ses i bilag 3.5. Ve hjælp af PSpice fines en største tillaelige væri for ostanen, hvis spæningen over MOSFET-switchen ikke skal overstige 00V, til okring 0.4Ω. Denne væri er ikke tilgængelig, og en realiseres erfor ve hjælp af en parallelkobling af to ostane på henholsvis 0.7Ω og 0.33Ω. Så fås: R R 0.7Ω 0.33Ω R EQ = = = 0. 48Ω R + R 0.7Ω + 0.33Ω Me enne ostan fås en aksial spæning på okring 07V, hvilket got kan accepteres. Da er i et kort øjeblik vil blive afsat en eget stor effekt i ostanen, vælges en effektostan af typen Ceente Wirewoun AC05 fra BC Coponents. Det unersøges nu o isse kan klare enne effekt ve hjælp af en etoe beskrevet i atablaet for effektostanene (se bilag 5.8 for urag). Først fines energiinholet i spolen til: w S = L I = 44.µ H 70A = 5. 565J (f.0.3.a) ax Ve hjælp af grafen i bilaget kan et aflæses, at 0.33Ω ostanen kan klare cirka 6.5J, og 0.7Ω ostanen kan klare cirka 7.54J. Grafen aflæses ve at fine en givne væri for ostanen i oh u a x-aksen og gå loret op til grafen. Fra grafen bevæger an sig så u til y-aksen, og her aflæses antal joule pr. oh. Denne væri ultipliceres e ostanen, og here fines et antal joule, ostanene kan klare. Begge ostane vil altså sagtens kunne klare ette hver for sig og vil erfor heller ikke have nogen probleer e at klare et saen. Da strøen i en spole ikke kan ænres oentant, vil en aksiale strø i aflaningskresløbet være en sae so en aksiale strø i spolen, altså 70A. Dioerne skal altså kunne klare enne strø i et tisru, aflaningen varer. Da aflaningskresløbet blev esignet på et tispunkt i forløbet, hvor en aksiale strø var 353A, er aflaningskresløbet iensioneret ufra enne strø. Der er anvent BYW9-00 ioer, er kan klare 80A i op til 0s.

Enelig iensionering IOT 3E Gruppe 6 sie 44/54 Da aflaningsforløbet ifølge siulationen varer en el kortere ti en ette, bliver et nøvenige antal ioer: I ax N = (f.0.3.b) I BYW 9 00 _ ax 353A N = 4.4 5 80A Me en lavere strø i et enelige syste vil er kunne spares én enkelt ioe, en a systeet ikke bliver årligere af en ekstra ioe, ænres aflaningskresløbet ikke. 0.4 Konklusion på enelig iensionering Acceleratorspolen, MOSFET-switchen og aflaningskresløbet er nu iensioneret. Den enelige spole vil blive viklet e.7 trå, 4 vininger på langs, og e 6 lag. Der vil blive anvent 0 IRF630 ere i MOSFET-switchen, og aflaningskresløbet vil bestå af fe BYW9-00 ioer koblet i serie e to parallelkoblee effektostane e en salet ostan på 0.48Ω. Me ette opnås en aksiustrø i spolen på 70 apere, ens spæningen over MOSFETswitchen i spolens aflaningsforløb ikke overstiger 0V.

Eneligt blokiagra IOT 3E Gruppe 6 sie 45/54 Eneligt blokiagra Efter at have behanlet e forskellige ele af systeet, kan er nu opstilles et eneligt blokiagra, se figur.a. Aflaningskresløb S6 S5 Acceleratorspole Målespoler S7 MOSFET-switch S3 MOSFET-river Forstærker S4 S8 Acceleratorforsyning S S9 Schitt-trigger S3 S4 S5 HC Forsyningstyring S0 Display-river S Brokobling S 7-segent isplay S AC-forsyning Figur.a: Eneligt blokiagra

Design af prouktet IOT 3E Gruppe 6 sie 46/54 Design af prouktet I ette kapitel beskrives hvoran e forskellige ekaniske ele af systeet er onteret, sat hvoran kabinet og spoleholer er konstrueret.. Konstruktion af spoleholer Figur..a: Konstruktionstegning af spoleholeren. Spolen er viklet okring et plastikrør, e en inre iaeter på 4, og en yre på 6. Røret er 33 langt, en kun 79 bruges til spolen. Resten bruges til ophæng og ålespoler. Ophængene er lavet af 0 aluiniusplaer e en uforning so vist på figur..a. På isse plaer og runt o spolen er fe 3 essingstænger onteret for at afskære spolen.. Konstruktion af kabinet og ontering af acceleratorsysteet 370 Kontakt Oplaningsforsyning til konensatorerne Oplaningsforsyning til konensatorerne Netstik 30V~ Luftintag for blæser PC-forsyning (AT) til forsyning af elektronikken Brokobling 6 spånplae, hvi laineret 30 6 spånplae, hvi laineret Ugang Figur..a: Oversigtstegning over placering af forsyningerne i kabinettet.

Design af prouktet IOT 3E Gruppe 6 sie 47/54 So tiligere beskrevet skal er bruges tre forsyninger, en til elektronikken og to koblet i serie, so bruges til at oplae konensatorerne. Disse forsyninger er bygget in i en trækasse, for hole e salet, se figur..a. Trækassen har e yre ål 30x370x66, og er lavet af 6 hvilaineret spånplae, Låget på enne kasse er lavet af at plexiglas, hvorpå elektronikken er placeret. I kassen er er esuen onteret otte røe lysioer, for at peppe prouktets useene op. Forsyningerne er onteret i kassen so vist ovenfor og er esuen koblet saen, så er kun skal sættes ét strøstik i kassen. Der er skåret hul u til PC-forsyningens blæser og til e kontakter, er kan bruges til at slukke oplaningsforsyningerne. I kassen sier esuen et print ineholene brokoblingen, sat et print er fører e nøvenige spæninger u til elektronikken. 4 Figur..b: Oversigtstegning over placering af print og acceleratorspole. Ovenpå plexiglasplaen, er print, accelerator, og konensatorer onteret, so på figur..b. Konensatorerne holes på plas af en holer, konstrueret i 4 plexiglas, og oplyst af blå ioer. Da enne holer blev konstrueret tiligt i forløbet, er er lavet plas til ti konensatorer, i steet for e enelige seks. Til opbevaring af agnetprojektilerne er er frestillet en aluiniusklos, e plas til fe projektiler. Desuen er er konstrueret en fjernbetjening, hvorfra acceleratoren kan sikres/areres, affyres og so gør et uligt at instille længen af strøpulse til acceleratoren. Diagraet for enne kan ses i bilag 3.0. Desuen fines en brugeranual i bilag, ens en stykliste over alle anvente koponenter, kan ses i bilag 4.

Test af et salee syste IOT 3E Gruppe 6 sie 48/54 3 Test af et salee syste For at vie o systeet fungerer og steer overens e beregninger/pspiceoeller, vil er blive uført en test af et salee syste. I et følgene vil signaler fra ålespolerne og e tilhørene forstærkere og schittriggere blive ålt og iskuteret. Derefter vil er foreligge en unersøgelse af en pulslænge og af en placering af projektilet, so resulterer i en højeste ugangshastighe. Da ette kræver at hastigheen skal kunne åles, vil alle tests blive uført e e peranente agneter so projektiler. Der vil og blive uført en subjektiv test af jernprojektilernes effektivitet. Til slut kontrolleres saenhængen elle PSpiceoellen og virkeligheen. 3. Besteelse af optial pulslænge For at bestee en pulslænge, er giver en højeste hastighe, uføres er testsku e forskellige pulslænger, hvorefter hastigheerne saenlignes. Ifølge kravspecifikationen ønskes en accelerationsti for projektilet på 5s. Da spolen skal have lit ti til at lae af, vælges er so ugangspunkt pulstier okring 3s. Målingerne kan ses i figur 3..a. Pulslænge.5s.5s.9s 3.s 3.3s 3.5s 3.7s Hastighe 6.8/s./s.4/s 3.3/s 3./s.9/s 3./s Hastighe 6.8/s.6/s.9/s.9/s.8/s 3./s.8/s Hastighe 3 6.9/s./s./s.8/s 3./s.7/s.6/s Hastighe 4 6.5/s.8/s.3/s 3.0/s.8/s.8/s.7/s Hastighe 5 7.3/s.8/s.4/s.8/s.7/s 3.0/s 3./s Gennesnit 6.86/s.7/s.4/s.96/s.9/s.90/s.88/s Figur 3..a: Målinger af hastighe ve varierene pulstier. Da ipswitchen til instilling af pulstien er efekt, er et kun uligt at opnå en præcision i instillingen af pulstien på 0.s. Da ette er en så kort ti, antages et og, at ette ikke har en større betyning for hastigheen. U fra skeaet ses et at 3.s er en optiale pulsti. 3. Kontrol af saenhæng elle PSpice oel og et enelige syste Ve at åle start- og slutspæningen over konensatorerne ve en bestet pulsti og uføre siuleringer i PSpice e en ålte startspæning og fastsatte pulsti, kan et unersøges, o en salee oel passer e et enelige syste. Siuleringen i PSpice, er uført ufra iagraet i bilag 8. Pulsti = 3.s: De ålte spæninger ve en pulsti på 3.s kan ses i figur 3..a. Startspæning ålt 80.3V 80.V 80.V 80.V 80.V Slutspæning ålt 36.V 35.3V 34.8V 35.V 35.V Figur 3..a: De ålte spæninger ve en pulsti på 3.s. De siuleree spæninger ve en pulsti på 3.s kan ses i figur 3..b. Startspæning siuleret 80.V Slutspæning siuleret 35.8V Figur 3..c: De siuleree spæninger ve en pulsti på 3.s.

Test af et salee syste IOT 3E Gruppe 6 sie 49/54 Pulsti = 3.7s: De ålte spæninger ve en pulsti på 3.7s kan ses i figur 3..c. Startspæning ålt 80.V 80.3V 80.V 80.0V 80.3V Slutspæning ålt 30.4V 3.0V 30.3V 9.3V 3.5V Figur 3..c: De ålte spæninger ve en pulsti på 3.7s. De siuleree spæninger ve en pulsti på 3.7s kan ses i figur 3... Startspæning siuleret 80.V Slutspæning siuleret 9.03V Figur 3..: De siuleree spæninger ve en pulsti på 3.7s. So et ses, er er en fin overenssteelse elle ålinger og siuleringer. Heraf kan et altså konklueres, at PSpice-oellen af systeet og et enelige syste passer saen. Den anvente væri for en aksiale strø i spolen, å erfor også passe. 3.3 Test af signaler fra ålespoler For at unersøge hvorvit hastighesålesysteet virker korrekt, foretages er først en unersøgelse af pulserne fra ålespolerne. I figur 3.3.a og 3.3.b ses signalerne fra e to ålespoler. V a V 00 0 80 6 60 40 8 0 4 0 0-0 -4-40 -8-60 - -80-6 -00-0 - 0 4 6 8 0 4 6 8 s 8Nov003 5:03 V b V 00 0 80 6 60 40 8 0 4 0 0-0 -4-40 -8-60 - -80-6 -00-0 - 0 4 6 8 0 4 6 8 s 8Nov003 5:0 Figur 3.3.a/b: a: Signaler fra ålespole, b: Signaler fra ålespole I begge figurer er en røe kurve signalet fra MOSFET-riveren, ens en blå kurve er signalerne fra e to ålespoler. I figur 3.3.a ses, at MOSFET erne åbner ve tien 0s, hvorve acceleratorspolens oplaningsforløb startes. Dennes agnetfelt påvirker ålespolen, so erfor forsøger at ovirke ette. Dette resulterer i en spæningsænring over ålespolen uner acceleratorens oplaningsforløb og en ennu større ænring, når MOSFET erne lukker efter e forventee 3,s so HC eren var sat op til uner forsøget. Uslaget på en blå kurve efter cirka 9s, frekoer, når projektilet passerer ålespole. Efter at MOSFET erne har været lukket i s, altså efter got 5s, begyner HC eren at kigge efter stigene flanker fra schittriggeren. HC eren vil altså være klar til at registrere signalerne, når e koer. På figur 3.3.b ses igen signalet fra MOSFET-riverne so en røe kurve. Den blå kurve viser e registreree signaler fra ålespole. Her ses er en eget lavere reaktion på acceleratorspolens agnetfelt, sansynligvis fori ålespole sier længere fra acceleratorspolen en ålespole. Efter okring s ses signalet fra projektilet. Her skal er specielt lægges ærke til, at signalet vener ovent, altså at spæningen først faler og erefter stiger, osat i spole. Det skyles en konstruktionsfejl, a ålespole er vent forkert. Da er trigges på en positive el af signalet, efører ette en fejlåling af projektilets hastighe, efterso HC eren først cirka s senere en forventet får signalet fra schittriggeren. Det bevirker, at en ulæste hastighe er lavere en en reelle.

Test af et salee syste IOT 3E Gruppe 6 sie 50/54 3.4 Test af signaler fra schittriggerne Signalerne fra e ålespoler senes genne hver sin forstærker, for at schittriggerne kan registrere signalerne. På figur 3.4.a og 3.4.b, ses signalerne fra e schitt-triggere. V 5 4 3 0 - - -3-4 V 0-5 -0-0 4 6 8 0 4 6 8 s 8Nov003 4:5 6 8 4 0-4 -8 - -6-5 -0-0 4 6 8 0 4 6 8 s 8Nov003 5:00 Figur 3.4.a/b: a: Signal fra schitt-trigger, b: Signal fra schitt-trigger I begge figurer er en røe kurve signalet fra MOSFET-riveren, ens en blå kurve er signalerne fra e to schitt-triggere. På figur 3.4.a ses igen signalet fra MOSFET-riveren so en røe kurve. Den blå kurve viser ugangssignalet fra schitt-triggeren. Når MOSFET erne åbner, bliver ålespole påvirket af agnetfeltet fra acceleratoren, so erfor trigger schitt-triggeren fra tien cirka s til got s. Schitt-triggeren bliver igen påvirket, når MOSFET erne lukker, på grun af ænringen i agnetfeltet i acceleratoren. Efter cirka 9s passerer projektilet ålespole, hvilket uslaget på en blå kurve tyeligt viser. Da HC eren er prograeret til ikke at reagere på signaler før efter 5s, ignoreres, so forventet, alle signaler bortset fra et ønskee fra projektilets passage. Det ses på figur 3.4.b, at et sae sker, når projektilet passerer ålespole. Her reageres og ikke på acceleratorspolens oplaningsforløb, a ålespole er placeret så langt væk fra acceleratoren, at spæningen i ålespolen uner ette forløb ikke når e ca. 4.7V, so trigger schitttriggerne. 3.5 Test af MOSFET-river På figur 3.5.a ses en PSpice-siulation af ugangsspæningen fra river-kresløbet, tilkoblet 0 IRF630 MOSFET transistorer. PSpice iagraet anvent hertil ses i bilag 8. På figur 3.5.b ses en åling af sae ugangsspæning. 5V a V 5 4 3 0 - - -3-4 b V 0 6 8 4 0-4 -8 - -6 0V 5V 0V 4.0s 5.0s 6.0s 7.0s 8.0s 9.0s 0.0s V(IN) V(OUT) Tie Figur 3.5.a: PSpice siulation af MOSFET-riveren. Den røe kurve viser ugangsspæningen fra riveren, ens en grønne viser ingangsspæningen.

Test af et salee syste IOT 3E Gruppe 6 sie 5/54 V 0 6 8 4 0-4 -8 - -6 s -0-0, 0,0 0, 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 8Nov003 :3 Figur 3.5.b: Måling af ugangsspæningen fra MOSFET-riveren. Der ses en tyelig overenssteelse elle e to grafer. På grun MOSFET ernes ingangskapacitans, ses at ugangsspæningen afviger en sule fra et ønskee firkantsignal. Skulle én af MOSFET erne åbne før e anre, for eksepel på grun af eventuelle variationer i tærskelspæningen, vil ette og ikke have en større betyning. Da strøen igenne MOSFET erne koer fra konensatorerne, vil er gå lit ti før enne strø når sit aksiu, og inen a bør alle MOSFET erne være åbne. Uielbart kunne er opstå probleer, når MOSFET erne skal lukkes, a strøen her vil være ange gange større en ve åbningen. Hvis én af MOSFET erne erfor lukker lit senere en e anre, kan er altså opstå probleer. Men et ses og, at en falene flanke på grafen er noget stejlere en en stigene, og er bør erfor heller ikke være probleer her. Driveren er esuen testet ve at åle spæninger og strøe i kresløbet. De siuleree værier staer fra sae PSpice-iagra, so er anvent til siulering og optegning af grafen i figur 3.5.a. Ugangsspæningerne er funet i afsnit 5.4., og e e enelige ostansværier kan kollektorstrøen igenne T og basisstrøen igenne T fines til: VCC VCE V 0.V I C T ON = = = 79. 46A RC 48.5Ω og: VIN VBE 5V 0.7V I B T ON = = = 33.08µ A R 30KΩ Deruover er e fire værier ålt. Resultaterne kan ses i figur 3.5.c. B V out-høj V out-lav I C-T-on I B-T-on Beregnet V 0,V 79.46A 33.08µA Siuleret V 0,86V 79.55A 33.46µA Målt,V 0,34V 79.43A 33µA Figur 3.5.c: Resultater fra test af MOSFET-riveren 3.6 Placering af projektil Projektilets sluthastighe afhænger også af projektilets startposition i spolen, og et er erfor interessant at fine en startposition, so resulterer i en højeste ugangshastighe. Denne afhængighe opstår fori strøen i spolen varierer e tien, og fori agnetfeltet i spolen ikke er konstant. Af enne grun blev er lavet flere QuickFiel-siuleringer, en tros gentagne forsøg lykkees et esværre ikke at få siuleringerne til at stee overens e virkeligheen. Der blev i steet foretaget en praktisk test af projektilets optiale placering, journalen for ette forsøg kan ses i bilag 9. Forsøget viste, at en est optiale placering af projektilet, opnås når projektilets forreste ene befiner sig ine i selve spolen, og ere ine i acceleratoren. Uner forsøget viste et sig esuen, at er kan opnås større hastighe ve at fasthole projektilet ve affyring, og først

Test af et salee syste IOT 3E Gruppe 6 sie 5/54 at slippe et, når agnetfeltet i spolen har nået en vis størrelse. Dette kan for eksepel klares e en fastsiene svag peranent agnet, er ve hjælp af tiltrækning fastholer projektilets bagerste ene, intil spolens agnetfelt er stort nok til rive projektilet løs fra agneten. På enne åe er et uligt at unytte strøen i acceleratorspolen bere. 3.7 Subjektiv vurering af jernprojektilernes effektivitet Der blev uført en kort test af jernprojektilernes effektivitet, og et viste sig, so antaget, at hastighesregistreringen ikke reageree stabilt på isse. Dette kunne åske uberes ve at iensionere hastighesregistreringen efter jernprojektilerne, i steet for e peranente agneter. Til gengæl var er tyeligvis langt ere kraft på jernprojektilerne, en på e peranente agneter. Dette kan skyles jernprojektilernes større længe, og lit større iaeter, sat eres bere aeroynaik. O et skyles aterialet, vil kun kunne afgøres e to ens uforee projektiler af hver eres ateriale. 3.8 Konklusion på test af salet syste Efter at have testet systeet kan et konklueres, at PSpice oellen for selve acceleratorkresløbet i bilag 8 steer fint overens e virkeligheen. De forskellige elsysteer virker efter hensigten, og åles er, på grun af en konstruktionsfejl, lit lavere hastigheer en e reelle. Den optiale pulsti blev funet til 3.s, hvilket, saen e spolens aflaningsti, giver en accelerationsti for projektilet på cirka 5s, so ønsket i kravsspecifikationen. Ve enne pulslænge blev en optiale placering af projektilet i acceleratorspolen funet til ine i selve spolen.

Konklusion IOT 3E Gruppe 6 sie 53/54 4 Konklusion Efter ent projektperioe kan er konklueres følgene okring projektet: I ette projekt skulle er frestilles en accelerator, er skulle kunne accelerere et projektil op til 5/s på 5s. Acceleratoren skal kunne affyre et projektil én gang hvert halve inut. Desuen skulle er laves et syste, er kunne åle hastigheen på projektilet og uskrive ette på et isplay. Det færige syste, er skulle kunne opfyle isse krav, blev navngivet MagnetoBlaster 7000. Acceleratorsysteet blev opbygget af en spole, hvis agnetfelt til acceleration af projektilet bliver skabt af energien fra 6 store konensatorer (salet 5F). Systeet, er åbner og senere lukker for energien, er lavet e 0 IRF630 MOSFET s. Når MOSFET erne åbner, sener konensatorerne en puls e en peakstrø på cirka 70A igenne spolen, hvilket skaber agnetfeltet. For at sikre at aflaningen af spolen ikke bræner MOSFET erne af, er er lavet er aflaningskresløb e 5 BYW9-00 ioer og 5W effektostane, so spolen kan aflae igenne. Der er også blevet lavet et syste, er viser status for oplaning af konensatorerne, og so kan koble forsyningen til konensatorerne fra. Statusioerne bliver styret af en stor spæningseling og LM34 koperatorer, og til- og frakoblingen bliver gjort e et relæ. Måling af hastigheen gøres e to så ålespoler. Når et agnetiske projektil passerer isse, vil er inuceres en spæning, en såkalte ef, so så forstærkes op ve hjælp af en µa74 operationsforstærker, og konverteres til et firkantsignal e en schitt-trigger. Ielle isse to koponenter er er og et ioeclapingkresløb, iet forstærkeren sener V u, og schitttriggeren skal have 5V. Passagetien regnes u fra e to signaler. På grun af en konstruktionsfejl i ålespolerne åler hastighessysteet og en sule forkert. Uskrivningen af hastigheen sker på et isplay lavet af 4 7-segent isplays. Yerere blev er lavet en fjernbetjening, hvorfra acceleratoren kan sikres/areres, affyres og so gør et uligt at instille længen af strøpulse til acceleratoren. Hele systeet er styret af en MC68HC8E ikro-controller. Denne ineholer en eget præcis tæller, og har esuen ange uligheer for inputs og outputs, er forenkler styringen af systeet. Den højeste opnåee hastighe er, ifølge en inbyggee hastighesåler, cirka 3/s. Da en reelle hastighe, på grun af konstruktionsfejlen, er en sule større en ette, vil hastigheen ligge ganske tæt på 5/s, hvilket betyer, at en i kravspecifikationen, ønskee hastighe er opnået. Da ette er ålt e en pulslænge på 3.s, og a spolen aflaer på cirka s, er kravet o en accelerationsti på 5s også opfylt. Deceleratoren forblev, på grun af tisangel, på iéstaiet. Alt i alt kan et konklueres, at systeet virker, og satiig lever op til e krav, er er sat i kravspecifikationen.

Perspektivering IOT 3E Gruppe 6 sie 54/54 5 Perspektivering Der er ange uligheer i et projekt so ette, båe for forberinger, en også for anvenelse af princippet bag acceleratoren. Af åbenlyse forberinger er er blant anet probleet e ålespolerne. Disse bør venes korrekt og vikles ens, så signalerne vil ligne hinanen est uligt. Hvis er have været ere ti, kunne spolen satiig være blevet iensioneret u fra 6 konensatorer i steet for 0. Dette kunne have effektiviseret spolen og erve sansynligvis have resulteret i en højere hastighe. Desuen kunne MOSFET-switch systeet uskiftes e et syste, er kan klare større strøe, eksepelvis et thyristorkresløb. Det her frestillee proukt, vil for eksepel kunne anvenes so blikfang for elektrofysikken, ve esser og lignene. En ecelerator til at kunne otage projektilet og stoppe et igen kunne have uviet uligheerne for systeet eget. En ie, er kunne nævnes, er, at bruge accelerator/ecelerator so et transportsyste. Det er skal senes, kapsles in i en jernkerne og senes af ste e et syste lignene acceleratoren og otages af eceleratoren på estinationen. Probleet er, at et vil kræve eget store nøjagtigheer for at kunne sene noget over større afstane. Der vil blant anet skulle tages hensyn til jorens kruning og tyngekraft, og esuen skal er være fri bane hele vejen. Muligheen for brug af princippet til våbeninustrien er også nærliggene, en på grun af e oralske aspekter i ette, kan et ikke anbefales.