Design of a self-supplied sensor for an industrial vibrating machine

Abstract

El objetivo de este trabajo es la investigación y el diseño de un sensor de medición autónomo que se alimente de las vibraciones de las máquinas en la industria, para proporcionar datos durante su funcionamiento. A lo largo de este estudio se desarrolla el plan teórico y las instrucciones para la construcción de un prototipo funcional que consiga transformar las vibraciones en electricidad y, por consiguiente, alimentar este sensor. La finalidad que se busca dar es crear un sensor de temperatura, y otras magnitudes, para máquinas industriales, las cuales produzcan vibraciones cuando estén en ejecución. El sensor se alimenta, por tanto, de la energía de las vibraciones, es decir, es autoalimentado por la propia máquina, y no necesita una fuente de energía exterior, eliminando así la necesidad de cables externos. Por último, el sensor comunicará sus mediciones a través de una antena bluetooth, también alimentada por la energía que se obtenga de estas vibraciones. En resumen, se trata de modelizar un dispositivo que cumpla l0s siguientes requisitos: 1. Transforme las vibraciones en energía eléctrica. 2. Adapte la electricidad para la alimentación de un sensor y una antena bluetooth. 3. Sea capaz de enviar las mediciones del sensor a un ordenador central. Si se es capaz de realizar todas las tareas, el dispositivo podría ser realmente útil en la industria, pues se tendría conocimiento en todo momento de cómo funciona la maquinaria, en este caso de su temperatura, sin necesidad de que un operario las controle una por una, y sin consumir energía convencional en el proceso. Además, al utilizar la tecnología Bluetooth, se suprimiría la necesidad de conectar la máquina mediante un cable a un ordenador receptor, facilitando así la comodidad de los operarios de la industria. En cada uno de los capítulos de este trabajo se desarrollan los elementos indispensables que este dispositivo ha de incorporar para su funcionamiento; en concreto: 1. Una estructura que amplifique las vibraciones de la máquina. 2. Un transductor electromecánico que transforme las vibraciones en ondas eléctricas. 3. Una serie de transformadores que adapten la onda de salida del transductor. 4. Un sensor y una antena bluetooth para tomar y enviar las mediciones de la máquina.

The objective of this work is the research and design of an autonomous measurement sensor powered from the vibrations of machines in the industry, to provide data during its operation. Throughout this study, the theoretical plan and instructions for the construction of a functional prototype are developed to transform vibrations into electricity and, consequently, feed this sensor. The aim is to create a temperature sensor, and other magnitudes, for industrial machines, which produce vibrations when they are in execution. The sensor is therefore powered by the energy of the vibrations, i.e. it is self-powered by the machine itself, and does not need an external energy source, thus eliminating the need for external cables. Finally, the sensor will communicate its measurements through a Bluetooth antenna, also powered by the energy obtained from these vibrations. In short, it is a question of modelling a device that fulfils the following requirements: 1. Transform vibrations into electrical energy. 2. Adapt the electricity to power a sensor and a Bluetooth antenna. 3. Be able to send sensor measurements to a central computer. If we are able to perform all the tasks, the device could be really useful in the industry, because we would have knowledge at all times of how the machinery works, in this case its temperature, without the need for an operator to control them one by one, and without consuming conventional energy in the process. In addition, by using Bluetooth technology, the need to connect the machine through a cable to a computer receiver would be eliminated, thus facilitating the comfort of operators in the industry. In each of the chapters of this work are developed the essential elements that this device must incorporate for its operation, specifically: 1. A structure that amplifies the vibrations of the machine. 2. An electromechanical transducer that transforms vibrations into electrical waves. 3. A series of transformers that adapt the output wave of the transducer. 4. A sensor and a bluetooth antenna to take and send the machine's measurements.