Σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος μετρήσεων και ελέγχου. Τροφοδοσία πιεζοηλεκτρικού συστήματος μετατόπισης

Ερσπάμερ, Αλμπέρτο; Erspamer, Almperto

dc.contributor.author	Ερσπάμερ, Αλμπέρτο	el
dc.contributor.author	Erspamer, Almperto	en
dc.date.accessioned	2019-03-04T09:59:48Z
dc.date.available	2019-03-04T09:59:48Z
dc.date.issued	2019-03-04
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48337
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16336
dc.rights	Default License
dc.subject	Παλμικό τροφοδοτικό	el
dc.subject	Μετασχηματιστής	el
dc.subject	Forward converter	en
dc.subject	Πηγές ρεύματος	el
dc.subject	Πιεζοηλεκτρικά στοιχεία	el
dc.subject	Transformer	en
dc.subject	Current sources	en
dc.subject	Snubber	en
dc.subject	Switching power supply	en
dc.subject	Forward converter	en
dc.subject	Piezo elements	en
dc.title	Σχεδιασμός και κατασκευή συστήματος μετρήσεων και ελέγχου. Τροφοδοσία πιεζοηλεκτρικού συστήματος μετατόπισης	el
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription	Σχεδιασμός συστήματος μετακίνησης πλάκας μικροσκοπίου με ακρίβεια nm. Σχεδιασμός και κατασκευή παλμικού τροφοδοτικού τύπου forward converter και σχεδιασμός ψηφιακά ελεγχόμενων πηγών ρεύματος για τον έλεγχο του φορτίου του πιεζοηλεκτρικού.	el
heal.classification	Ηλεκτρικά κυκλώματα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-13
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία εκτελέστηκε στο εργαστήριο της Βιοϊατρικής Οπτικής και εφαρμοσμένης Βιοφυσικής. Στο εργαστήριο αυτό χρησιμοποιούνται για την έρευνα μικροσκόπια. Για τις πειραματικές ανάγκες του εργαστηρίου χρειάζεται να μετακινείται η πλάκα ενός μικροσκοπίου με μεγάλη ακρίβεια της τάξεως μερικών nm και μετατοπίσεις οι οποίες να φτάνουν έως μερικά μικρόμετρα. Για την υλοποίηση αυτού του στόχου σχεδιάστηκε πρωτότυπη διάταξη η οποία χρησιμοποιεί δύο πιεζοηλεκτρικά στοιχεία ώστε να είναι δυνατή η μετακίνηση στους άξονες x,y. Λόγω της πολυπλοκότητας αυτού του συστήματος διαχωρίστηκε ο σχεδιασμός και η κατασκευή σε δύο ανεξάρτητα τμήματα. Το πρώτο τμήμα είναι το ψηφιακό, το οποίο αποτελείται από έναν μικροεπεξεργαστή. Μέσω αυτού ελέγχεται δυναμικά το σύστημα και επιβεβαιώνονται οι μετακινήσεις της πλάκας. Για την ακριβή μέτρηση της μετατόπισης υπάρχει γέφυρα η οποία χρησιμοποιεί την μεταβολή αντίστασης σύρματος. Το δεύτερο τμήμα είναι αναλογικό, ελέγχεται από τον μικροεπεξεργαστή και χρησιμεύει για την τροφοδοσία των πιεζοηλεκτρικών στοιχείων. Αποτελείται από ένα παλμικό τροφοδοτικό τύπου forward converter και πηγές ρεύματος. Τα πιεζοηλεκτρικά στοιχεία συμπεριφέρονται ως πυκνωτικά στοιχεία και διαστέλλονται αναλόγως της ποσότητας του φορτίου που έχουν. Για τον έλεγχο του φορτίου και συνεπώς της μετατόπισης δημιουργήθηκαν πηγές ρεύματος (φόρτισης -εκφόρτισης). Λόγω του ότι παρουσιάζεται βρόγχος υστέρησης στη μετατόπιση των πιεζοηλεκτρικών είναι αναγκαία η χρήση της ανάδρασης για την επαλήθευση των μετακινήσεων. Οι τάσεις οι οποίες είναι χρειάζονται για την τροφοδοσία τους είναι της τάξεως των 150V. Για το λόγο αυτό είναι αναγκαία η δημιουργία αυτής της τάσεως, ούτως ώστε να δημιουργηθούν πηγές ρεύματος οι οποίες να ανταπεξέλθουν στις απαιτήσεις αυτές. Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολήθηκε κυρίως με τον σχεδιασμό και την υλοποίηση του παλμικού τροφοδοτικού και των πηγών ρεύματος οι οποίες ελέγχονται ψηφιακά. Παρουσιάζεται αναλυτική περιγραφή σε θεωρητικό αλλά και σε πρακτικό επίπεδο για τον σχεδιασμό και την κατασκευή του παλμικού τροφοδοτικού (forward converter). Δίνεται αναλυτική περιγραφή του υπολογισμού του μετασχηματιστή. Καθώς η παλμική λειτουργία δημιουργεί υπερτάσεις σε επαγωγικά φορτία, περιγράφεται τρόπος υπολογισμού συστήματος μείωσης αυτών των τάσεων (snubber). Τέλος δείχνεται τρόπος δημιουργίας των ψηφιακά ελεγχόμενων πηγών ρεύματος. Το συνολικό σύστημα υλοποιήθηκε για πειραματικό σκοπό σε διάτρητη πλακέτα. Το τελικό σύστημα θα ενσωματωθεί με το ψηφιακό σε επόμενη εργασία.	el
heal.abstract	This thesis was executed in the laboratory of biomedical optics and applied biophysics. In this lab various microscopes are used for a wide variety of applications. To meet the lab’s needs for a highly accurate auto moving plate of a microscope with nanometer accuracy, a prototype electronic system was implemented. This system uses two piezoelectric elements to control the movement of the plate to directions x,y. Due to the complexity of the system the design was separated in two different parts. The first part is the digital circuit that uses a microprocessor to dynamically control the system and the movement of the plate. The feedback control was facilitated by an electric bridge with position sensors (wired elements). The second part is an analog circuit controlled by the microprocessor in order to power the piezoelectric elements. It is implemented by a switching power supply and current sources. The piezo elements behave like capacitors and their dilation correlates to the amount of their charge. To control the charge of the piezo and consequently the movement of the plate current sources were realized. Due to the hysteresis of the piezoelectric behavior feedback is necessary to evaluate the measurements. The voltage needed for the piezo is at the 150V range. Due to this fact, it is essential to create this voltage in order to drive the current sources. The scope of this diploma thesis is the design and implementation of the switching power supply and the current sources. A theoretical and real world procedure for the design of a forward converter is presented. Also an analytic procedure for the design of the transformer is given. Due to the switching operation, high voltage spikes are presented to transformer’s inductors. An analytic and practical method to suppress these spikes by the use of a snubber circuit is shown. Finally current sources driven by the high voltage (150V) were designed to control the amount of charge in the piezoelectric elements.	en
heal.advisorName	Πολιτόπουλος, Κώστας	el
heal.committeeMemberName	Πολιτόπουλος, Κώστας	el
heal.committeeMemberName	Καμπουράκης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Ματσόπουλος, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρομαγνητικών Εφαρμογών Ηλεκτροοπτικής και Ηλεκτρονικών Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	151 σ.
heal.fullTextAvailability	true