Analysis of Vibration and Shocks for Preventing Failures in Electric Drives During Operation and Transportation
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Author
Date
2014-12-15
Department
Major/Subject
Signaalinkäsittely
Mcode
S3013
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka
Language
en
Pages
57+7
Series
Abstract
This Master's thesis studies vibration and shocks on electric drives during operation and transportation. A battery operated application with low power consumption utilizing MEMS-technology sensors and embedded processing is planned and built to analyze characteristics of vibration and shocks in real time. The analysis of vibration is provided using a method that combines simultaneous detection of peaks and zero-crossings of acceleration data. Samples of raw data are also saved for later analysis to inspect vibration characteristics in the frequency domain. Theory for estimating other inertial factors such as velocity, displacement and rotation is also provided by using data gathered from the accelerometer, gyroscope and magnetometer. The practical part of this thesis consists of describing the test setups and presenting the results. The measured results show that the vibration analyzer can reliably estimate the amplitude and frequency of the vibration if the signal is mainly sinusoidal. The amplitude and the amount of shocks are also saved correctly and with the knowledge of orientation, it can be seen if the device has fallen down. The measured inertial data from a transit bus and an airplane indicates that it is possible to detect whether the device is being transported by land or air. Heading estimates are also calculated from the gyroscope and magnetometer which could possibly be used later in an inertial navigation system.Tässä diplomityössä tutkitaan taajuusmuuttajiin kohdistuvaa tärinää ja iskuja käytön sekä kuljetuksen aikana.~Tärinän ja iskujen ominaispiirteitä tutkitaan suunnittelemalla ja toteuttamalla paristokäyttöinen vähän virtaa kuluttava laite, joka hyödyntää MEMS-teknologiaa ja sulautettua prosessointia. Tärinän analysointi toteutetaan käyttämällä menetelmää, joka perustuu yhtäaikaiseen kiihtyvyysdatassa esiintyvien piikkien ja nollakohtien havaitsemiseen.~Raakadataa kerätään myös talteen, jotta tärinän ominaisuuksia voidaan myöhemmin tarkastella taajuustasossa. Työssä esitetään myös teoriaa, kuinka nopeutta, siirtymää ja rotaatiota voidaan laskea kiihtyvyysanturilta, gyroskoopilta ja magnetometriltä kerätystä datasta. Työn käytännön osuus sisältää kuvauksen käytetyistä testausmenetelmistä ja esittää mitatut tulokset.~Tärinän osalta näistä tuloksista voidaan päätellä, että käytetty sovellus estimoi luotettavasti tärinän amplitudin ja taajuuden, mikäli signaali on pääosin sinimuotoista. Iskujen määrät ja niiden amplitudit saadaan myös tallennettua oikein, ja orientaation avulla voidaan myös selvittää, mikäli laite on kaatunut. Lähiliikennebussista ja lentokoneesta kerätystä inertiaalisesta datasta voidaan myös päätellä, onko laitetta kuljetettu maa- vai ilmateitse. Suuntaestimaatteja on myös laskettu gyroskoopilla sekä magnetometrillä ja tätä dataa voidaan mahdollisesti käyttää myöhemmin kehitettäessä inertiaalista navigointia.Description
Supervisor
Wichman, RistoThesis advisor
Martinmaa, JuhaKeywords
vibration, shock, electric drive, accelerometer, gyroscope, magnetometer
