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Title: Medición de par dinámico en sistemas mecánicos usando acelerómetros torsionales
metadata.dc.creator: MANUEL ALEJANDRO GONZALEZ DURAN
Keywords: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA;CIENCIAS TECNOLÓGICAS
metadata.dc.date: May-2014
Description: En este trabajo se presentan los resultados una nueva propuesta para medir par dinámico basada en el uso de acelerómetros rectilíneos. En un motor cuya flecha está en posición horizontal, se montó un acelerómetro en cada extremo de su flecha, de tal forma que al girar el motor, la salida de los acelerómetros fue una señal sinusoidal (debida a la aceleración de la gravedad) con un offset variable (debido a la aceleración tangencial del motor). La propuesta consistió en medir la diferencia de fase entre la señales de los acelerómetros y asociar dicho ángulo, con el ángulo de giro o de torsión que experimenta una flecha al momento de transmitir un par. Para estimar la diferencia de fase entre las señales de los acelerómetros tres métodos fueron propuestos. El primero consistió en medir la frecuencia de una de las señales sinusoidales y el tiempo de retardo que existe entre una y otra señal a partir de los cruces por cero. Un segundo método consistió en medir la frecuencia de la señal sinusoidal, discretizar las dos señales de los acelerómetros para después usar el método de mínimos cuadrados para aproximar una señal sinusoidal y posteriormente estimar la diferencia de fase. Finalmente, el último consistió en calcular la correlación para las dos señales sinusoidales de los acelerómetros. Los algoritmos fueron validados usando un generador de funciones para emular la señal de los acelerómetros. El que presentó mejores resultados fue el que se basa en el método de mínimos cuadrados, al ser más sensible a diferencias de fase tan bajas como 0.1°, con el inconveniente de que no puede ser utilizado en tiempo real. Finalmente se realizaron las mediciones usando un motor de corriente directa sin carga. Los resultados obtenidos presentaron un error mayor que con el generador de funciones, esto se debe en parte al offset de salida variable, asociado a la aceleración tangencial del motor. Se encontró que no es una opción viable usar acelerómetros para medir par dinámico, debido a la diferencia de fase tan baja que existe entre las señales de los mismos y que el error está dentro del mismo orden de magnitud que las mediciones.
A new method to measure dynamic torque is proposed using rectilinear accelerometers. In a motor whose shaft is horizontal, two accelerometers were placed at the ends of such shaft. When the motor was running, the output signal from the accelerometers was a sinusoidal signal (due to gravity) with a variable offset (due to tangential acceleration of the motor). The proposal was to measure the phase difference between two signals from the two accelerometers and use it as rotation angle that undergoes a shaft at the time of transmitting torque. To estimate the phase difference between the signals from the accelerometers three methods were proposed. The first was to measure the frequency of the sinusoidal signal and time delay between two sinusoidal signals (from the accelerometers) using a zero crossing detector. A second method was to measure the frequency of the sinusoidal signal, discretizing the output signal from the accelerometers and then use the least squares method to fit a sinusoidal signal and then estimating the phase difference. Finally, the latest method was to compute the correlation of the two sinusoidal output signals from the accelerometers. The algorithms were validated using a function generator to emulate the accelerometer signal. With the second method, using least squares, better results were obtained, to be more sensitive to phase differences as low as 0.1 °, with the drawback that it can¿t be used in real time. Finally, measurements were performed using a DC motor without load. The results showed a greater error than function generator, this is partly due to the variable offset associated with the tangential acceleration of the motor. It was found that is not a viable option to use accelerometers to measure dynamic torque, due to such a low phase difference between signals of the accelerometers and that the error is within the same order of magnitude as the measurements.
URI: http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/808
Other Identifiers: Accelerometer
Acelerómetro
Desfase
Dynamic torque
Par dinámico
Phase difference
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