Mechanický modelový systém dvojrozmerného pohybu častíc


  Miestnosť:
     Laboratorium modernych metód riadenia fyzikálnych systémov (V142a)

  Správca modelu:
     Ing. Slávka Jadlovská, PhD.
     Ing. Lukáš Koska

  Výrobca:   Kybernetika s.r.o.

 

Stručná charakteristika modelu

  • výukový laboratórny model na simuláciu skupenských prechodov a difúzie látok na časticovej úrovni
  • vhodný pre štúdium a experimenty súvisiace s kinetickou teóriou stavby látok a s fyzikálnym princípom zmeny skupenstva
  • možnosť nastavenia intenzity prúdenia vzduchu na dúchadle
  • nasnímaný obraz je vyhodnocovaný v jazykovom prostredí Matlab
  • využíva model kamerového systému s čiernobielou kamerou Guppy F-503 alebo farebnou kamerou AVT Marlin F-131c

    Obr.1 Experimentálne pracovisko


Galéria

144 144


Mechanické prevedenie

  • Model Je vyrobený z plexiskla tvaru kvádra s rozmermi 8x40x40cm. Je to uzavretá nádoba, kde vrchná platňa obsahuje malé otvory s priemerom 1mm a vzdialenosti od seba 6mm. Na platňu sa ukladajú neodymové magnety kruhového tvaru s priemerom 6mm, ktoré sú podlepené kruhovou podložkou. Zmenou počtu magnetov a ich tvarom možno simulovať rôzne látky. Vďaka fúkanému vzduchu sa magnetky mierne nadvihnú a začnú na seba navzájom pôsobiť odpudivými magnetickými silami, čo vytvára ich pohyb.
  • Pohyb magnetov umožňuje dúchadlo Stihl BGE 81 s objemovým prietokom vzduchu 570b m3/h o príkone 1400 kW, ktorého intenzita fúkania je ovládaná pomocou 6 polohového triakového regulátora.
  • Kvôli dobrým svetelným podmienkam na spracovanie obrazu v Matlabe je model podsvietený 4 neónovými trubice s výkonom 12W.
  • Celý model je umiestený v rámci modelu kamerového systému, na ktorom je umiestnená čiernobiela kamery Guppy F-503 alebo farebná AVT Marlin F-131c s rýchlosťou 25 obrázkov za sekundu určená na snímanie pohybu častíc. Držiak kamery umožňuje nastaviť snímanú výšku a uhol. K PC je kamerový systém pripojený cez vysoko rýchlostné rozhranie Firewire .
  • Nasnímaný obraz je vyhodnocovaný v programovom prostredí Matlab s využitím Image Acquisition Toolboxu. Z vopred nasnímaných videí (offline analýza) sa získavajú trajektórie častíc a z nich následne sa vyhodnocujú poruchy kryštalického usporiadania mriežky, ktoré sú simulované modelom.

    Obr.2 Mechanické prevedenie modelu


Systémový opis modelu

  • riadiace vstupy

    • napätie motora privádzané na vzduchové dúchadlo - U
    • objemový prietok vzduchu prúdiaci do modelu - Q
  • poruchové vstupy

    • nevyváženie modelu – Z
    • zmena tlaku v nádobe otvorením na to určených otvorov – Q*
  • merané výstupy

    • poloha každej pohybujúcej sa častice v oxi x
    • poloha každej pohybujúcej sa častice v oxi y

      Obr.3 Systémový opis modelu




    Využitie modelu v pedagogickom procese

    • predmety

    • Simulačné systémy
    • Prvky riadiacich systémov
    • Distribuované systémy riadenia
    • Počítačové videnie
    • bakalárske práce

    • Géci, M.: Simulácia pohybu častíc v dvojrozmernom modelovom systéme v prostredí Matlab
        (vyedúci BP: Ing. Jadlovská, S., PhD.), - 2017
    • RABATIN, Peter: Simulácia pohybu častíc v dvojrozmernom modelovom systéme v prostredí Matlab
        (vedúci BP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD, konzultant: Ing.Slávka Jadlovská.) - 2013
    • diplomové práce

    • Rabatin, P.: Analýza trajektórií reálnych častíc vo videosekvenciách mnohočasticového systému magnetických dipólov
        (vedúci DP: doc.Ing. Jadlovská, A., konzultant DP: Ing. Jadlovská, S., PhD.) - 2015

    Využitie modelu v rámci výskumnej činnosti

    • Projekty

    • Na modeli sa simuluje základný fyzikálny proces fázových prechodov, ktorý v súčasnosti je otvorený problém. Výhodou tohto typu modelu je, že nám umožňuje štúdium a analýzu problematiky fázových prechodov látok v bežnom prostredí, nepotrebujeme žiadne špeciálne laboratórne podmienky ako sú napr. špeciálne komory, mikroskopické veľkosti a pod. Študovaná problematika súvisí s mnohými praktickými aplikáciami hlavne v oblasti výroby a miniaturizácie elektronických komponentov a polovodičových štruktúr (čipy, integrovane obvody a pod.), ďalej v oblasti litografie, magnetických pamäťových médií, biologických membrán a pod.
    • dizertačné práce

    • JADLOVSKÁ, Slávka: Modelovanie a optimálne riadenie nelineárnych podaktuovaných dynamických systémov
      (školiteľ: prof. Ing. Ján Sarnovský, CSc.) - 2015
    • Koska, Lukáš: Pokročilé IT prostriedky pre simuláciu modelov hybridných systémov v rámci Industry 4.0
      (školiteľ: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD.) - 2021
    • publikácie

    • 2016


    • JADLOVSKÝ, J. - JADLOVSKÁ, A. - JADLOVSKÁ, S. - ČERKALA, J. - KOPČÍK, M. - ČABALA, J. - ORAVEC, M. - VARGA, M. - VOŠČEK, D.: Research Activities of the Center of Modern Control Techniques and Industrial Informatics In: SAMI 2016. - Danvers : IEEE, 2016 S. 279-285. - ISBN 978-1-4673-8739-2, (AFD)
    • 2015


    • JADLOVSKÁ, A. - JADLOVSKÁ, S. - RABATIN, P.: Analysis of particle trajectories in video sequences of a multi-particle system of magnetic dipoles, In: Electrical Engineering and Informatics 6 : proceedings of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice. - Košice : FEI TU, 2015 S. 380-385. - ISBN 978-80-553-2178-3 (AED)

    • JADLOVSKÁ, A. - JADLOVSKÁ, S. - RABATIN, P. - ŠVIKOVÁ, M: Simulation of Particle Interaction in Two-Dimensional Model System Using MATLAB, In: Technical Computing Bratislava Proceedings. - Saarbrücken : Lab Lambert Academic Publishing, 2015 P. 141-156. - ISBN 978-3-659-40792-5 (AEC)
    • 2014


    • JADLOVSKÝ, J. - JADLOVSKÁ, A. - SARNOVSKÝ, J. - ZOLOTOVÁ, I. - JADLOVSKÁ, S. - PAPCUN, P. - ČERKALA, J. - KOPČÍK, M.- ČABALA, J. - ORAVEC, M. - ČOPÍK, M.: Center for Nondestructive Diagnostics of Technological Processes, In: University Science Park TECHNICOM. - Košice : TU, 2014 S. 1-1. - ISBN 979-80-8086-240-4 (AFL)

    • JADLOVSKÁ, A. - JADLOVSKÁ, S. - RABATIN, P. - ŠVIKOVÁ, M.: Simulation of Particle Movement in Two Dimensional Model System Using MATLAB, In: Technical Computing Bratislava 2014 : 22nd Annual Conference Proceedings : Bratislava, 4.11.2014. - Prague : Institute of Chemical Technololgy, 2014 P. 1-10. - ISBN 978-80-7080-898-6 Spôsob prístupu: http://www.humusoft.cz/akce/tcb2014/., (AFD)
    144 

Profil

Infraštruktúra

Laboratóriá

Členovia

Predmety

Modely



Výskum

CERN

Galéria

Partneri


144