Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS

Bibliographic Details
Main Author: Romanssini, Marcelo
Publication Date: 2021
Format: Bachelor thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UNIPAMPA
Download full: https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/5989
Summary: Vibration meters are widely used in predictive maintenance on rotating electrical machines. One of the main techniques of predictive maintenance is vibration monitoring. The problems that manifest themselves in machines usually change their vibration patterns. There are equipment and systems capable of performing vibration measurements on the market. These devices use different types of transducers. The piezoelectric accelerometers are widely used due to their accuracy, but they have a high cost. Therefore, in this work we propose the design and development of a vibration meter based on MEMS accelerometers, since the manufacturing technology and accuracy of MEMS accelerometers has been the subject of much research and has evolved a lot in the last few years. The proposed system consists of two accelerometers, a three-axis digital accelerometer, in which it is possible to measure acceleration in x, y and z axis, and a uniaxial analog accelerometer. The analog accelerometer will be implemented on a dedicated circuit board and it can be connected and disconnected from the vibration meter as needed. The system is power supplied by a lithium ion battery. For data reading, system control, processing and sending data to a final device, the ESP32-WROOM-32 microcontroller was used. It has a processing unit, memory, Wi-Fi and Bluetooth module in the same device, which facilitated the implementation of the device. The acceleration data provided by the accelerometers after being digitized are read by the microcontroller through the SPI communication protocol and then sent to the final device through Wi-Fi, where the analysis is carried out, eliminating any type of physical connection between the devices, measurement and analysis. For the proposed system, circuits for load control, signal conditioning, voltage conditioning were designed and, finally, the prototype of the vibration meter was implemented. With the acquisition board in prototype, the software was written in the microcontroller and tests were carried out to validate the implemented circuits. The acceleration data captured through the embedded sensor was also tested. Finally, a vibration reading test was performed on an electric motor installed on a bench. With the tests carried out, we achieved good results, proving the operation of the designed circuits and the proposed system.
id UNIP_6975a68f1e2c9d91878f729ce9c6c409
oai_identifier_str oai:repositorio.unipampa.edu.br:riu/5989
network_acronym_str UNIP
network_name_str Repositório Institucional da UNIPAMPA
repository_id_str
spelling Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMSAcelerômetrosMEMSVibração - MediçãoManutenção preditivaAccelerometerVibration - MeasurementPredictive maintenanceCNPQ::ENGENHARIASVibration meters are widely used in predictive maintenance on rotating electrical machines. One of the main techniques of predictive maintenance is vibration monitoring. The problems that manifest themselves in machines usually change their vibration patterns. There are equipment and systems capable of performing vibration measurements on the market. These devices use different types of transducers. The piezoelectric accelerometers are widely used due to their accuracy, but they have a high cost. Therefore, in this work we propose the design and development of a vibration meter based on MEMS accelerometers, since the manufacturing technology and accuracy of MEMS accelerometers has been the subject of much research and has evolved a lot in the last few years. The proposed system consists of two accelerometers, a three-axis digital accelerometer, in which it is possible to measure acceleration in x, y and z axis, and a uniaxial analog accelerometer. The analog accelerometer will be implemented on a dedicated circuit board and it can be connected and disconnected from the vibration meter as needed. The system is power supplied by a lithium ion battery. For data reading, system control, processing and sending data to a final device, the ESP32-WROOM-32 microcontroller was used. It has a processing unit, memory, Wi-Fi and Bluetooth module in the same device, which facilitated the implementation of the device. The acceleration data provided by the accelerometers after being digitized are read by the microcontroller through the SPI communication protocol and then sent to the final device through Wi-Fi, where the analysis is carried out, eliminating any type of physical connection between the devices, measurement and analysis. For the proposed system, circuits for load control, signal conditioning, voltage conditioning were designed and, finally, the prototype of the vibration meter was implemented. With the acquisition board in prototype, the software was written in the microcontroller and tests were carried out to validate the implemented circuits. The acceleration data captured through the embedded sensor was also tested. Finally, a vibration reading test was performed on an electric motor installed on a bench. With the tests carried out, we achieved good results, proving the operation of the designed circuits and the proposed system.Medidores de vibrações são muito utilizados na manutenção preditiva de máquinas elétricas rotativas. Uma das principais técnicas da manutenção preditiva consiste no monitoramento de vibrações, já que os problemas que manifestam-se nas máquinas geralmente modificam os seus padrões de vibração. Existem equipamentos e sistemas capazes de realizar medições de vibração no mercado. Esses equipamentos utilizam diversos tipos de transdutores. No entanto, os acelerômetros piezoelétricos são amplamente utilizados devido a sua precisão, porém apresentam custo elevado. Diante disso, propomos neste trabalho o projeto e desenvolvimento de um medidor de vibrações baseado em acelerômetros MEMS, uma vez que a tecnologia de fabricação e a precisão dos acelerômetros MEMS tem sido tema de muita pesquisa e tem evoluído muito nos últimos anos. O sistema proposto é composto por dois acelerômetros, sendo um acelerômetro digital de três eixos, no qual é possível medir a aceleração nas coordenadas x, y e z e um acelerômetro uniaxial analógico, sendo que o acelerômetro analógico será implementado em uma placa de circuito dedicada e poderá ser conectado e desconectado do medidor de vibração conforme necessidade. O sistema ainda conta com alimentação via bateria de íon de lítio. Para a leitura dos dados, controle do sistema, processamento e envio de dados para um dispositivo final utilizou-se o microcontrolador ESP32-WROOM-32, o qual possui uma unidade de processamento, memória, módulo Wi-Fi e Bluetooth em um mesmo dispositivo, o que facilitou a implementação do medidor de vibrações proposto. Os dados de aceleração fornecidos pelos acelerômetros depois de digitalizados são lidos pelo microcontrolador através do protocolo de comunicação SPI e depois são enviados para o dispositivo final através de Wi-Fi, onde realiza-se a análise, dispensando qualquer tipo de conexão física entre os dispositivos de medição e de análise. Para o sistema proposto, projetou-se circuitos de controle de carga, condicionamento de sinal, condicionamento de tensão e por fim implementou-se o protótipo do medidor de vibração. Com a placa de aquisição em protótipo fez-se a gravação do software no microcontrolador e realizou-se testes para validação dos circuitos implementados, e também testou-se a captura de dados de aceleração através do sensor embarcado. Por fim realizou-se teste de leitura de vibração em um motor elétrico instalado em bancada. Com os testes realizados, conseguimos bons resultados, comprovando o funcionamento dos circuitos projetados e do sistema proposto.Universidade Federal do PampaUNIPAMPABrasilCampus AlegreteGirardi, Alessandro GonçalvesRomanssini, Marcelo2021-10-27T17:03:00Z2021-10-27T17:03:00Z2021-09-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfROMANSSINI, Marcelo. Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS. Orientador: Alessandro Gonçalves Girardi. 2021. 71p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em Engenharia de Elétrica) - Universidade Federal do Pampa, Curso de Engenharia Elétrica, Alegrete, 2021.https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/5989porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNIPAMPAinstname:Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)instacron:UNIPAMPA2022-03-21T18:27:53Zoai:repositorio.unipampa.edu.br:riu/5989Repositório InstitucionalPUBhttp://dspace.unipampa.edu.br:8080/oai/requestsisbi@unipampa.edu.bropendoar:2022-03-21T18:27:53Repositório Institucional da UNIPAMPA - Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)false
dc.title.none.fl_str_mv Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS
title Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS
spellingShingle Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS
Romanssini, Marcelo
Acelerômetros
MEMS
Vibração - Medição
Manutenção preditiva
Accelerometer
Vibration - Measurement
Predictive maintenance
CNPQ::ENGENHARIAS
title_short Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS
title_full Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS
title_fullStr Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS
title_full_unstemmed Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS
title_sort Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS
author Romanssini, Marcelo
author_facet Romanssini, Marcelo
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Girardi, Alessandro Gonçalves
dc.contributor.author.fl_str_mv Romanssini, Marcelo
dc.subject.por.fl_str_mv Acelerômetros
MEMS
Vibração - Medição
Manutenção preditiva
Accelerometer
Vibration - Measurement
Predictive maintenance
CNPQ::ENGENHARIAS
topic Acelerômetros
MEMS
Vibração - Medição
Manutenção preditiva
Accelerometer
Vibration - Measurement
Predictive maintenance
CNPQ::ENGENHARIAS
description Vibration meters are widely used in predictive maintenance on rotating electrical machines. One of the main techniques of predictive maintenance is vibration monitoring. The problems that manifest themselves in machines usually change their vibration patterns. There are equipment and systems capable of performing vibration measurements on the market. These devices use different types of transducers. The piezoelectric accelerometers are widely used due to their accuracy, but they have a high cost. Therefore, in this work we propose the design and development of a vibration meter based on MEMS accelerometers, since the manufacturing technology and accuracy of MEMS accelerometers has been the subject of much research and has evolved a lot in the last few years. The proposed system consists of two accelerometers, a three-axis digital accelerometer, in which it is possible to measure acceleration in x, y and z axis, and a uniaxial analog accelerometer. The analog accelerometer will be implemented on a dedicated circuit board and it can be connected and disconnected from the vibration meter as needed. The system is power supplied by a lithium ion battery. For data reading, system control, processing and sending data to a final device, the ESP32-WROOM-32 microcontroller was used. It has a processing unit, memory, Wi-Fi and Bluetooth module in the same device, which facilitated the implementation of the device. The acceleration data provided by the accelerometers after being digitized are read by the microcontroller through the SPI communication protocol and then sent to the final device through Wi-Fi, where the analysis is carried out, eliminating any type of physical connection between the devices, measurement and analysis. For the proposed system, circuits for load control, signal conditioning, voltage conditioning were designed and, finally, the prototype of the vibration meter was implemented. With the acquisition board in prototype, the software was written in the microcontroller and tests were carried out to validate the implemented circuits. The acceleration data captured through the embedded sensor was also tested. Finally, a vibration reading test was performed on an electric motor installed on a bench. With the tests carried out, we achieved good results, proving the operation of the designed circuits and the proposed system.
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021-10-27T17:03:00Z
2021-10-27T17:03:00Z
2021-09-27
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
format bachelorThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv ROMANSSINI, Marcelo. Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS. Orientador: Alessandro Gonçalves Girardi. 2021. 71p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em Engenharia de Elétrica) - Universidade Federal do Pampa, Curso de Engenharia Elétrica, Alegrete, 2021.
https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/5989
identifier_str_mv ROMANSSINI, Marcelo. Desenvolvimento de um dispositivo para medição de vibrações baseado em acelerômetros MEMS. Orientador: Alessandro Gonçalves Girardi. 2021. 71p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em Engenharia de Elétrica) - Universidade Federal do Pampa, Curso de Engenharia Elétrica, Alegrete, 2021.
url https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/5989
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Pampa
UNIPAMPA
Brasil
Campus Alegrete
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Pampa
UNIPAMPA
Brasil
Campus Alegrete
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UNIPAMPA
instname:Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)
instacron:UNIPAMPA
instname_str Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)
instacron_str UNIPAMPA
institution UNIPAMPA
reponame_str Repositório Institucional da UNIPAMPA
collection Repositório Institucional da UNIPAMPA
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UNIPAMPA - Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)
repository.mail.fl_str_mv sisbi@unipampa.edu.br
_version_ 1842255679894585344