Ανάτπυξη μετρητικού συστήματος ανάγνωσης συστοιχίας αισθητήρων παραμόρφωσης

Καραδήμας, Παναγιώτης; Karadimas, Panagiotis

dc.contributor.author	Καραδήμας, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Karadimas, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2018-07-12T09:49:37Z
dc.date.available	2018-07-12T09:49:37Z
dc.date.issued	2018-07-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47279
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8367
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μετρητικό σύστημα	el
dc.subject	Αισθητήτες	el
dc.subject	Νανωσωματίδια	el
dc.subject	Electronic data acquisition system	en
dc.subject	Resistive nanoparticle strain sensors	en
dc.subject	DAQ system	en
dc.title	Ανάτπυξη μετρητικού συστήματος ανάγνωσης συστοιχίας αισθητήρων παραμόρφωσης	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΚΑΙ ΝΑΝΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/985654217613024cb9e11395d0f1fe73889f17cb
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-14
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ειδίκευσης ήταν η ανάπτυξη, ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου ηλεκτρονικού μετρητικού συστήματος με εφαρμογή σε αισθητήρες παραμόρφωσης νανοσωματιδίων με μεταβολή στην αντίσταση. Η διπλωματική χωρίζεται σε πέντε ενότητες. Το πρώτο κεφάλαιο καλύπτει το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο, ξεκινώντας από το γενικευμένο μοντέλο ενός σύγχρονου μετρητικού συστήματος και τα είδη των μετρητικών οργάνων μέχρι σήμερα, ενώ στη συνέχεια γίνεται μια σύντομη επεξήγηση για το ρόλο του ηλεκτρονικού θορύβου σε αναλογικά και ψηφιακά κυκλώματα. Κλείνοντας τη θεωρία αναφέρουμε τα χαρακτηριστικά ενός αισθητήρα. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζουμε τη δομή του μετρητικού συστήματος, που αποτελείται από ένα αναλογικό κύκλωμα τεσσάρων τελεστικών ενισχυτών, και ένα ψηφιακό τμήμα. Το αναλογικό τμήμα μετατρέπει την μετρούμενη αντίσταση σε μια αντίστοιχη παλμική τάση στην έξοδό του, ενώ πραγματοποιήθηκε προσομοίωση στο NI Mulitisim για τον σαφή προσδιορισμό των παθητικών στοιχείων με γνώμονα το βέλτιστο σήμα εξόδου και την μέγιστη δυνατή ακρίβεια στη μέτρηση. Η περίοδος της παλμογραμμής μετράται από τον απαριθμητή του μικροελεγκτή και έπειτα μεταδίδεται ενσύρματα στο σύστημα καταγραφής του υπολογιστή μέσω του πρωτοκόλλου UART. Έπειτα αναλύουμε τον τρόπο καταγραφής και τις εντολές για τον προγραμματισμό του μικροελεγκτή. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφουμε τα γεωμετρικά και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των αισθητήρων παραμόρφωσης που χρησιμοποιήσαμε και τους μηχανισμούς αγωγιμότητας και ανίχνευσης εξωτερικής παραμόρφωσης. Στη συνέχεια αναφέρουμε το σχεδιασμό και την υλοποίηση της προς μηχανικό χαρακτηρισμό επιφάνειας, μέσω μιας συστοιχίας αισθητήρων, με έμφαση τη μηχανική υποστήριξη και την ηλεκτρική διασύνδεση πολλαπλών αισθητήρων με το μετρητικό σύστημα. Στο τέταρτο κεφάλαιο ακολουθεί η περιγραφή της πειραματικής διάταξης για τον χαρακτηρισμό των αισθητήρων σε συνθήκες παραμόρφωσης (βαθμονόμηση) καθώς και η περιγραφή του προγράμματος καταγραφής και παρουσίασης των μετρητικών δεδομένων που υλοποιήθηκε μέσω της πλατφόρμας γραφικού κώδικα NI Labview. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα, όπου γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων μέτρησης μεταξύ της μετρητικής πλακέτας και του συστήματος του εργαστηρίου, όσον αφορά την μέτρηση της αντίστασης σε μεμονωμένους αισθητήρες, ενώ τέλος παραθέτουμε και αναλύουμε ποιοτικά τις μετρήσεις από το σύνολο οκτώ αισθητήρων για την εξωτερικά επιβαλλόμενη παραμόρφωση της επιφάνειας που κατασκευάσαμε, ως προς την ακρίβεια ανίχνευσης της πραγματικού ερεθίσματος.	el
heal.abstract	The purpose of this diploma thesis was to develop, design and implement an electronic data acquisition system applied to resistive nanoparticle strain sensors. Diplomacy is divided into five sections. In the first chapter the necessary theoretical background is covered, starting from the generalized model of a modern data acquisition system (DAQ) and the types of laboratory instruments until today, and then we give a brief explanation of the role of electronic noise in analogue and digital circuits. By closing the theory we report the characteristics of a sensor. In the second chapter we present the structure of the proposed DAQ system, consisting of an analogue circuit of four operational amplifiers, and a digital section. The analogue section converts the measured resistance into a corresponding pulse voltage at its output and has been simulated in the NI Mulitisim to determine the values of the passive components of the circuit leading to the optimum output signal and the highest possible accuracy in the measurement. The pulse’s period is measured by the microcontroller counter and then transmitted through wires to the computer's logging system via the UART protocol. Then we analyze the recording mode and commands for programming the microcontroller. In the third chapter we describe the geometrical and electrical characteristics of the strain sensors we used as well as the external strain detection and conductivity mechanisms. We then describe the design and the implementation of the surface to be characterized by the sensor array, with emphasis on mechanical support and electrical interconnection of multiple sensors with the DAQ system. In the fourth chapter it is described the laboratory setup used for the characterization of the sensors in strain conditions (calibration) as well as the interface of the software for recording and plotting of the measured data that was implemented through the NI Labview graphics platform. In the last chapter the experimental results are presented, where the measurement results are compared between the measurement board and the laboratory system, regarding the measurement of the resistance to individual sensors, while finally we quote and analyze the measurements from the total of eight sensors for the external imposed deformation of the surface we made in terms of the accuracy of detection of the actual strain.	en
heal.advisorName	Τσουκαλάς, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Χατζανδρούλης, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	79 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true