Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Microprocessor resonant magnetoelastic force transducer

Adam Yousfi

Abstract

The aim of the study was to prepare a measuring station for force measurement using a microprocessor resonant magnetoelastic force transducer. For this purpose, first of all, magnetoelastic force transducers were prepared - a wire made of magnetoelastic material wrapped in several layers copper of wire, at the ends of which hooks were made to suspend the load. A transducer prepared in such a way served as a coil later used as an element of an oscillator. Thanks to the use of such a construction, we obtain an oscillator with variable characteristics depending on the force to which the transducer is subjected. Having prepared this system, the characteristics of the transducers were measured. For this purpose an oscilloscope and a frequency meter were used and measurements of frequency were taken while subjecting the transducers to variable force under different voltages. This allowed to choose the transducer and voltage with the smallest hysteresis loop - it turned out that the field of hysteresis decreases with the increase in the number of coils on the transducer and the increase in the supply voltage. After selecting the most accurate sensor, the system was expanded to include a microprocessor to serve as a frequency meter, which will then convert the frequency to force, in accordance to a linear fit implemented on the basis of the previous measurements. Due to the simplicity of the software and the price of the system, the popular Arduino was used. Due to the fact that Arduino supports an input voltage not greater than 12V it was necessary to additionally construct a voltage regulator at its input. Moreover, in order to read the frequency, Arduino requires a quasi-logical signal, so a comparator was mounted at the Arduino input. After assembling the system and programming Arduino to read the frequency, 5 series of measurements were made. From these 5 series the one with the smallest hysteresis loop was selected and on its basis a linear fit of frequency to force was performed. After reprogramming Arduino for force measurement, the measurement was repeated. The results of all measurements are characterized by low accuracy, high variability in time and significant field of the hysteresis loop. For force measurement the deviation reached up to 50%. In order to increase the accuracy of measurement it is necessary to increase the accuracy of the frequency generator. For this purpose, a generator with greater stability should be used. Frequency reading would also have to be more stable, which can be achieved by using a microprocessor with stabilized quartz. What is more, the sensor used should be resistant to temperature.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Adam Yousfi (FM) Adam Yousfi,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Mikroprocesorowy przetwornik rezonansowy magnetoelastycznych czujników siły
Supervisor
Michał Nowicki (FM/IMBE) Michał Nowicki,, 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
11-09-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Michał Nowicki (FM/IMBE) Michał Nowicki,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM) Roman Szewczyk (FM/IMBE) - Sieć Badawcza ŁUKASIEWICZ – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów (PIAP) Roman Szewczyk,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)Author's external affiliation: Sieć Badawcza ŁUKASIEWICZ – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów (PIAP)
Keywords in Polish
magnetoelastyczny przetwornik siły, przetwornik częstotliwościowy, arduino
Keywords in English
magnetoelastic force transducer, resonant transducer, arduino
Abstract in Polish
Celem pracy było przygotowanie stanowiska pomiarowego służącego do pomiaru siły z wykorzystaniem mikroprocesorowego przetwornika rezonansowego magnetoelastycznych czujników siły. W tym celu, w pierwszej kolejności przygotowano magnetoelastyczne czujniki siły będące tutaj drutem z materiału magnetoelastycznego owiniętego kilkoma warstwami przewodu, na końcach którego wykonano haczyki służące do zawieszenia obciążenia. Dzięki temu otrzymano cewkę, która posłużyła jako element układu generatora LC. Dzięki wykorzystaniu takiej konstrukcji otrzymujemy oscylator o zmiennej charakterystyce zależnej od siły, której poddany jest czujnik siły. Mając tak przygotowany układ dokonano badania charakterystyki czujników. Wykorzystano w tym celu oscyloskop oraz częstościomierz i zbadano częstotliwość układu w zależności od obciążenia zawieszonego na czujniku dla różnych napięć zasilania. Badanie to pozwoliło na wybór czujnika i napięcia o najmniejszej pętli histerezy - okazało się, że pole histerezy maleje wraz ze wzrostem ilości zwojów na czujniku oraz zwiększeniem napięcia zasilania. Po wybraniu najdokładniejszego czujnika rozbudowano układ o mikroprocesor mający posłużyć jako częstościomierz, który następnie dokona przekształcenia częstotliwości na siłę, zgodnie z dopasowaniem przygotowanym na podstawie badań. Ze względu na prostotę oprogramowania i cenę układu wykorzystano popularne Arduino. Z racji tego, że Arduino obsługuje na wejściu napięcie nie większe niż 12V należało na jego wejściu dodatkowo skonstruować regulator napięcia. Co więcej Arduino w celu odczytania częstotliwości wymaga sygnału kwazi-logicznego, tak więc przed wejściem Arduino przygotowano również komparator. Po zmontowaniu układu oraz zaprogramowaniu Arduino do odczytywania częstotliwości dokonano 5 serii pomiarowych. Z tych 5 serii wybrano tę, która miała najmniejszą pętlę histerezy i na jej podstawie dokonano dopasowania liniowego częstotliwości do siły. Po przeprogramowaniu Arduino na pomiar siły powtórzono pomiar. Wyniki wszystkich pomiarów cechuje niska dokładność, duża zmienność w czasie i znaczne pole pętli histerezy. Dla pomiaru siły odchylenie sięgało nawet 50%. W celu zwiększenia dokładności pomiaru należałoby zwiększyć dokładność generatora częstotliwości. W tym celu należałoby wykorzystać generator o większej stabilności. Odczyt częstotliwości również musiałby być stabilniejszy, co można osiągnąć wykorzystując mikroprocesor ze stabilizowanym kwarcem. Co więcej wykorzystywany czujnik powinien być odporny na działanie temperatury.
File
  • File: 1
    MT_1st_269982.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 35771

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTbe901d1a922b4166931868c63a3296ad/
URN
urn:pw-repo:WUTbe901d1a922b4166931868c63a3296ad

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page