Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Improved accuracy of FEM fluxgate models based on adaptive meshing

Kopala Dominika, Szewczyk Roman, Ostaszewska-Liżewska Anna

Przegląd Elektrotechniczny

|

2024

|

R. 100, nr 10

143--146

EN

FEM modelling tools enable testing the sensors’ properties under different conditions before they are actually produced. The paper proposed a method of adaptive meshing, which is adjusted to the specific case of fluxgate magnetic field sensors. In this algorithm, the mesh is densified in such a way that skin effect, caused by eddy currents present in those sensors, can be accurately modelled with the use of FEM tools. The paper presents an example of implementation for the fluxgate sensor of Vacquier configuration.

PL

Narzędzia do modelowania MES umożliwiają testowanie właściwości czujników w różnych warunkach zanim zostaną one wyprodukowane. W artykule zaproponowano metodę adaptacyjnego tworzenia siatki, która jest dostosowana do konkretnego przypadku transduktorowych czujników pola magnetycznego. W tym algorytmie siatka jest zagęszczana w taki sposób, by można było dokładnie zamodelować w narzędziach MES efekt naskórkowości, powstały pod wpływem prądów wirowych występujących w tych czujnikach. W artykule przedstawiono przykład implementacji dla czujnika transduktorowego w układzie Vacquier’a.

2

Zastosowanie Metody Elementów Skończonych do analizy metody określania rozmiaru buta na podstawie pomiarów pola magnetycznego

Nowak Paweł, Nowicki Michał, Gazda Piotr, Frydrych Piotr, Nowicka Natalia, Szewczyk Roman

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2024

|

R. 28, nr 3

101--108

PL

W artykule przedstawiono zastosowanie Metody Elementów Skończonych (MES) do analizy przydatności metody określania rozmiaru buta na podstawie pomiarów magnetowizyjnych. Zaproponowano metodę pomiarową wykorzystującą zaburzenie jednorodnego (np. ziemskiego) pola magnetycznego przez sypki materiał o wysokiej przenikalności magnetycznej, umieszczany we wnętrzu buta i dostosowujący się do jego kształtu. Kolejnym etapem określenia rozmiaru buta był pomiar pola magnetycznego przez matrycę sensorów oraz przekształcenie odwrotne, wykorzystujące dopasowanie położenia matrycy do referencyjnego rozkładu pola magnetycznego, uzyskanego za pomocą MES (przekształcenie odwrotne). Na podstawie dopasowanych parametrów położenia matrycy określano proporcję między zmierzonym a modelowym rozmiarem buta. Omówiono numeryczne przekształcenie proste, umożliwiające generowanie trójwymiarowej tablicy pola magnetycznego i przeprowadzono udane testy przekształcenia odwrotnego. W kolejnych krokach przeprowadzono testy przekształcenia odwrotnego z uwzględnieniem szumu pomiarowego. Za pomocą MES zrealizowano przekształcenie proste dla modelu buta z wkrętem i przeprowadzono próbę przekształcenia odwrotnego dla danych wzorcowych. Zarówno wpływ szumu pomiarowego, jak i obecność dodatkowego materiału spowodowały, że proponowana metoda pomiarowa nie może być praktycznie wdrożona.

EN

Paper presents utilization of Finite Element Method (FEM) for analysis of usefulness of shoe size assessment method, based on magnetovision measurements. Measurement method based on disturbances of the uniform magnetic field (e.g. Earth’s magnetic field) is presented. Disturbances are caused by loose material of high magnetic permeability placed inside the tested shoe, which adapts to the insides of the shoe. The disturbed magnetic field is measured by the matrix of magnetometers. The values of magnetic field are an input into inverse transformation algorithm which fits the position of matrix sensors into the reference (obtained by FEM) distribution of magnetic field. Based on the fitted parameters of sensors matrix a ratio between the measured and reference shoe size was determined. A FEM-based forward transformation is presented, which allows for generation of three-dimensional array of magnetic field distribution. Initial tests of inverse transformation were conducted successfully. Next steps consisted of tests of inverse transformation method with an inclusion of the typical measurement noise. A FEM-based forward transformation was conducted of a modified shoe model (including simplified screw model). Inverse transformation was conducted but both influence of measurement noise, as well as the presence of additional high permeability material, resulted that the presented shoe size assessment method is not suitable for practical implementation.

3

Investigation of the Metrological Properties of Magnetic Field Sensors Used in Popular Smartphones for the Shoe Size Determination System

Gazda Piotr, Rękas Paweł, Frydrych Piotr, Nowak Paweł, Nowicki Michał, Szewczyk Roman

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2024

|

R. 28, nr 4

103--109

EN

This article presents a study on the metrological properties of smartphone magnetometers and their application in determining the correct shoe size. The research focuses on using magnetometers in smartphones to measure the magnetic field generated by magnetic markers placed inside shoes. To measure foot dimensions, smartphone embedded position sensors and image analysis were employed to determine key foot parameters accurately. Measurements were conducted under controlled conditions using triaxial Helmholtz coils, which generated a precise magnetic field. Linearity, sensitivity, offset, and measurement uncertainty were evaluated in several popular smartphones. The results indicate that the accuracy of magnetometer measurements depends on the quality of the smartphone. Electromagnetic interference, especially in cheaper devices, can introduce noise that affects data quality. Extended averaging periods help reduce noise and improve measurement accuracy. Smartphone magnetometers can be effectively utilized for precise magnetic field measurements, provided the device is calibrated correctly and the measurement method is appropriately adjusted. Certain limitations, such as noise from electromagnetic interference and its impact on data quality, remain challenging. Nonetheless, the study’s findings are promising, especially in applications such as shoe sizing systems, where accurate measurements of the inside of the shoe are essential for a proper fit of the shoe to the foot.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań metrologicznych właściwości magnetometrów wbudowanych w smartfony oraz ich zastosowanie w precyzyjnym określaniu rozmiaru obuwia. Badania koncentrują się na wykorzystaniu dostępnych w smartfonach magnetometrów do pomiaru pola magnetycznego generowanego przez markery magnetyczne umieszczone wewnątrz obuwia. Do pomiaru wymiarów stopy, użyto czujniki położenia wbudowane w smartfony oraz analizę obrazu w celu dokładnego określenia kluczowych parametrów stopy. Pomiary przeprowadzono w kontrolowanych warunkach wykorzystując trójosiowe cewki Helmholtza generujące precyzyjne pole magnetyczne. Oceniono liniowość, czułość, offset i niepewność pomiaru w kilku popularnych smartfonach. Wyniki wskazują, że dokładność pomiarów magnetometru zależy od jakości smartfona. Zakłócenia elektromagnetyczne, szczególnie w tańszych modelach, mogą wprowadzać szum, który obniża jakość zbieranych danych. Wydłużenie czasu uśredniania pomiarów pomaga zredukować szumy i poprawić dokładność pomiarową. Magnetometry smartfonów mogą być skutecznie wykorzystywane do precyzyjnych pomiarów pola magnetycznego, pod warunkiem ich prawidłowej kalibracji i odpowiedniego dostosowania metody pomiarowej. Ograniczenia, takie jak zakłócenia elektromagnetyczne i ich wpływ na jakość danych, stanowią wyzwanie. Niemniej jednak wyniki badania są obiecujące, szczególnie w systemach doboru rozmiaru obuwia, gdzie dokładne pomiary wnętrza buta są niezbędne do prawidłowego dopasowania buta do stopy.

4

Functional parameters of sensors for the extended cross-float method

Brzozowski Adam, Szewczyk Roman, Gazda Piotr, Nowicki Michał

Metrology and Measurement Systems

|

2024

|

Vol. 31, nr 4

863--873

EN

This study enables justified selection of suitable sensors for the extended cross-float method for the calibration of piston gauges. Three sensor types were tested: a triangulation laser sensor, a capacitive sensor, and a high-precision accelerometer. The extended cross-float method is employed to avoid determining the equilibrium point between interconnected manometers during piston gauge calibration, assessing the fall rate and displacement of the piston. Thus, this makes the parameters above the most relevant and crucial for the mentioned method. The performance of each sensor was evaluated under identical load-pressure conditions to ascertain the accuracy in measuring piston displacement and fall rate. The laser sensor demonstrated the highest measurement precision, while the capacitive sensor effectively smoothed data, mitigating the impact of surface irregularities. Despite its ease of use and installation, the accelerometer showed notable data noise and less accurate results than the other sensors. These findings provide a comparative analysis of sensor performance, highlighting their respective advantages and limitations in the context of high-precision pressure measurement applications.

5

Mutual inductance model of the mechanical stress sensitivity of a power transformer’s functional parameters

Rękas Paweł, Szewczyk Roman, Szumiata Tadeusz, Nowicki Michał

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2024

|

Vol. 18, No. 4

13--21

EN

The mutual inductance model enables testing of the behavior of power transformers under different operation conditions, especially under the environmental influences on the transformer’s core. This paper presents the results of an investigation of the stress dependence of the magnetic relative permeability of a power transformer. It was observed that under tensile mechanical stresses up to 98 MPa applied to the core, the transformer input current amplitude increases by almost 67%, whereas the transformer’s reactive power increases by 53%. In industrial systems, such changes can potentially lead to unwanted power system shutdowns due to overloading. This effect should be considered during the development of critical power systems

6

The model of mechanical stress dependence of 2D magnetic permeability of grain-oriented electrical steel sheets adaptable for finite element-based modeling

Rękas Paweł, Szewczyk Roman, Szumiata Tadeusz, Nowicki Michał

Archives of Electrical Engineering

|

2024

|

Vol. 73, nr 4

1123 --1135

EN

The paper presents the model of stress dependence of 2D relative magnetic permeability of anisotropic, grain-oriented M120-27s electrical steel suitable for finite element method modeling. The proposed model was developed based on experimental results acquired using the measuring setup with a testing yoke equipped with a Cardan gyroscopic mechanism and hydraulic press. In the presented model, parameters of the tensor description of 2D relative magnetic permeability were chosen during the feature selection process and identified during differential evolution optimization. The good quality of the proposed model was quantitatively confirmed by the R-squared coefficient, which exceeds 0.997 for all plots of the 2D relative magnetic permeability tensor.

7

The Measurement Method of a Piston Fall Rate

Brzozowski Adam, Szewczyk Roman, Gazda Piotr, Nowicki Michał

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2023

|

R. 27, nr 4

65--69

EN

The accurate determination of the piston fall rate is one of critical parameters in dead-weight testers and piston gauges, as it confirms a quality of machining, instrument accuracy class, and long-term stability. This study introduces a method for determining piston fall rate using two triangulating laser distance sensors. This approach offers versatile applicability, in high-precision standards as well as in regular-class instruments, and is robust in accommodating variations in measurement ranges, pressure transmitting mediums, materials of weights, and weight diameters. The method utilizes two laser sensors symmetrically positioned under the primary weight of the piston pressure gauge, allowing for seamless measurements without the need for sensor adjustments. The data collected from these sensors are processed to calculate the average displacement of the primary weight. The method’s effectiveness is demonstrated with high linearity and precision in determining the piston weight fall rate. This approach can lead to improvements in fluid dynamics analysis and metrology of precise pressure balances. The method’s advantages include error mitigation and reduced operator intervention, making it highly suitable for applications requiring accurate piston descent velocity measurements, particularly in older measuring instruments. The establishment of a reference dataset can enhance the accuracy of periodic examinations of piston-cylinder assemblies, thereby reducing costs and improving measurement quality.

PL

Prędkość opadania tłoka stanowi jeden z kluczowych parametrów w zespołach pomiarowych ciśnieniomierzy obciążnikowo-tłokowych, ponieważ świadczy o jakości wykonania, klasie dokładności urządzenia oraz rzutuje na stabilność długoterminową. Niniejsza praca przedstawia metodę określania prędkości opadania tłoka za pomocą dwóch triangulacyjnych laserowych czujników przemieszczenia. To podejście cechuje wszechstronna przydatność, zarówno we wzorcach o najwyższej precyzji, jak i w przyrządach roboczych, jak również jest uniwersalne bez względu na zakresy pomiarowe, rodzaje mediów przekazujących ciśnienie, materiały obciążników i ich wymiary. Metoda ta wykorzystuje dwa czujniki laserowe, umieszczone symetrycznie pod obciążnikiem podstawowym ciśnieniomierza, co pozwala na pomiary bez konieczności regulacji ustawienia czujników. Dane zbierane przez te czujniki są przetwarzane w celu obliczenia średniego przesunięcia obciążnika podstawowego, a co za tym idzie tłoka. Skuteczność metody jest potwierdzona wysoką liniowością i precyzją w określaniu prędkości opadania tłoka. Zaletami metody są eliminacja błędów oraz ograniczenie ingerencji operatora, co sprawia, że jest ona szczególnie odpowiednia do zastosowań wymagających dokładnych pomiarów prędkości opadania tłoka, zwłaszcza przy starszych przyrządach pomiarowych.

8

Sensitivity Limits and Functional Characteristics of Fluxgate Sensors with Rod-Shaped Magnetic Cores

Kopala Dominika, Ostaszewska-Liżewska Anna, Szewczyk Roman

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2022

|

R. 26, nr 2

29--33

EN

Highly sensitive fluxgate magnetic field sensors with rod-shaped cores are widely used for non-destructive testing as well as for industrial applications. However, in case of both Foerster and Vacquier (two-core sensors configurations), fluxgate sensors sensitivity is directly connected with the relative magnetic permeability of the sensor’s core. It should be highlighted that the magnetic permeability of rod-shaped magnetic cores is driven mainly by the demagnetization factor determined by its slenderness (aspect ratio). The paper presents the analyses of sensitivity limits of fluxgate sensors with rod-shaped cores. On the base of estimations of demagnetization factor specific for fluxgate sensors, it is shown that in case of rod-shaped cores, the sensor’s sensitivity is connected with the shape of the core rather than its relative magnetic permeability. This conclusion is essential during the development and optimization of functional characteristics of fluxgate sensors.

PL

Bardzo czułe sensory pola magnetycznego typu fluxgate z rdzeniami w kształcie prętów są szeroko stosowane w badaniach nieniszczących, jak również w zastosowaniach przemysłowych. Jednak zarówno w przypadku czujnika w konfiguracji Foerster’a, jak i Vacquier’a (obie konfiguracje dotyczą sensorów dwurdzeniowych) ich czułość jest bezpośrednio związana ze względną przenikalnością magnetyczną rdzeni. Należy podkreślić, że o przenikalności magnetycznej prętowych rdzeni magnetycznych decyduje przede wszystkim współczynnik rozmagnesowania określony przez jego smukłość (proporcje). W artykule przedstawiono analizę granic czułości sensorów typu fluxgate z rdzeniami prętowymi. Na podstawie oszacowań współczynnika rozmagnesowania charakterystycznego dla czujników typu fluxgate wykazano, że w przypadku rdzeni prętowych czułość sensora związana jest raczej z kształtem rdzenia niż z jego względną przenikalnością magnetyczną. Wniosek ten jest szczególnie ważny podczas opracowywania i optymalizacji charakterystyk funkcjonalnych czujników fluxgate.

9

Pomiar parametrów filtrów elektronicznych typu MEMS z automatycznym wyznaczaniem niepewności

Wasilewska Natalia, Nowak Paweł, Szewczyk Roman

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2022

|

R. 26, nr 3

43--48

PL

Stosowane w praktyce filtry elektroniczne typu MEMS wymagają eksperymentalnego badania charakterystyk amplitudowych i fazowych. Wymaga to opracowania metody pomiarowej, która nie tylko zapewni pomiar charakterystyk, lecz umożliwi równoczesne oszacowanie niepewności tego pomiaru. Opisany sterowany komputerowo system pomiarowy umożliwia pomiary charakterystyk filtrów z zachowaniem spójności pomiarowej przy uwzględnieniu w pełni zautomatyzowanego procesu szacowania niepewności pomiaru. Testy przeprowadzone w trakcie badania charakterystyki przykładowego filtru magnetostrykcyjnego potwierdziły zarówno poprawność zaproponowanego rozwiązania, jak i jego możliwość zastosowania w praktyce.

EN

MEMS type electronic filters used in practice require experimental testing of amplitude and phase characteristics. This requires the development of a measurement method that will not only measure the characteristics, but also allow for the simultaneous estimation of the measurement uncertainty. The computer-controlled measuring system described in the article enables the measurement of filter characteristics while maintaining measurement traceability, taking into account the fully automated process of estimating the measurement uncertainty. The tests carried out during the study of the characteristics of the exemplary magnetostrictive filter confirmed both the correctness of the proposed solution and its applicability in practice.

10

Improved Control of Mesh Density in Adaptive Tetrahedral Meshes for Finite Element Modeling

Ostaszewska-Liżewska Anna, Kopala Dominika, Szewczyk Roman

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2022

|

R. 26, nr 2

23--28

EN

Tetrahedral meshing is the critical element of finite element modeling. Recently, adaptive meshing has been commonly used. In such meshing, according to the Delaunay method, mesh density is connected with the curvature of modeled object’s edge. Such a method is especially efficient during the modeling of mechanical systems. However, the efficiency of commonly used meshing algorithms is strongly limited in surface-focused phenomena, such as eddy current induced by magneto-dynamic processes. The paper proposes the improved method of Delaunay meshing considering the specific requirements of magnetodynamic systems. In the proposed method, tetrahedral mesh density may be flexibly modified according to the needs of modeled physical phenomena, such as eddy current density. As a result, physical effects may be efficiently and accurately described in finite element models. The paper presents the example of implementing the proposed solution for cylindrical wire. The complete source code is available as open-source software for further practical use and development.

PL

Siatki tetrahedralne są kluczowym elementem w metodzie elementów skończonych. Ostatnio powszechnie stosowane są siatki adaptacyjne, w których zgodnie z metodą Delaunay’a gęstość powiązana jest z krzywizną krawędzi modelowanego obiektu. Metoda ta jest wyjątkowo efektywna w przypadku modelowania układów mechanicznych. Niemniej jednak wydajność powszechnie stosowanych metod siatkowania jest mocno ograniczona w przypadku zjawisk skupionych na powierzchni modelu, takich jak prądy wirowe indukowane przez procesy magnetodynamiczne. Artykuł przedstawia propozycję ulepszonej metody siatkowania metodą Delaunay’a, uwzględniającą specyficzne wymagania układów magnetodynamicznych. W proponowanej metodzie gęstość siatki tetrahedralnej może być elastycznie modyfikowana odpowiednio do potrzeb modelowanego zjawiska, takiego jak gęstość prądów wirowych. W rezultacie efekty fizyczne mogą być efektywnie i dokładnie opisane za pomocą modeli stworzonych metodą elementów skończonych. W artykule przedstawiono przykład implementacji zaproponowanego rozwiązania dla przewodu cylindrycznego. Pełny kod źródłowy dostępny jest w formie otwartej licencji do dalszego rozwoju i użycia w praktyce.

11

Model doskonalenia procesu produkcji w przedsiębiorstwie branży biomedycznej

Dębowski Marcin, Szewczyk Roman, Gudanowska Alicja

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2019

|

R. 23, nr 1

43--46

PL

W artykule przedstawiono nową koncepcję modelu doskonalenia jakości w przedsiębiorstwie produkcyjnym branży biomedycznej. Zaproponowane rozwiązanie uwzględnia zarówno specyficzne wymagania branży biomedycznej, jak również integrację procesu doskonalenia jakości z rozwiązaniami zarządzania zautomatyzowanymi systemami produkcji. Zaproponowany system doskonalenia jakości obejmuje ponadto oryginalną metodę monitorowania odpadów z produkcji oraz elementów wadliwych (czerwone oko), która nie tylko zapewnia poprawę efektywności produkcji, ale również ułatwia działania pro-ekologiczne i umożliwia zmniejszenie obciążenia środowiska. Zaproponowany model został zweryfikowany w zakładzie produkującym soczewki wewnątrzgałkowe, prowadząc do wzrostu produktywności o ponad 20%.

EN

Paper presents the new concept of quality improvement model for biomedical production plant. Proposed solutions take into consideration both specific requirements of biomedical production as well as integration of quality assessment process with automated production control systems. Moreover, proposed quality improvement model covers original method of production waste monitoring (red eye method), which provide not only increase of production efficiency but also opens new possibilities of ecology-oriented actions. Proposed model was tested in intraocular lenses production process leading to the increase of productiveness exceeding 20%.

12

Heat transfer model of a small size satellite on geostationary orbit

Preumont Philippe, Szewczyk Roman, Wittels Paweł, Czubaczyński Filip

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2019

|

Vol. 13, No. 3

14--26

EN

The purpose of the study is to compute an approached satellite thermal model to be able to estimate the heat transfer and the maximum temperature through the harmonic gear for small size geostationary satellite. We use finite element method using known data with Nastran In-CAD FEM software. The presented results show temperature gradients compatible with experimental information. Though the results are not correlated with dedicated tests, they seems to be in line with what can be found in literature. The paper use these information in dedicated analysis related to impact of temperature gradient in precision mechanism. The second purpose of the study is to show that simplified tools and methods allows to reach results sufficient for preliminary analysis. The space business is changing fast with growing private companies that are challenging conservative space standards. A simplified analysis allowing to reduce cost and increase competitiveness is presented.