Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Magnetic field scanner

Bartosz Koprowski

Abstract

The objective of this thesis is to design and construct a device for magnetic field measurement and using it for magnetic fied homogeinity measurements in Helmholtz coils. Thesis contains descriptions of magnetic field measurement methods as well as details of construction of the device and selection of its elements. In the thesis, there is also code used on microcontroller used for device control and receiving data from sensors. There is also source code of two applications – one used for sending UART messages for controlling the device from PC and another one used for showing the sensor data on a plot. When it comes to the overview of information about researching the properties of magnetic fields, magnetic measurements and their applications have been described. There have also been described already existing systems for magnetic field measurement and its homogeinity, as well as systems for measurement of magnetic moment. In the chapter describing magnetic field induction and flux are outlined: coil induction sensors, coil induction sensors with ferromagnetic cores, gradiometers, fluxgate magnetometers, giant magnetoresistance sensors, Hall sensors, SQUID sensors and magnetometers using nuclear magnetic resonance. In chapter about linear actuators, there have been outlined: DC motors, BLDC motors and stepper motors. The types of analog-digital converters have also been characterized because of its use in signal processing of Hall sensor outputs. Concept of the device consists of a flow chart describing working of the device and a description of particular blocks. Description of choice of elements for device construction consists of choice of elements: slider construction (rail, method of carriage movement), direct current motor with encoder, microcontroller, buck converter, DC motor controller, Hall sensors (with the respect of sensivity and range of measurement) and serial communication converter used for receiving control messages and sending measurements from all Hall sensors. Next, making of the construction of the scanner is described – schematics of electronics (power module for Hall sensor, microcontroller module and module for powering entire device and controlling), models of elements of casing (slider dimensions, elements of Hall sensor ruler casing, elements of microcontroller casing, elements of casing of power and control module, elements of carriage stabilizer) and programming (microcontroller code, application for sending and receiving messages in serial transmission and application for measurements analysis and showing them on a plot). Following, there are presented usage properties of the built scanner (measuring magnetic field of a magnet, followed by a magnetic moment standard and Helmholtz coils field). At last, measurement results done by the device are presented, uncertainty of measurements is calculated, as well as summarization and conclusion.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Bartosz Koprowski (FM) Bartosz Koprowski,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Skaner natężenia pola magnetycznego
Supervisor
Paweł Tomasz Nowak (FM/IMBE) Paweł Tomasz Nowak,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)
Study subject / specialization
, Mechatronika
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
16-05-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Roman Szewczyk (FM/IMBE) - Industrial Research Institute for Automation and Measurements (PIAP) Roman Szewczyk,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)Author's external affiliation: Industrial Research Institute for Automation and Measurements Paweł Tomasz Nowak (FM/IMBE) Paweł Tomasz Nowak,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
czujniki Halla, skaner, pomiary magnetyczne, STM32, cewki Helmholtza
Keywords in English
Hall sensors, scanner, magnetic measurements, STM32, Helmholtz coils
Abstract in Polish
Celem powstania pracy jest stworzenie urządzenia do pomiaru natężenia pola magnetycznego oraz wykorzystanie go do pomiaru jednorodności pola w cewkach Helmholtza. Praca zawiera opis rodzajów pomiarów natężenia pola magnetycznego oraz konstrukcji skanera pola magnetycznego a także dobór jego elementów. W pracy zawarty jest również kod na mikrokontrolerze użytym do sterowania urządzeniem i odbierania pomiarów z czujników, a także kod aplikacji wysyłającej sygnały sterujące do urządzenia poprzez interfejs UART a także kod aplikacji przedstawiającej odebrane pomiary na wykresie. W przeglądzie informacji na temat badania właściwości pól magnetycznych zostały opisane pomiary magnetyczne oraz ich zastosowanie, obecne systemy do badania pola magnetycznego i jego jednorodności, obecne systemy do badania momentu magnetycznego oraz zagadnienie jednorodności pola magnetycznego. W rozdziale o czujnikach indukcji oraz strumienia pola magnetycznego są opisane: cewkowe czujniki indukcyjne, cewkowe czujniki indukcyjne z rdzeniem ferromagnetycznym, gradiometry, magnetometry transduktorowe, czujniki magnetorezystancyjne, czujniki Halla, czujniki typu SQUID oraz magnetometry wykorzystujące rezonans jądrowy. W podrozdziale o aktuatorach liniowych, zostały opisane: silniki DC, silniki BLDC oraz silniki krokowe. Zostały opisane również przetworniki ADC ze względu na jego wykorzystanie w przetwarzaniu sygnałów wyjściowych czujników Halla. Koncepcja urządzenia składa się ze schematu blokowego działania skanera oraz opis działania poszczególnych bloków. Opis doboru elementów do konstrukcji urządzenia składa się z doboru następujących elementów: konstrukcji slidera (szyny, sposobu poruszania się karetki), silnika z enkoderem, mikrokontrolera, przetwornicy, sterownika silnika DC, czujników Halla (ze względu na czułość oraz zakres pomiarowy) a także konwertera transmisji szeregowej użytej do odbierania sygnałów sterujących oraz wysyłania pomiarów z wszystkich czujników Halla. Następnie zostaje opisane wykonanie prototypu całego skanera – schematy elektroniki (moduł zasilania do czujnika Halla, moduł do mikrokontrolera oraz moduł zasilania całości urządzenia oraz sterowania), schematy elementów obudowy (wymiary konstrukcji slidera, elementów konstrukcji obudowy liniału z czujnikami Halla, elementów konstrukcji obudowy do mikrokontrolera, elementów konstrukcji obudowy do modułu zasilania i sterowania oraz elementów konstrukcji stabilizatora karetki) oraz oprogramowania (oprogramowanie mikrokontrolera, aplikacja do wysyłania i odbierania komunikatów w transmisji szeregowej oraz aplikacja do analizy pomiarów i przedstawiania ich na wykresie). Następnie przedstawione są właściwości użytkowe skonstruowanego skanera (zbadanie pola magnetycznego wytworzonego przez magnes, następnie poprzez wzorzec momentu magnetycznego a końcowo przez cewki Helmholtza). Ostatecznie zostają przedstawione wyniki pomiarów wykonanych przez urządzenie oraz obliczenie niepewności z tych pomiarów, oraz podsumowanie i wnioski z wykonanej pracy.
File
  • File: 1
    MT_1st_269890.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 34098

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT0098181a8e7b44afbd0db4578f2d2363/
URN
urn:pw-repo:WUT0098181a8e7b44afbd0db4578f2d2363

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page