Analysis of Vibration and Shocks for Preventing Failures in Electric Drives During Operation and Transportation

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Authors

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, Risto

Thesis advisor

Martinmaa, Juha

Keywords

vibration, shock, electric drive, accelerometer, gyroscope, magnetometer

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201412303343

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC