Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmadreza Tabesh,Mohammad Ebrahimi
احمدرضا تابش (استاد راهنما) محمد ابراهیمی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hosein Movahedian attar
حسین موحدیان عطار

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Feasibility Study of using Piezoelectric Sensors for Condition Monitoring of Electrical Machines
This thesis investigates the application of various types of piezoelectric materials including piezo crystalline and piezo polymers in condition monitoring of electric machines. The condition monitoring is a procedure for detection of defects and failures in mechanical and electrical parts of an electric machine which can prevent severe damages to the structure machine by early detection of the failures. Piezoelectric materials are among smart materials which are sensitive to mechanical strain and they can generate electric due to the mechanical vibration. Thus, despite passive strain and accelerometer sensors, a piezoelectric vibration sensor does not need an extra power source as a bias for sensing vibrations. This feature enables using piezoelectric materials as a self-power sensor in remote and wireless sensing applications. Currently, the induction machines are horse power of various industries and the condition monitoring of these machines, due to vast amount of their applications in recent decades, is among demanding research topics. Condition monitoring of an electric machine is conventionally established based on processing of the signals of the vibration sensors in frequency domain. Owing to the recent advances in microelectronics in development of high-speed and inexpensive processors, discrete signal processing (DSP) algorithms can now be readily implemented within the DSP boards. The condition monitoring algorithms are often realized based on digital processing of captured signals from accelerometers and vibration sensors. Thus, the sensitivity of sensors to vibration and the signal-to-noise ratio of sensors are significantly important in fast and accurate detection of failure in electric machines. In this thesis, firstly the suggested processing algorithms for condition monitoring are reviewed and the most suitable methods which can be used for piezoelectric sensors are selected. Then, various piezoelectric sensors for this application are practically investigated. Since the investigation of the piezoelectric sensors needs the model and characterization of the sensors, a vibration test bed is developed that mainly includes a computer-controlled vibration plate with electromagnetic vibration exciter. The vibration test setup is equipped with an accelerometer sensor which is used for characterizing various piezoelectric sensors. Then, after characterizing the piezoelectric sensors, the application of these sensors are investigated using an experimental test setup for condition monitoring of the electrical induction machines. In these tests, the performance of polymer and crystalline types of piezoelectric sensors in detection of bearing defections in electric machine are investigated. The test results show that piezo polymer sensors due to flexibility and ease of installation as well as high signal to noise ratio are among promising sensors for condition monitoring of electric induction machines. Key words Condition monitoring, induction machines, piezoelectric sensors, sensor characterization, test-bed shaker.
0 : این پایان‌نامه به بررسی امکان استفاده از انواع حسگر‌های پیزوالکتریک در امر پایش وضعیت ماشین‌های الکتریکی می‌پردازد. ماشین‌های الکتریکی دوار از جمله سازه‌های الکترومکانیکی ساخت بشر هستند که به عنوان ستون فقرات صنایع و شالوده‌ی محرک آن‌ها محسوب می‌شوند. لذا پایش سلامت این سازه‌های گهگاه عظیم، در سال‌های اخیر و با افزایش کاربری‌های آن‌ها، به شدتافزون‌شده است. در این تحقیق، ابتدا به بررسی عمده‌ی روش‌های پایش ماشین‌های الکتریکی دوار می‌پردازیم. سپس، در بین روش‌های موجود، روش لرزش‌سنجی را به عنوان یک روش پذیرفته‌شده، که البته در بخش توسعه‌ای، هنوز جای بحث فراوان دارد،سرلوحه‌ی کار خود قرار می‌دهیم. در این‌بین، به بیان شیوه‌های قرائت سیگنال‌های استخراجی از حسگر‌های پایش‌گر لرزش، اشاره‌ی مختصری می‌شود. با توجه به بررسی‌های انجام‌شده، وجود عیب در ماشین‌های الکتریکی دوار، سبب پدیدار‌شدن لرزش‌هایی با فرکانس مشخص در بدنه‌ی ماشین می‌گردد. از این رو، با بدست‌آوردن طیف فرکانسی لرزش‌های ماشین، می‌توان به عیبوب موجود در ماشین، پی‌برد. در این تحقیق، روش انتخاب‌شده برای پردازش سیگنال‌های لرزش، تبدیل فوریه‌ی سریع می‌باشدبه سبب وجود حسگر‌هایی که تاکنون، با وجود داشتن استعداد به‌کارگیری در این کاربرد خاص، به هر دلیلی، مورد استفاده قرار نگرفته‌اند، حسگر‌های پایش‌گر لرزش را در کاربرد‌های گوناگون پایش سلامت سازه‌ها [1] ، مورد مطالعه قرار می‌دهیم. در ادامه حسگر برگزیده‌شده را مورد مطالعه‌ی بیشتری قرار داده و مشخصات آن را استخراج می‌کنیم. جهت استخراج مشخصه‌های حسگر، دست به ساخت تجهیز آزمایشگاهی میز لرزاننده می‌زنیم. سپس‌ با اعمال عیبی تصنعی، از مجموعه‌ی عیوب محتمل وارده بر موتور الکتریکی القایی؛ به عنوان موتور محرک صنایع مختلف؛ و نصب حسگر برگزیده بر روی موتور معیوب، سیگنال استخراجی را مورد پایش و بررسی قرار داده و با مقایسه‌ی طیف آن با مستندات علمی و فرمول‌های محاسباتی موجود، عیب را آشکارسازی می‌کنیم. در نهایت نیز، هدف غایی سامانه‌های پایش‌گر را، که استقلال کامل از متخصص انسانی باشد، به واسطه‌ی پیاده‌سازی سامانه‌ی پایش‌گر، بر روی ریزپردازنده‌ی دارای موتور پردازش سیگنال دیجیتال [2] ، جستجو کرده و آلگوریتم پایش را برای عیب نمونه، بر روی ریزپردازنده، پیاده می‌کنیم.با نمونه‌برداری از ولتاژ حسگر لرزش و استفاده از مشخصه‌ی بدست‌آمده‌ی این حسگر، و همچنین اعمال تبدیل فوریه‌ی سریع، در داخل پردازنده، عیب مورد مطالعه، آشکار می‌گردد. کلمات کلیدی: پایش سلامت سازه‌ها، لرزش‌سنج، میز لرزاننده، حسگر پیزوالکتریک، عیب‌یابی ماشین الکتریکی دوار، تبدیل فوریه [1] Structural Health Monitoring [2] DSP

ارتقاء امنیت وب با وف بومی