Yenilikçi ve yüksek performanslı kapasitif döner enkoder geliştirilmesi
Development of innovative and high-performance capacitive rotary encoder
- Tez No: 650306
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET KARALI, PROF. DR. MEHMET AKİF ERİŞMİŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Necmettin Erbakan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Enkoderler pozisyon bilgisine ulaşılması gereken uygulamalarda akla ilk gelen kritik geri besleme elemanlarıdır. Kapasitif algılayıcı teknolojisiyle çeşitli alanlara kolayca uyarlanabilen enkoderler geliştirilebilir. Böylece uygulamaya özel algılayıcı ihtiyacı azaltılabilir. Bu çalışmada minimalist tasarım, yüksek kazanç, esnek kullanım ve uygulanabilirlik kaygısıyla yenilikçi ve yüksek performanslı bir kapasitif enkoder geliştirilmiştir. Kapasitif enkoder çalışmalarının çoğunda geliştirme sürecinin baştan sona işletilmediği ve aktarılmadığı görülmüştür. Yine bu çalışmalarda yüksek maliyetli düzenekler ve elektronik devre elemanları kullanılarak geliştirilen uygulanabilirlikten uzak kapasitif enkoderlere rastlanmıştır. Burada ise kapasitif enkoder geliştirme süreci, algılayıcı mekaniğinden elektroniğine genel bir mimari içinde değerlendirilerek ayrıntılarıyla sunulmuştur. Kapasitif enkoderin minimalist tasarımı korunarak algılayıcı mekaniğinde yapılan yenilikle yüksek kazanç sağlanmıştır. Algılayıcı elektroniği olabildiğince dijitalleştirilerek kapasitif enkodere esneklik kazandırılmış ve enkoderin performansı artırılmıştır. Uygun fiyatlı düzeneklerle az sayıda analog devre elemanı kullanılarak maliyet düşürülmüş, sinyal-gürültü oranı artırılmış ve minimalist tasarım desteklenmiştir. Geliştirilen kapasitif enkoder, endüstriyel bir motorda test edilerek uygulanabilirlik sağlanmıştır. Sunulan kapasitif enkoder geliştirme sürecinde ayrıntılı tasarım, başarılı modelleme, kombine üretim ve test aşamalarından geçilerek ticari ürüne yakın bir prototip ortaya konmuştur. Modelleme aşamasında mevcut çalışmalardaki yaygın kullanımın aksine elektrotlar arası boşluk parametresinde ilgi çekici sonuçlara rastlanmıştır. Bu parametrenin enkoder kazancını optimum yapan sıfırdan farklı bir değerinin olduğu, yapılan araştırmalara göre ilk defa bu çalışmayla gösterilmiştir. Kapasitif enkoder, sıfırdan kurulan uygun fiyatlı ve hassas test düzeneğinde çeşitli testlerden geçirilerek $\%$0.26 doğrusallık hatası ve 0.02$^\circ$ çözünürlük değerlerine ulaşılmıştır. Doğrusallık hatası, önerilen hata indirgeme yöntemiyle $\%$0.12'ye düşürülmüştür. Bu çalışmayla ulusal en performanslı kapasitif enkoderin geliştirilmesinin yanında benzer tip algılayıcıların geliştirilebilmesi için de rehber niteliğinde bir çalışma gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Encoders are critical feedback elements in applications where position information is required. Capacitive encoders can easily be adopted to various applications where other encoder types are currently in use. In this way, the use of application-specific sensors can be reduced. In this paper, an innovative and high performance capacitive encoder has been developed with the motivation of miniaturized design, high gain, flexibility and applicability. The flexibility and performance of the capacitive encoder have been increased by digitizing the sensor electronics as much as possible. It is seen that a generic design method for the capacitive encoders is lacking in most of the studies in the literature. In this study, a generic design method is constructed to fill this gap. In the development process presented here, the capacitive encoder was evaluated within a general architecture from sensor mechanics to electronics. By protecting the miniaturized design of the capacitive encoder, high gain has been achieved with the innovation in sensor mechanics. By using affordable mechanical setups and a minimum number of analog circuit elements, the cost was reduced, the signal-to-noise ratio was increased, and miniaturized design was supported. The capacitive encoder developed in this study has been applied to an industrial motor to ensure applicability. During the presented capacitive encoder development process, detailed design, successful modeling, combined production and testing phases were passed and a prototype close to a commercial product was achieved. In the modeling phase, non-intuitive results were obtained about the inter-electrode gap parameter contrary to the common belief based on recent research. According to the literature research, this study has shown for the first time that the inter-electrode gap parameter has a non-zero value that maximizes the gain. The capacitive encoder was tested in a low cost and precise test setup built from scratch and reached 0.26$\%$ non-linearity error and 0.02$^\circ$ resolution values. The non-linearity error has been reduced to 0.12$\%$ with the proposed error minimization algorithm. With this study, besides the development of the national highest performance capacitive encoder, a guide was carried out for the development of similar type sensors.
Benzer Tezler
- Fabrication of thin film nanocomposite pressure retarded osmosis (PRO) membranes using cellulose nanocrystal (CNC) and evaluation of performances in the processes
Selüloz nanokristal kullanılarak ince film nanokompozit basınç geciktirmeli osmoz (BGO) membranlarının üretimi ve proseslerde performans testlerinin gerçekleştirilmesi
MEHMET EMİN PAŞAOĞLU
Doktora
İngilizce
2021
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU
- Enhancing photovoltaic system performance through NARX-LSTM forecasting and neuro-controller based MPPT techniques
NARX-LSTM tahmın ve nöro-denetleyici temelli MPPT teknikleri vasıtasıyla fotovoltaık sistem performansının artırılması
OUBAH ISMAN OKIEH
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAHİN SERHAT ŞEKER
- Enhancement of the flexural behavior of support region of beams under reversed cyclic loads by using advanced materials
Kiriş mesnet kesitleri eğilme kapasitelerinin tekrarlı ve yön değiştiren etkiler altında ileri teknoloji malzeme kullanarak arttırılması
EZGİ KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER İLKİ
- Otomotiv sanayiinin uluslararasılaşma süreci ve Türkiye otomotiv sanayiinin konumu
Başlık çevirisi yok
MEHMET ŞİŞMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1988
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiMarmara ÜniversitesiUluslararası İktisat Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NAZIM ENGİN
- Ürün karakteristiğine dayalı güvenlik stoğu belirleme sistematiği, tasarımı ve hızlı tüketim endüstrisinde bir uygulama
Safety stock detection systematic and design based on product characteristics and an application in fast moving customer goods industry
FIRAT HAKVERDİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE ÇEVİKCAN