Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Design of a dual-axis tilt sensor with a feature of manual calibration

Bogdan Krzysztof Dąbrowski

Abstract

The following work is focused on design of the accelerometric tilt sensor, that allows for pitch and roll measurements in solid angle of 4 π sr with 0,3⁰ measurement error. The distinctive feature of the designed sensor is capability of manual calibration by the end user. This work incorporates an overview of market available MEMS (micro electro mechanical systems) accelerometers in the context of tilt measurements. Main principles of designed tilt sensor are the adjustable internal alignment of MEMS accelerometer and manual calibration procedure that uses sensor readings in six calibration positions. Adjustment of accelerometer internal alignment is provided by the elastic suspension that can be bent in three orthogonal axes. The position of elastic suspension is set via three set screws. Manual calibration is provided by the cubic sensor housing and an additional bubble level. The prototype sensor was aligned and calibrated with use of the optical dividing head and the data acquisition system. The analysis of sensor metrological properties was performed and the misalignment compensation algorithms were introduced. Manual calibration effectiveness was positively verified. Metrological properties of constructed tilt sensor prototype confirm its precision of 0,3⁰ throughout the full measurement range. Based on the following work the patent application [1] Łuczak S., Dąbrowski B., Jankowski M.: "Tilt Sensor" was submitted.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Bogdan Krzysztof Dąbrowski (FM) Bogdan Krzysztof Dąbrowski,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Konstrukcja dwuosiowego czujnika odchylenia od pionu z możliwością ręcznej kalibracji
Supervisor
Sergiusz Łuczak (FM/IMPh) Sergiusz Łuczak,, The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)
Study subject / specialization
, Mechatronika
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
25-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Sergiusz Łuczak (FM/IMPh) Sergiusz Łuczak,, The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)Faculty of Mechatronics (FM) Wiesław Mościcki (FM/IMPh) Wiesław Mościcki,, The Institute of Micromechanics and Photonics (FM/IMPh)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
inklinometr, akcelerometr, mikrosystemy elektromechaniczne, MEMS, odchylenie od pionu
Keywords in English
tilt sensor, accelerometer, MEMS
Abstract in Polish
Przedstawiona praca obejmuje projekt i wykonanie prototypu czujnika odchylenia od pionu. Urządzenie umożliwiać ma pomiar pochylenia i przechylenia w zakresie pełnego kata bryłowego, z błędem nie przekraczającym 0,3⁰. Szczególną cechą projektowanego urządzenia jest możliwość ręcznej kalibracji przez użytkownika. W pracy przeanalizowane zostały cechy dostępnych na rynku akcelerometrów MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) pod kątem zastosowania w pomiarach odchylenia od pionu. Następnie opracowano konstrukcję czujnika wykorzystującą trójosiowy akcelerometr typu MEMS. Zaprojektowane urządzenie umożliwia justowanie akcelerometru oraz jego ręczną kalibrację poprzez analizę wskazań w sześciu pozycjach. Mechanizm justowania wykorzystuje sprężyste zawieszenie pozwalające na precyzyjną orientację akcelerometru względem obudowy urządzenia w trzech prostopadłych osiach. Orientacja akcelerometru ustalana jest przy pomocy trzech wkrętów dociskowych. Ręczna kalibracja możliwa jest dzięki referencyjnemu wskaźnikowi bąbelkowemu oraz prostopadłościennej obudowie urządzenia. W dalszej kolejności zbudowano prototyp urządzenia. Korzystając ze stanowiska wyposażonego w podzielnicę optyczną oraz system akwizycji sygnałów analogowych wykonano justowanie i wzorcowanie akcelerometru. Następnie dokonano analizy własności metrologicznych czujnika i zastosowano algorytmy kompensujące błędy systematyczne wynikające z powichrowania osi czułości akcelerometru. W ostatnim etapie zweryfikowano skuteczność ręcznej kalibracji. Wyniki badań prototypu potwierdzają jego zdolność do pomiaru kąta pochylenia i przechylenia z błędem mniejszym niż 0,3⁰ w zakresie pełnego kąta bryłowego. Przeprowadzone prace zostały wykorzystane w zgłoszeniu patentowym Łuczak S., Dąbrowski B., Jankowski M.: „Czujnik odchylenia od pionu”.
File
  • File: 1
    201004_inz.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 30374

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT796909e630cd4417bf2461ef99bdfb9a/
URN
urn:pw-repo:WUT796909e630cd4417bf2461ef99bdfb9a

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page