Zde - UTEE

Sborník konference projektu
„Institut experimentálních technologií 2“
20. - 21. záí, 2011
Brno, eská republika
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpotem eské republiky.
1
Editor
Název
Vydání
Rok vydání
Vydavatel
Nakladatelství
Tisk
doc. Ing. Pavel Fiala, Ph.D., Ing. Jan Mikulka
Sborník konference projektu „Institut experimentálních technologií 2“
první
2011
Vysoké uení technické v Brn, Fakulta elektrotechniky a
komunikaních technologií
Entity Production, s.r.o.
Entity Production, s.r.o.
ISBN
978-80-214-4315-0
2
Konference projektu „Institut experimentálních technologií 2“
Pedseda konference
doc. Ing. Pavel Fiala, Ph.D., VUT v Brn, eská republika
Odborná komise
prof. Ing. Karel Bartušek, DrSc., VUT v Brn, eská republika
prof. Ing. Jarmila Ddková, CSc., VUT v Brn, eská republika
prof. Dr. Ulrich Schmid, Vienna University of Technology, Rakousko
Dr. Beata Mikovicova, Institut Supérieur d’Electronique de Paris, Francie
Ing. Frederic Amiel, Institut Supérieur d’Electronique de Paris, Francie
Dr. Dieudonne Abboud, Institut Supérieur d’Electronique de Paris, Francie
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D., VUT v Brn, eská republika
doc. Ing. Petr Koas, Ph.D. , VUT v Brn, eská republika
doc. Ing. Pavel Fiala, Ph.D., VUT v Brn, eská republika
Ing. Radek Kubásek, Ph.D., VUT v Brn, eská republika
Ing. Michal Hadinec, VUT v Brn, eská republika
Ing.Tomáš Kíž, VUT v Brn, eská republika
Ing. Zdenk Roubal, VUT v Brn, eská republika
Ing. Radim Kadlec, VUT v Brn, eská republika
Ing. Jan Mikulka, VUT v Brn, eská republika
Ing. Zoltán Szabó, VUT v Brn, eská republika
Ing. Martin Friedl, VUT v Brn, eská republika
Ing. Tibor Bachorec, Ph.D., SVS FEM s.r.o., eská republika
Ing. Michal Král, Prototypa a.s., eská republika
Ing. Pavel Váo, ABB s.r.o., eská republika
Ing. Radek Javora, Ph.D., ABB s.r.o., eská republika
Ing. Petr Slavata, Eaton Elektrotechnika s.r.o., eská republika
Ing. Jindich Bulva, Eaton Elektrotechnika s.r.o., eská republika
Organizaní komise
Ing. Taána Krajíroviová, VUT v Brn, eská republika
Marie Hábová, VUT v Brn, eská republika
3
Obsah
Slovo úvodem ............................................................................................................................. 5
Institut experimentálních technologií ......................................................................................... 7
Fakulta elektrotechniky a komunikaních technologií............................................................. 12
Eaton Elektrotechnika s.r.o. ..................................................................................................... 14
SVS FEM s.r.o. ........................................................................................................................ 17
ABB v eské republice ............................................................................................................ 18
Prototypa a.s. ............................................................................................................................ 23
Mení vlastností laserového zdroje s válcovou optikou ......................................................... 26
Detektory kov ......................................................................................................................... 28
Robotický podvozek ................................................................................................................. 31
Prmyslové programovatelné relé ............................................................................................ 34
Speciální zdroje pro snímání rychlých jednorázových dj..................................................... 36
Mapování specifických konfigurací magnetického pole .......................................................... 40
Ovení životnosti a spolehlivosti elektronických modul akcelerovanými testy ................... 43
Návrh micí sít ...................................................................................................................... 46
Píprava výkres pro databázi pístroj ................................................................................... 48
Návrh rozvodny NN ................................................................................................................. 51
Analýza signál pi stimulaci biologických objekt ................................................................ 54
Praktická realizace generátoru šumu ........................................................................................ 57
Snímae krátkého proudového impulsu vysoké úrovn ........................................................... 59
Návrh automatizované testovací linky ..................................................................................... 62
Optimalizace metod potlaování obrazového šumu................................................................. 65
Návrh tecí hlavy pro magnetický árový kód......................................................................... 68
Numerické modelování vlivu magnetické susceptibility na MR obrazy ................................. 71
Návrh bezdrátového penosu signálu z teplotních idel........................................................... 74
Konstrukce a návrh transformátor .......................................................................................... 78
Micí komora s Peltierovými lánky ...................................................................................... 81
ízení speciálních automat..................................................................................................... 84
Bezdrátové ovládání s kódovaným penosem .......................................................................... 87
Atmosférická korekní jednotka pro laserový interferometr ................................................... 90
4
Slovo úvodem
Malý národ i malá firma nemže si asto dovolit velkou specializaci
Ing.Bohumil Král, CSc. PROTOTYPA a.s.
Motto:
....
Malý národ nemže si asto dovolit velkou specializaci a tak proti orientaci pedválené, pro kterou
dnešní výchova staila, jeví se dnes stále potebnjší nutnost jakési obecnjší základny našich
vdomostí,
A tu mám práv dojem, že studium francouzské vdecké orientace by nám velmi posloužilo, jelikož
franc.vda se vyznauje v základ jakousi obecností, libuje si v zdraznní základních jev a
v jednoduchosti. Orientace taková, pepracovaná podle naší pirozené povahy, mže sloužit za
základnu pro technickou práci našich inženýr, takže se mohou lehce pizpsobit požadavkm praxe.
Na nkterých našich vysokých školách byla zavedena specialisace obor. Tato specializace není
nikterak v rozporu s tím, co výše eeno. Naopak zavedení specializace bylo výborným inem mistrn
vystihujícím požadavek doby. Elektrotechnik, zvyklý za stídavé zjevy, chápe velmi dobe, že i veškerý
kulturní vývoj dje se v pravidelných kmitech. A tak odpovídá zavedená specialisace období periody
kyvu, kdy rozvoj vdy vyžadoval dlení. Dnes však asi pichází další kyv periody, který vyžaduje jisté
obecnosti a jen tak jsem mínil tyto poslední úvahy. Nevím pesn, zda tento kyv se již dnes dostavil, ale
jsem pesvden, že po nm budou následovat další kmity s požadavky, další specializace a opt
obecnosti atd. aniž bychom mohli tušit, které bude poslední stadium tohoto vývoje. [1]
Tyto vty napsal osmadvacetiletý Doc.Dr.Ing. Aleš Bláha v roce 1934, pozdjší profesor a pednosta
Ústavu teoretické a experimentální elektrotechniky, tedy téhož ústavu, který dnes eší projekty IET1 a
IET2.
Bláhou zdrazovaným a na francouzských zkušenostech oveným metodickým výcvikem zjišujeme
strukturu problému, pedvídáme jeho ešení a jeho zvláštnosti i odlišnosti, vidíme souvislost jeho
s mnoha jinými problémy. Metodických postup je pak mnohem mén (ne-li v nejvyšší form jeden
jediný) a takto formovaná hlava myslí jasn a hospodárn a ovšem také nejintenzivnji, má nadji, že
vyeší i každý nový píklad, který není v píruce.
Tento metodický a dynamický prvek myšlení, který je základem tvoivé práce, lze získat jen soustavným
cviením.
Jakmile jde o výchovu a osvtu jen úsilí má cenu. … Je teba úsilí. Úsilím se duch cvií a lepší . Je to
disciplína úsilí, která psobí že lovk mže zamovati stále výše a podstupovati stále tvrdší zkoušky.
Mám dojem, že tento metodický výcvik, umní zamovati hospodárn stále výše, chybí našemu
studentu i inženýru, zanedbává se na stední škole i na škole vysoké.
….Jde o to nauit studenta samostatn a metodicky tvoit, vnuknout mu zkušenost, jak si s problémem
poradit, Ta zkušenost se pak osvdí tak, že pozdji i v konstrukních pedmtech pracuje již velmi
energicky a sebevdom, s úsporou asu a velkým stupnm originality…. Inženýrská práce je vdecká
a metoda vdecké práce je v zásad táž.. [1]
Mohu konstatovat, že tato slova neztratila nic na své aktuálnosti ani v roce 2011 a zejména pro malé
firmy s vlastním vývojem zní pímo prorocky.
Profil budoucího pijímaného elektroinženýra pro firmu PROTOTYPA a.s. – to jest pro firmu
s potem zamstnanc okolo 20 a maximáln ptilenným týmem v oblasti vývoje – by ml odpovídat
široce teoreticky a experimentáln vzdlanému odborníkovi, který se dokáže adaptovat na ešení
mezioborových projekt a v prbhu asu si osvojovat nové dovednosti a picházet s originálními
nápady. Pedevším se preferuje dobrý fyzikální základ inženýrských znalostí, široké znalosti
experimentální metod, schopnost týmové práce a v neposlední ad vhodné moráln volní vlastnosti,
dovolující chápat a tvrím zpsobem rozvíjet firemní know how .
5
Nezanedbatelným požadavkem na elektroinženýra v malé firm je i pochopení kontinuity
mezigeneraního toku znalostí a zkušeností a schopnost pedávat nezištn nabyté zkušenosti a znalosti
následníkm a starat se tak o budoucnost firmy.
Budoucí elektroinženýr s takovými vlastnostmi se zejm musí zaít vychovávat od útlého mládí.
Technický talent by mla rozvíjet již základní škola a navazující stední vzdlání by mlo tvrí
schopnosti jedince rozeznat a kultivovat. Vysoká škola by o technických talentech mla vdt
v dlouhodobém pedstihu a spolupracovat s nimi nejrznjšími formami. Projekty IET1 a IET2 se
zdají být jednou z vhodných forem a v mnohém navazují na dnes již tém zapomenutou osvdenou
praxi „starých“ profesor, jakým byl napíklad profesor Aleš Bláha, od jehož narození uplynulo letos
105 let a od jeho úmrtí 25 let...
Jeho myšlenky jsou však - zdá se - nadasové….
Prof.Aleš Bláha v roce 1952 (rodinný archiv)
[1] Aleš Bláha : Elektrotechnik a matematika. Elektrotechnický obzor. Roník 23 (1934),
.42, str.666-668.
6
Institut experimentálních technologií
doc. Ing. Pavel Fiala, Ph.D.
K 1. lednu 2008 byl pi Ústavu teoretické a experimentální elektrotechniky FEKT VUT v
Brn zízen Institut experimentálních technologií (IET, www.ietbrno.eu s registrovanou známkou),
jehož hlavním posláním je píprava talentovaných student pro excelentní uplatnní na trhu práce.
Vedlejší avšak nezanedbatelnou inností je propagace oboru a získávání mládeže pro studium
elektrotechniky.
Institut je moderním vzdlávacím zaízením, jehož stžejní výchovn vzdlávací metodou je
práce studentských tým pod vedením doktorand a mladých akademik na špikových projektech
zadaných prmyslovými podniky, nikoliv ešení pouhých školských témat. Podailo se do ešitelských
tým zapojit studenty jak technické univerzity tak i stedních škol. Podailo se prohloubit kompetencí
absolvent jak technických stedních škol tak gymnázií a vysokých škol- univerzitního typu a
nastoupení jejich orientace na udržení tempa s trendy inovací a se smry vývoje elektrotechnického
prmyslu v R 21. století.
Rozpracování této zdánliv jednoduché myšlenky jsme navázali na tradici Ústavu teoretické a
experimentální elektrotechniky vedené prof. Alešem Bláhou v poválené dob. Inspirací k obnovení
tohoto zpsobu výuky a podporou nám bylo jednání na Odboru školství Krajského úadu
Jihomoravského kraje, na Magistrátu msta Brna a na Regionální hospodáské komoe Brno.
Všechny zmínné instituce se obávají trvalého a prohlubujícího se nedostatku kvalifikovaných
pracovník v technických oborech, a to na všech úrovních. Spolen v tom vidíme nebezpený signál
pro budoucnost regionu a proto byl projekt Institutu experimentálních technologií spuštn a podpoen
Ministerstvem školství, mládeže a tlovýchovy R (MŠMT) a tím jsme se spolenými silami rozhodli
pispt k náprav tohoto nepíznivého stavu.
Ze zkušenosti mžeme potvrdit, že vyhledávat talentovanou mládež je nutné již na základních
školách Proto vyzýváme ke spolupráci na vyhledávání nadaných student a jejich píprav ke studiu
technických obor všechny kompetentní vzdlávací instituce, které vnímají význam kvalitní odborné
pípravy a rozvíjení talentu nadaných žák a student nejen pro jejich osobní kariérní vyhlídky, ale i
pro konkurenceschopnost eského prmyslu.
Stedním školám v regionu se díky realizaci projektu Institut experimentálních technologií 2
podpoený MŠMT v rámci Evropských strukturálních fond operaního programu vzdlávání pro
konkurenceschopnost z prioritní osy 2.2 otevela nabídka pro adu aktivit k prohlubování odborných
kompetencí pedagog využitelná i pro popularizaci technických vd a podpory technické výchovy.
Byly navázány kontakty s elektrotechnickými podniky v R.
Institut je nachystán dále rozšiovat, prohlubovat a rozvíjet spolupráci s výzkumnými týmy
elektrotechnických podnik a v sekundárním efektu zajistit výmnu zkušeností mezi školami všech
stup a dále dynamicky navazovat kontakty se vznikajícími novými podniky v zajímavých a
dynamicky se rozvíjejících oborech elektrotechniky, které se mohou chlubit prozíravým až osvíceným
managementem. Pro zabezpeení innosti Institutu usilujeme o rzné formy cílené podpory jeho
innosti.
Nkolik slov a fakt o projektu IET2 CZ.1.07/2.2.00/07.0390. Projekt byl naplánován na období
1.3.2009-29.2.2013. Ale již zaátek se díky poskytovateli dotace odložil a po jistém nemalém úsilí zaal
chod projektu od 1.6.2009. Tímto nepatrným posunutím zaátku se celý projekt musel pepracovat
nebo harmonogram prací a koordinace inností synchronizovala v pvodním projektu s aktivitami
akademického roku Vysokého uení technického v Brn. Musela se pizpsobit celá struktura a
pepracovat jej od rozpotu po koncové klíové aktivity.
Cíle projektu
Institut experimentálních technologií 2 (IET2) je svými vzdlávacími a vdeckovýzkumnými
aktivitami zamen na pípravu vysoce kvalifikovaných odborník pro poteby prmyslových podnik.
Jedná se o zcela nový a unikátní výukový systém, založený na kombinaci využití klasických metod,
maximálního využití ICT technik pro výuku, samostudia talentovaných student a práce na ešení
reálných projekt zadaných prmyslovými podniky. Tato tvrí spolupráce povede k tsnému
7
propojení sféry terciárního školství se sférou prmyslovou. Projekt IET2 si klade dále za cíl zapojit do
ešení prmyslových projekt (jejich výpoetn-numerické ásti) i další studenty FEKT VUT v Brn,
jelikož tyto znalosti jsou od absolvent v praxi vyžadovány. Dojde proto k inovaci dvou studijních
program, a to zavedení nového studijního pedmtu pro bakaláské studium - Modelování
elektromagnetických polí (BMEM) a inovaci studijního pedmtu pro magisterské studium Modelování elektromagnetických polí (MMEM). Inovace je nezbytná jednak z dvodu rychlých zmn
v oblasti numerických výpot a modelování, a dále v reakci na požadavek firem na úrove a kvalitu
vstupních znalostí absolvent VŠ picházejících na trh práce. Všechny projekty zadané do IET k ešení
studentskými týmy budou mít ást teoretickou-rešeršní, dále výpoetní-numerickou a závrenoupraktickou, která konkrétními výsledky, píp. realizací prototyp, splní zadání podnik a bude
ukonena obhájením projekt ped komisí IET složenou z odborník z praxe a akademických
pracovník. Pro studenty budou zajištny stáže v podnicích, které projekty zadávají. V oblasti
složitých numerických výpot budou rovnž zvýšeny odborné znalosti akademických pracovník,
kteí je využijí jak ve výuce, tak ve vedení studentských ešitelských tým. IET bude zapojeno do
mezinárodní spolupráce s cílem výmny zkušeností pi inovaci vzdlávacích modul.
Poptávka po kvalifikovaných absolventech vysokých škol v elektrotechnickém oboru roste,
jak vyplývá z šetení, která byla provádn v letech 2006 - 2008 Svazem prmyslu a dopravy R
(SPDR) mezi svými leny. Pro vysokou školu vyplynula píležitost podpoit talentované studenty v
ešení prmyslových projekt a rovnž zvýšit konkurenceschopnost vysoké školy prostednictvím
inovací svých studijních program a zvyšováním odborných kompetencí akademických pracovník, s
cílem co nejvíce pizpsobit profil absolventa technické vysoké školy potebám prmyslu. Projekt
IET2 prokázal inovativní pístup ke vzdlávání a píprav lidských zdroj na vysoké škole, a to díky
propojení teoretických poznatk s praktickými prostednictvím ešením reálných projekt zadaných
prmyslovými podniky. V souasné dob nejsou absolventi vysoké školy dostaten pipraveni na
vstup na trh práce - opt na to poukazuje šetení SPDR. Profil neodpovídá souasným potebám
firem psobícím jak v R, ale i v rámci EU. ešením reálných projekt v týmech, pobytem na stáži v
prmyslovém podniku, aktualizovanými informacemi poskytovanými pi výuce se zkracuje doba
zaazování do pracovního procesu po nástupu do zamstnání a absolvent je vybaven praktickými
dovednostmi a seznámen s pracovními postupy dané firmy, což vede k zvýšení produktivity práce
prmyslových podnik. Projekt si klade za cíl i zvýšení odborných kompetencí akademických
pracovník tak, aby studenty pipravovali dsledn pro poteby trhu práce. Draz práv na praktické
dovednosti absolvent technických škol byl diskutován a podporován Magistrátem Msta Brna,
odborem školství KÚ JMK, Regionální hospodáskou komorou a prmyslovými podniky.
Koncem projektu mžeme konstatovat dosažení tsnjšího propojení akademické a
prmyslové sféry, zvýšení odborných znalostí student i akademických pracovník v
elektrotechnickém oboru, a v koneném dsledku zvýšení konkurenceschopnosti eského prmyslu.
Pínos projektu
Prostednictvím projektu IET2 mají akademití pracovníci možnost konzultovat inovaci
studijních program s odborníky z praxe, obohatit výuku o praktické píklady, úlohy a držet krok v
souladu s nejnovjšími poznatky v této oblasti, zejména v mezioborových trendech souasného vývoje
prmyslu. Talentovaní studenti VŠ, kteí se zapojili do ešení prmyslových projekt, mají snadnjší
možnost pechodu do praxe nebo eventuáln i pi volb akademické dráhy na VŠ. Studenti jsou
zvýhodnni pímým kontaktem s prmyslovým podnikem zadávajícím projekt a jeho experty, bhem
práce na projektu si osvojují komunikaní a týmové dovednosti, prezentaní dovednosti, seznamují se
s principy projektové práce v širší variaci podle typu podniku vetn respektování požadavk
zadavatel projekt - svých potenciálních zamstnavatel. Svou rolí vedoucích ešitelských tým si
doktorandi a jejich supervizoi (akademití pracovníci, kteí kompletn zodpovídají za úspšné
vyešení projekt) osvojují manažerské dovednosti. Prvek maximálního propojení akademického
vzdlání a poteb prmyslu prostednictvím IET vede k neustálému zvyšování odborné úrovn
akademických pracovník, odolnosti vi zátžovým stavm a jejich pímému napojení na praxi
vetn smrování student od poátku jejich studia smrem k praktickému využití jejich nabytých
teoretických poznatk. Pro aktivity IET je maximáln využíváno zázemí naší univerzity. Byla
vybudována navíc vzorová laborato pro ešení projekt a vzniklo odpovídající laboratorního prostedí
8
pro praktickou ást výuky IET. Inovace pro cílovou skupinu akademických pracovník i student
spoívá v úzkém propojení samotné výuky na škole s prmyslovou realitou, kdy vyuovaná látka není
rigidním balíkem informací, ale kdy se celá koncepce výuky pizpsobila požadavkm spolupráce s
pedními odborníky na problematiku z prmyslu. V rámci akreditovaných pedmt se flexibiln
aktualizovaly obsahy pedmt o nejnovjší poznatky a umožnilo se tak studentm nabyté znalosti
zvládat na reálných úlohách.
Aktivity po ukonení financování z ESF
Po ukonení financování projektu IET2 z ESF bude již studijní pedmt BMEM vytvoen a
MMEM inovován, budou vytvoeny osnovy i studijní podpory, budou náležit proškoleni akademití
pracovníci pro realizaci výuky. Výuka v pedmtech bude nadále nabízena v rámci bakaláského a
magisterského studijního programu minimáln po dobu dalších 5 let. Souasn budou programy dále
rozvíjeny a budou uplatovány výstupy získané monitorováním zptné vazby od student, vyuujících
i expert z praxe.
Budou uzavírána nová partnerství s prmyslovými podniky, které se budou podílet na výuce a budou
poskytovat zadání pro ešení projekt studentskými týmy. Vzhledem k tomu, že se oekává pevis
poptávky po možnosti absolvovat títýdenní stáž v podnicích, bude snaha o exponenciální nárst
partnerských firem, které stáže zajistí a zárove tak budou mít možnost vybírat a motivovat
potenciální zamstnance pro práci práv v jejich podniku. Bhem dvouleté spolupráce pi práci na
konkrétním projektu mají výjimenou píležitost si absolventy pomoci vychovat podle aktuálních
trend. Zadání projekt, konzultace bhem jejich ešení, stáže i jejich obhajoba pod vedením
specialist z podnik bude ošetena hospodáskou smlouvou, ve které tyto innosti budou podnikem
poskytnuty a zárove budou stanoveny podmínky za kterých bude probíhat ešení projekt studenty
IET.
Bhem realizace projektu IET2 se vytvoily a zavedly mechanismy organizace získávání projekt,
podailo se zvládnout a nastavit administrativní procesy evidence projekt, student IET a jejich
innosti na projektech.
Zárove bude pokraovat již zapoatý proces dalšího vzdlávání akademických pracovník za
pispní odborník z firem, a vytvoená komunikaní platforma škola-prmysl bude využita k jejich
dalšímu profesnímu rozvoji. Poítá se rovnž s rozšiováním mezinárodní spolupráce o další
partnerské organizace v zahranií, s možností zavedení zahraniních výmnných stáží pro studenty. S
francouzským ISEP bude pokraovat kooperace a bude rozšíena spolupráce zejména s TU Víde, jak
na úrovni pedagogicko-didaktické, tak v oblasti ešení VaV projekt pokraovat i nadále.
Inovativnost metody
Inovativnost a originalita projektu IET2 spoívá v reálném a skuteném zavedení prvku
propojení terciárního vzdlávání s potebami prmyslových podnik do vyuovacích osnov, se
zamením na profil absolventa vysoké školy vstupujícího na trh práce, a to unikátním zpsobem
odpovdným zapojení student již bhem jejich studia do ešení prmyslových projekt a
propracovaným systémem pípravy lidských zdroj. IET umožuje rozvíjet nejen kompetence
student, ale i akademických pracovník, piemž v kombinaci s projektem IET1 bude postihnuta jak
oblast terciálního, tak oblast poáteního vzdlávání. Velký draz je kladen na úspšné vyešení
projekt studentskými ešitelskými týmy za dodržení asových i kvalitativních nárok podnik, což se
neobejde bez osvojení si zásad projektového ízení, komunikaních dovedností vetn uritého
podnikatelského náhledu.
Na rozvoj kompetencí je pamatováno v plánu kurz a školení, jejich zapojení do mezinárodních sítí
(formou workshop a konference). Studenti jsou prostednictvím IET vedeni pracovat systémem,
který využijí pi vstupu na trh práce - tj.
1. nastudování problematiky z dostupných zdroj,
2. modelování sytému, zejména v numerické oblasti analýza problému (na tuto ást klade IET velký
draz plynoucí ze zamení Ústavu teoretické a experimentální elektrotechniky, ale i z poteb
prmyslových podnik na vypotení všech potebných parametr zaízení vetn spolehlivosti prvk),
3. praktická realizace (za tímto úelem bude posílena kapacita vybavení laboratoe, kde budou
projekty IET ešeny) vetn tzv dvoustupové obhajoby vyešeného projektu - v rámci IET i
zadávajícího podniku.
9
Projekt je inovativní i pímým napojením univerzity na partnerskou organizaci v zahranií a
prmyslové podniky na základ pedchozí vynikající spolupráce.
IET2 2009-2013 plán
Poet podpoených osob - poskytovatelé služeb
17; 2%
199; 27%
209; 29%
Poet podpoených osob v poátením vzdlávání - student
celkem
Poet podpoených osob - pracovník v dalším vzdlávání
115; 15%
203; 27%
Poet úspšn podpoených osob v poátením vzdlávání student
Poet úspšn podpoených osob - pracovník v dalším
vzdlávání
IET2 2009-2013 dosažené výsledky
17; 2%
195; 22%
Poet podpoených osob - poskytovatelé služeb
265; 31%
Poet podpoených osob v poátením vzdlávání student celkem
Poet podpoených osob - pracovník v dalším vzdlávání
205; 23%
195; 22%
Poet úspšn podpoených osob v poátením vzdlávání
- student
Poet úspšn podpoených osob - pracovník v dalším
vzdlávání
10
IET2 2009-2013
Poet podpoených osob poskytovatelé služeb Poet osob
Poet podpoených osob v poátením
vzdlávání - student celkem Poet
osob
Poet podpoených osob v
poátením vzdlávání - student VŠ muži Poet osob
Poet podpoených osob v poátením
vzdlávání - student VŠ - ženy Poet
osob
Poet podpoených osob - pracovník
v dalším vzdlávání Poet osob
Poet podpoených osob v dalším
vzdlávání - pedagogických a
akademických pracovník - muži Poet
osob
Poet podpoených osob v dalším
vzdlávání - pedagogických a
akademických pracovník - ženy Poet
osob
Poet úspšn podpoených osob v
poátením vzdlávání - student
Poet osob
Poet úspšn podpoených osob v
poátením vzdlávání - student VŠ muži Poet osob
Poet úspšn podpoených osob v
poátením vzdlávání - student VŠ ženy Poet osob
Poet úspšn podpoených osob pracovník v dalším vzdlávání Poet
osob
Poet úspšn podpoených osob -
Závr
Závrem lze konstatovat, že cíle a zámry podporovaného projektu Institutu experimentálních
technologií Fakulty elektrotechniky a komunikaních technologií Vysokého uení technického v Brn
byly pln splnny a bylo dosaženo zapojení všech plánovaných aktivit do reálného života univerzity.
Patí na tomto míst podkovat jak poskytovateli dotace za výraznou podporu projektu, vedení
univerzity zejména za morální podporu a partnerm projektu za jejich trplivost, pracovníkm
projektu za jejich plné nasazení a úast na projektu.
11
Fakulta elektrotechniky a komunikaních technologií
prof. Ing. Jarmila Ddková, CSc.
Fakulta elektrotechniky a komunikaních technologií je tetí nejvtší fakultou Vysokého uení
technického v Brn a je jednou z nejvýznamnjších elektrotechnických fakult v R. Fakulta se
mže se pochlubit velmi bohatou historií, nebo první elektrotechnické disciplíny byly vyuovány na
technické univerzit VUT v Brn již v roce 1905. Od roku 1959, kdy byla založena samostatná fakulta
energetiky, která se pozdji transformovala na Fakultu elektrotechnickou, úspšn dokonilo
inženýrské studium na naší fakult tém dvacet pt tisíc absolvent.
V roce 2001 získala fakulta souasný název - Fakulta elektrotechniky a komunikaních
technologií (FEKT). Za více než padesát let své existence byla jednotlivá pracovišt fakulty
rozmístna po celém Brn a to od lokalit jako je klášter na Božetchov, pes souasnou budovu
rektorátu VUT na Antonínské, dále ulice Purkyova, a také nedávné sídlo dkanátu na ulici Údolní.
Velkou ást fakulty mžete najít také ve studentském komplexu Kolejní.
Teprve v roce 2010 byla zahájena významná etapa v historii fakulty, a to postupné
pesthování jejích pracoviš do kampusu Pod Palackého vrchem. V uvedeném roce získala fakulta
nové sídlo v komplexu Technická 10, kde již díve sídlily nkteré ústavy této fakulty. Stavební
pípravy nového komplexu Technická 10, který se rozkládá na tém 10 000 m2 a dotváí novou tvá
fakulty, zapoaly již v roce 2005. Zahájení stavby se datuje k listopadu 2008 a v ervnu 2010 byl
konen pedán uživateli – Fakult elektrotechniky a komunikaních technologií VUT v Brn.
Ti ústavy a dkanát se tak mohly ze stedu msta pesunout do areálu univerzitního kampusu
Pod Palackého vrchem. Do budovy se šesti patry, rozsáhlými výzkumnými prostory a rozlehlou
podzemní garáží s tém stovkou míst se pesthovaly konkrétn Ústav jazyk, mikroelektroniky a
elektrotechnologie.
Touto dislokací se celá fakulta koncentrovala na jediné místo, což pináší velké výhody, jak
studentm, tak zamstnancm, vdcm a partnerm fakulty. Rovnž se prohloubí i vazba na nová
regionální výzkumná centra CVVOZE a SIX a zejména na výzkumné centrum excelence CEITEC, na
jejichž vybudování a ešení se fakulta podílí a která budou v kampusu Pod Palackého vrchem také
umístna.
Souasn s dokonováním komplexu Technická 10 byla zahájena realizace stavby „Výstavba
vzdlávacího komplexu FEKT VUT v Brn na ulici Technická 12“, která je financovaná z prostedk
Operaního programu Vzdlávání a Výzkum pro inovace. Pedpokládá se, že tato stavba bude
dokonena v roce 2012.
V roce 2002 získala fakulta akreditaci nových modern pojatých studijních program ve
strukturovaném studiu. V souasné dob nabízí fakulta ke studiu
bakaláské programy
x Elektrotechnika, elektronika, komunikaní a ídicí technika,
12
x Biomedicínská technika a bioinformatika,
magisterské dvouleté (navazující) programy
x Elektrotechnika, elektronika, komunikaní a ídicí technika,
x Biomedicínské inženýrství a bioinformatika,
doktorský studijní program
x Elektrotechnika a komunikaní technika.
V souasnosti studuje na fakult více než 4 200 student ve všech formách studia
podporovaných státem. Styl studia je zcela kompatibilní se systémy výuky užívanými v Evropské unii
a je tak umožnna plná studijní mobilita student FEKT VUT v Brn v rámci evropského studijního a
výzkumného prostoru. Vzdlávací a výzkumné aktivity zabezpeuje pibližn 230 akademických
pracovník (profesor, docent, odborných asistent, asistent, lektor, pedagogických pracovník a
vdecko-výzkumných pracovník) a asi 200 ostatních technických pracovník.
Studium na fakult je orientováno na široké spektrum vdeckých oblastí: ídicí technika a
robotika, biomedicínské inženýrství, bioinformatika, silnoproudá elektrotechnika a elektronika,
elektronika a elektrotechnologie, mikroelektronika, radioelektronika a teleinformatika. Stží lze najít
prmyslovou oblast nebo významnjší podnik, výzkumný ústav nebo státní instituci, v níž by se
nenašel absolvent naší fakulty. ada absolvent se úspšn uplatnila v zahranií i ve vysokých
vládních, i politických funkcích naší zem. Nicmén absolventi fakulty jsou v praxi stále
nedostatkovým zbožím a zejména v poslední dob narstá zájem elektrotechnických firem o
spolupráci a o šikovné a schopné držitele diplom elektrotechnický bakalá nebo inženýr.
Veškeré vzdlávací i výzkumné aktivity fakulty musí být finann zabezpeeny. Finanní
zdroje jsou tvoeny píspvkem a úelovou dotací MŠMT, tyto zdroje bohužel bhem posledních
dvou let poklesly o 25%. Významnou mrou se na zabezpeení tchto zdroj zasloužili svými
nadstandardními aktivitami pedagogové a výzkumníci v oblasti vdy a výzkumu na fakult. Velký
podíl na udržení úrovn materiálních a finanních podmínek ústav mají i úspšní ešitelé grant,
pedevším projekt Grantové agentury eské republiky, Grantové agentury Akademie vd eské
republiky, Ministerstva prmyslu a obchodu eské republiky, Evropské komise v FP6 a FP7 a Fondu
rozvoje vysokých škol, a všichni pracovníci, kteí se pod vedením hlavních ešitel podílí na ešení
ty fakultních zámr a tí výzkumných center.
13
Eaton Elektrotechnika s.r.o.
Ing. Petr Slavata
Eaton Elektrotechnika s.r.o.
Komárovská 2406, 193 00 Praha 9
tel.: +420 267 990 440
Eaton Elektrotechnika s.r.o.
Tebovská 480, 562 03 Ústí nad Orlicí
tel.: +420 465 519 611
Technická podpora: tel: +420 267 990 440, e-mail: [email protected]
Firma Eaton je v povdomí odborné veejnosti spojována hlavn s jistii a proudovými chránii
znaky Moeller. Eaton však dnes psobí jako výrobce a distributor široké škály elektrotechnických
produkt a dodavatel komplexních ešení v oblasti kvality napájení. V eské republice je spolenost
Eaton významným zamstnavatelem, má zde více než 1500 zamstnanc rzných profesí.
Vývoj je nikdy nekonící proces
Spolenost Eaton Elektrotechnika (díve Moeller Elektrotechnika) vstoupila na eský trh v roce 1993
jako souást koncernu Felten & Guilleaume. V roce 1998 zahájila integraci do koncernu Moeller,
zabývající se výrobou pístroj pro domovní a prmyslové instalace a pístroj pro distribuci
elektrické energie. O deset let pozdji odkoupila koncern Moeller mezinárodní skupina Eaton
Corporation. Takto se dá shrnout osmnáctileté psobení spolenosti na eském trhu.
Aby se spolenost mohla stát úspšnou, musí se otevít zmnám a flexibiln reagovat na požadavky
svých zákazník. Produktové portfolio Eaton zahrnuje pístroje pro domovní a prmyslové
elektroinstalace a pístroje pro distribuci elektrické energie a psobí také jako dodavatel komplexních
ešení v oblasti kvality napájení. Spolenost dnes poskytuje komplexní ešení projekt, spoívající v
dodávkách komponent a komponentních celk pedevším VN a UPS.
Obchodní kancelá Praha
Obchodní kancelá Ústí nad Orlicí
Eaton v eské republice
Eaton Elektrotechnika disponuje v eské republice dvma obchodními kanceláemi (v Praze a
v Ústí nad Orlicí), které poskytují obchodní a technickou podporu zákazníkm nejen v eské
republice, ale také vybraným zemím bývalého Sovtského svazu (Kazachstán, Azerbajdžán, Gruzie,
Blorusko,…) a bývalé Jugoslávie (Slovinsko, Chorvatsko, erná Hora,…).
Významnou souástí spolenosti Eaton Elektrotechnika je výrobní závod v Suchdole nad
Lužnicí, kde se vyrábjí zejména rozvádové skín a rozvodnice, proudové chránie, jistie a další
14
prvky. Se svými pibližn tisíci pracovníky se závod adí mezi nejvýznamnjší zamstnavatele v
Jihoeském kraji.
Dležitou roli v rámci koncernu plní také distribuní a skladové centrum BDC v Pohoelicích
u Brna, které zajišuje dodávky celého sortimentu produkt Eaton a Moeller zákazníkm nejen v
eské republice, ale i v zemích stední a východní Evropy.
V eské republice psobí krom Eaton Elektrotechnika také Eaton Industries, který se zabývá
výrobou a prodejem autokomponent. V Chomutov se vyrábí hydraulické systémy pro automobilový
prmysl, pedevším vedení kapalin pro klimatizace, posilovae ízení a brzd.
Eaton Corporation slaví 100 let svého psobení
Mezinárodní skupina Eaton Corporation slaví letos 100 let od svého založení. Koeny
spolenosti Eaton sahají do roku 1911, kdy zaal se svými spoleníky v americkém msteku
Bloomfield podnikat J. O. Eaton, po kterém nese spolenost jméno dodnes. Jejich malá spolenost
vyrábla zprvu jen pevodovky a nápravy k nákladním automobilm. Za 100 let své existence
spolenost Eaton dokázala vybudovat nkolik celosvtov operujících divizí.
Eaton Corporation dnes psobí v oblasti elektrických systém, zaízení pro distribuci a ízení
elektrické energie; hydraulických komponent, systém a služeb pro prmyslová a mobilní zaízení;
palivových, hydraulických a pneumatických systém v leteckém prmyslu pro civilní a vojenské
využití; systém hnacích ústrojí a jednotek pro nákladní a osobní vozidla zajišujících optimalizaci
výkonu, spoteby paliva a bezpenosti. V souasnosti zamstnává po celém svt pibližn 70.000
zamstnanc a své výrobky dodává zákazníkm ve více než 150 zemích. Obrat celé skupiny Eaton
Corporation dosáhl v roce 2009 ástky 11,9 miliard USD.
Eaton Elektrotechnika s.r.o. - partner projektu IET2
Projekt Institut experimentálních technologií 2 (IET2) je zamen na pípravu kvalifikovaných
odborník pro poteby prmyslových podnik. Eaton Elektrotechnika vstoupil jako partner do tohoto
projektu se zámrem vyhledat si motivované studenty pro další spolupráci v rámci jejich studia a
vychovat si tak možné budoucí zamstnance. Dalším z cíl je popularizace oboru silnoproudé
elektrotechniky, ve kterém firma Eaton v eské republice pedevším psobí. Tyto cíle jsou
naplovány prostednictvím práce student na projektech vypisovaných firmou pod vedením
odborného konzultanta - zamstnance Eaton. Vypisované projekty vychází z pedmtu innosti firmy.
Jedná se o praktická zadání koncipovaná tak, aby v daném ase mohla být studentem vyešena.
Student tak získá pedstavu o problematice, kterou by se jako budoucí zamstnanec zabýval. Pi
tytýdenní stáži se pak seznámí s chodem firmy, stylem práce, s firemní kulturou a s požadavky
kladenými na zamstnance.
Jsou vypsány 3 základní typy projekt:
x Návrh a optimalizace sít nízkého naptí v projektu administrativní budovy (dimenzování
kabel a jisticích pístroj). Výpoty v programu Pavouk, návrh rozvád v programu MProfil. ešitel se musí podrobn seznámit s programem Pavouk z uživatelského hlediska
(program pro dimenzování nn sítí s jisticími pístroji Eaton). V tomto programu pak zakreslí
schéma zapojení zadaného objektu a provede návrh a optimalizaci sít. Pak se podrobn
seznámí s programem M-Profil (program pro projektování rozvád Eaton) a navrhne zadané
rozváde vetn výpot oteplení. Informace o použitých jisticích a spínacích pístrojích
získá studiem píslušných výrobkových katalog. Na závr pipraví projekní dokumentaci.
x Píprava rozmrových výkres pro databázi pístroj. ešitel samostatn zpracuje rozmrové
výkresy pístroj v CAD systému AutoCAD podle zadaných pravidel (pekreslení grafiky z
výrobkového katalogu do CAD systému) a pipraví technickou dokumentaci. Pro vybrané
výrobky pipraví 3D model.
x Návrh rozvodny nízkého naptí pro prmyslový objekt (dimenzování jisticích pístroj, návrh
rozvád). Na základ zadaného schématu zapojení ešitel provede zkratové výpoty
v programu Pavouk (program pro dimenzování nn sítí s jisticími pístroji Eaton) a navrhne
vhodné jisticí pístroje. Následn provede návrh rozvád v programu M-Profil (program pro
projektování rozvád Eaton). Pro pívodní pole navrhne vedení hlavních proudovodných
drah a vytvoí 3D model. Na závr pipraví technickou dokumentaci.
15
Každý projekt má nkolik variantních zadání. Na projektu tedy mže pracovat více student.
Zadavateli to pak usnadní porovnání výsledk a zhodnocení pístupu jednotlivých ešitel k zadané
problematice. Na zaátku studenti absolvují vstupní školení, kde jsou seznáni se softwarovými nástroji
potebnými pro ešení projektu. Dále pak pracují samostatn a prbžné výsledky zasílají e-mailem
konzultantovi spolen s dotazy. Podle aktuálních poteb probíhají též osobní konzultace. Na závr
studenti vypracují zprávu a provedou obhajobu. Tím se procvií v prezentaních dovednostech.
Zpráva pak mže tvoit základ jejich bakaláské práce.
Z pohledu firmy Eaton je dležité ovení kvalit zapojených student na konkrétních
projektech. Tm nejúspšnjším pak mže být nabídnuta spolupráce na komerních projektech,
piemž riziko odborného selhání a z toho plynoucích ztrát je tímto minimalizováno. Proto Eaton
hodnotí svoji úast v projektu jako velmi užitenou.
16
SVS FEM s.r.o.
Ing. Tibor Bachorec, Ph.D.
Cílem projektu Institut experimentálních technologií 2 (IET2) je píprava vysoce kvalifikovaných
odborník pro poteby prmyslu. Praxe od nich oekává schopnost formulovat a ešit technické
problémy, jejichžešení se v souasnosti neobejde bez poítaových simulací. Výuka poítaových
simulací, ve shod s požadavky praxe, rozvíjí schopnost student:
x Definovat technický problém
x Vytvoit jeho numerický model
x Provést výpoet
x Vyhodnotit a ovit výsledky
x Navrhnou a ovit ešení
x Provést optimalizaci a citlivostní analýzu
Úskalím výuky je velké množství nových informací, nutnost teoretických základ z
matematiky, fyziky, teorie elektronických obvod, elektromagnetického pole a dalších pedmt.
Poítaové simulace kladou vysoké nároky na studenty jak ve smru analytického myšlení tak i ve
využívání svých poznatk v širších souvislostech.
Jejich obrovským pínosem je rozvoj
pedstavivosti, technického myšlení a motivace výuky cizích jazyk.
Metoda konených prvk (MKP) je v souasnosti jedna z nejrozšíenjších
simulaních metod. Její výhody vychází z geometrické adaptability a materiálové
univerzálnosti. Jedním z nejvtších a nejrozšíenjších komerních MKP program u nás i v
zahranií je ANSYS, kterého zástupcem na našem území je firma SVS FEM - spolenost s
více než dvacetiletou tradicí v oblasti numerických simulací, zamená na spolupráci s
prmyslem a vysokými školami. Za období své existence vyškolila stovky uživatel z
technické praxe. Do projektu IET2 byla zapojena ve funkci školitel a konzultant. Úastní se
ho formou:
x
x
Školení akademických pracovník v oblasti numerického modelování softwarem ANSYS
Konzultacemi pro akademické pracovníky pi inovaci studijních program v rámci pedmt
modelování elektromagnetických polí
x Konzultacemi k projektm pro VŠ studenty
x Pomocí pi vytváení praktických cviení v rámci pedmt numerického modelování
x Odbornými pednáškami pro studenty o využití numerických metod pi ešení praktických
úloh
SVS FEM v rámci svého poslání ukazuje možnosti nasazení moderních simulaních
prostedk na ešení technických problém. Software ANSYS umožuje v oblasti elektrotechniky
modelování elektromagnetických (Maxwell), elektronických (Simplorer), mechanických a ídících
systém vetn jejich interakcí (Workbench). Vyznauje se širokým spektrum technik modelování,
které krom MKP zahrnují i elektronické obvody, stavové diagramy, bloková schemata, algebraické a
diferenciální rovnice a standartizované jazyky pro analogové, íslicové a hybridní systémy. ada
komponent vykazuje nelineární dynamické chování, které musí být modelováno metodou konených
prvk. Jedinenost program tkví v schopnosti integrovat konenoprvkové modely komponent do
elektronických systémových simulací.
Ze strany firmy SVS FEM je zapojení do projektu IET2 velice užitené. Projekt vytváí pro
studenty prostor pro seznámení se s nejmodernjšími simulaními trendy a technologiemi a ve
spolupráci s partnerskými firmami ji dává možnost získané poznatky využít pi ešení konkrétních
projekt z praxe.
17
ABB v eské republice
Lídr v oblasti energetiky a automatizace
ABB je pední svtová firma v oblasti energetiky a automatizace, poskytující komplexní
služby prmyslovým podnikm a výrobcm a distributorm energií. Díky nejmodernjším
technologiím umožujeme svým zákazníkm zvyšovat výkonnost a zárove snížit dopad jejich
podnikání na životní prostedí. V eské republice psobí ABB prostednictvím svých výrobk a
služeb již od roku 1970, avšak formální vznik ABB se datuje od roku 1991, kdy byla založena první
spolenost s názvem ABB. V prbhu 90. let se skupina firem ABB v eské republice postupn
rozrstala o další spolenosti až do dnešní podoby ABB s.r.o.
Skupina ABB vznikla v roce 1988 spojením švédské firmy Asea a švýcarské firmy BBC
Brown Boveri. Historie spolenosti Asea sahá až do roku 1883, BBC Brown Boveri byla založena v
roce 1891. Sídlo firmy je v Curychu ve Švýcarsku. Poboky ABB se nacházejí ve více než 100 zemích
svta a pracuje v nich okolo 120 000 zamstnanc. V souasnosti má ABB s.r.o. pt divizí: Výrobky
pro energetiku, Systémy pro energetiku, Automatizace výroby a pohony, Výrobky nízkého naptí a
Procesní automatizace.
Divize Výrobky pro energetiku
Výrobky pro energetiku pedstavují klíové komponenty pro penos a rozvod elektrické energie.
Divize se zabývá pedevším výrobou a dodávkami rozvoden, pístroj vn/vvn, pístroj a rozvád
vn, ochran pro energetiku a prmysl, pístrojových transformátor a senzor, výkonových a
distribuních transformátor. V oblasti služeb poskytuje modernizaci, opravy, konzultace, poradenství,
diagnostiku, servisní aktivity a hot line. innost této divize je rozdlena do nkolika organizaních
jednotek.
Výroba a prodej výrobk vn (Brno):
x Výroba rozvád, pístrojových transformátor a senzor vn.
x RFFF pro vzduchem izolované rozváde.
x GFFF pro pístrojové transformátory a senzory.
x Technologické centrum – výzkum a vývoj v oblasti pístrojových transformátor a senzor a
vzduchem izolovaných rozvád.
x Servis pro výrobky vn.
x Technická laborato – testování výrobk nn, vn, vvn.
Výroba komponent vvn (Praha, Brno):
18
x
x
x
Pístroje vvn, výkonové a distribuní transformátory a jejich píslušenství, generátorové
vypínae, omezovae peptí.
Komponenty pro aplikace plynem izolovaných rozvád velmi vysokého naptí 110 kV až
do 550 kV.
Testování úniku SF6, testy vvn, servis.
Divize Systémy pro energetiku
Divize poskytuje komplexní dodávky pro energetiku (projektování a výstavby rozvoden a
transformoven „na klí”, speciální výstavby), systémy automatizace rozvoden vvn/vn (ochrany, ídicí
systémy), systémy mení a regulace v energetice, kabely a kabelové systémy vvn. Mezi další
nabízené systémy patí flexibilní systém penosu stídavého proudu (FACTS), penos stejnosmrného
proudu velmi vysokým naptím (HVDC) a systémy pro ízení sítí. V oblasti služeb poskytuje
modernizaci, opravy, konzultace, poradenství, diagnostiku, servisní activity a hot line. innost této
divize je rozdlena do nkolika organizaních jednotek.
Dodávky systém pro monitorování, chránní a ízení rozvoden vvn/vn (Trutnov):
x Centralizovaná výroba rozvád pro region ABB stední Evropa - engineering, výroba skíní,
testování.
Servis ídicích systém rozvoden a generátorových vypína (Trutnov, Praha):
x Dlouhodobé servisní kontrakty se všemi klíovými prmyslovými zákazníky.
Dodávka instrumentace & technologických ídicích system výroby elektrické energie (Brno, Plze):
Regionální inženýrské stedisko pro ABB - dodávka a servis ídicích systém.
x Dodávky elektroástí pro výstavbu i rekonstrukce elektrárenských blok - EBoP (Brno):
x Domácí i zahraniní trhy.
Divize Automatizace výroby a pohony
Divize poskytuje výrobky, ešení a s nimi související služby, které zvyšují prmyslovou produktivitu a
energetickou úinnost. Nabídka divize zahrnuje motory, generátory, mnie frekvence a ízené
usmrovae, programovatelné automaty (PLC), výkonovou elektroniku a prmyslové roboty a
robotické celky zajišující napájení, pohyb a ízení pro rozsáhlou škálu automatizaních aplikací.
Portfolio dopluje stále se rozšiující nabídka pro solární elektrárny a dále vtrné generátory, kde tato
divize zaujímá vedoucí pozici na trhu. Všechny tyto segmenty využívají spolenou technologii,
prodejní kanály a provozní platformy. Nedílnou souástí je poskytování servisu jak na míst u
zákazníka, tak ve specializovaných provozovnách.
Také innost této divize je rozdlena do nkolika organizaních jednotek:
Robotika (Praha, Ostrava):
19
x
x
x
x
Nejvtší dodavatel robotizovaných pracoviš, automatizovaných celk a s tím spojených
služeb v eské republice.
Poradenství a konzultace.
Profesionální certifikovaná renovace (repase) použitých prmyslových robot za úelem jejich
dalších instalací.
Vývoj, výroba a dodávky standardizovaných svaovacích bunk pro evropské zákazníky.
Prodej pohon & motor (Praha, Ostrava, Brno):
x Lokální trhy, ešení vetn nestandardních aplikací.
x Prodej motor, frekvenních mni, ízených usmrova a softstartér.
Servis pohon (Praha, Ostrava):
x Servis pro frekvenních mnie, ízené usmrovae a softstartéry.
Servis a výroba motor (Ostrava):
x Servis elektromotor všech znaek, výroba DMI elektromotor.
Divize Výrobky nízkého naptí
Divize Výrobky nízkého naptí se dlí na dv základní jednotky:
Výroba a prodej pístroj a rozvád nízkého naptí (Brno):
x Výroba rozvád do 1000Vpro ditribuci el. energie a pro ízení technologií
x Výroba rozvádových modul s aplikací distribuované ídící techniky pro ovládání pohon v
technologických celcích.
x Výroba motorových spoušt, selektivních jisti, nadproudových relé, nkterých ad nn
styka a ostatních produkt v rámci ABB.
x Prodej nízkonapových pístroj, zejména jisti, styka, výrobk pro ídící aplikace, dale
domovního elektroinstalaního material, rozvodnic a montážních skíní aj.
x Moderní inteligentní system ízení budov KNX/EIB, který integruje a ovládá el. instalace,
klimatizaci, bezpenostní systém a datové a komunikaní sít.
Výroba a prodej domovního elektroinstalaního materiálu (Jablonec nad Nisou):
x Spínae, zásuvky a elektrické pístroje pro elektroinstalaci ve všech typech staveb. Inteligentní
systémy elektroinstalace pro úspory energií a komfort
Divize Procesní automatizace
Divize Procesní automatizace poskytuje zákazníkm nejlepší ešení pro ízení a optimalizaci provoz
a aplikaní znalosti specifické pro prmyslová odvtví, zejména metalurgický a tžební prmysl,
20
výrobu papíru a celulózy, energetiku, chemický a farmaceutický prmysl, ropný a plynárenský
prmysl, námoní dopravu a výrobu turmodmychadel. Hlavním pínosem pro zákazníka je vyšší
produktivita výrobních zaízení a úspora energie. innost této divize je rozdlena do nkolika oblastí:
Procesní automatizace pro lokální trh (Praha, Ostrava, Most, Brno):
x Dodávky ídicích systém, pohonáských aplikací a dodávky komplexních automatizaních
ešení technologických proces.
x Inženýring ídicích systém, instrumentace a analytiky, inženýring pohon.
x Prodej OCS, prmyslové analytiky a instrumentace.
Operaní centrum eská republika (Ostrava):
x Svtové inženýrské centrum pro prmyslovou automatizaci v metalurgii, lodním, chemickém
a petrochemickém prmyslu, prmyslu stavebních hmot, výrob papíru a jiných odvtvích.
x Projekce, programování a uvádní do provozu ídicích systém a pohon.
Naše úspchy
ABB eská republika vybavila nejvyšší budovu svta.
Nejsledovanjší stavbou souasnosti je bezesporu takzvaná Dubajská vž (Burdž Chalífa). Mrakodrap
v nejlidnatjším mst Spojených arabských emirát má 162 pater a ní do výšky 828 metr. Jedním z
dodavatel této unikátní stavby je i ABB eská republika – výrobní jednotka PPMV Brno, která
dodala bhem posledních 2 let stavby celkem 48 vzduchem izolovaných rozvád vysokého naptí.
Tyto dodávky zajišují velmi dležitý pívod elektrické energie do budovy (pro klimatizace, osvtlení
i komunikaní zaízení) a do pilehlého komplexu jezer s fontánami, které jsou rozprosteny kolem
vže a dotváí luxusní prostedí.
ABB pomáhá vytváet obí jezero v oblasti starého Mostu.
Ped nkolika desítkami let byl vytžen uhelný prostor pod nyní již neexistujícím starým Mostem, z
nhož se zachoval pouze pesunutý známý gotický kostel. Vznikla tak obrovská jáma o hloubce až 70
m. Po letech uvažování, jak zabezpeit tlaky okolní horniny a jak provést rekultivaci, bylo rozhodnuto
toto území zatopit. Tím se stabilizují svahy a vytvoí podmínky pro vznik rekreaního areálu vtšího
než je Máchovo jezero. Protože v míst není dostatek vody k zatápní, využívá se stávajícího
prmyslového vodovodu z 24 km vzdálené Ohe. Zde u obce Stranná provozuje Povodí Ohe erpací
stanici, která je vybavena 3 vysokonapovými mnii frekvence ABB ady ACS 1000. Voda se do
nového jezera zaala erpat v íjnu 2008, zcela naplnné má být do konce roku 2011. Voda tee
potrubím o svtlosti 1 200 mm do rozdlovací šachty v Komoanech
a odtud 800mm potrubím do Mostu. Stední prtok je 600-800 l/s, maximální pak 1 200 l/s. Jezero po
napuštní bude obsahovat 69 mil. krychlových metr vody a jeho plocha bude 311 ha. Z výše
uvedeného je zejmé, že se jedná o grandiozní, více než tíletý projekt s velkým pesunem objemu
vody. Zde zejména vyniká spolehlivost zaízení a nemalé energetické úspory dané hospodárnou
regulací výkonu erpadel frekvenními mnii ABB.
ABB roboty pomáhají automatizovat logistické centrum spolenosti Hamé, a.s.
Organizaní jednotka Robotika dokonila projekt automatické depaletizace, balení a následné
paletizace sklenic v novém centrálním distribuním skladu ve Starém Mst. Cílem bylo dosažení plné
automatizace a tím i zvýšení produktivity celého procesu. Základem našeho ešení je trojice
prmyslových robot ABB IRB660 s rameny a veškerými nezbytnými periferiemi, umožujícími
manipulaci s desítkami rzných variant balení. Paletizaní proces je ovládán softwarem
PickMasterTM5, nabízející zákazníkovi budoucí samostatné programování dalších výrobk. Od
poátku po samotný konec, kdy je zboží naskládáno zabalené na palet, se žádné sklenice nedotkne
lidská ruka a linkou probíhají více než 4 sklenice za vteinu. Výsledná efektivita tohoto systému je na
velmi vysoké úrovni a spolenosti Hamé, a.s. pináší potebný nárst produktivity daných operací.
ABB s.r.o. úspšn realizovalo i velké množství projekt a dodávek v eské republice.
ABB se stalo dodavatelem retrofi t rozvád vysokého naptí pro všechny bloky jaderné elektrárny
Dukovany a první blok jaderné elektrárny Temelín. Retrofi tem, tedy výmnou pvodního vypínae za
21
nový, dochází k zvýšení spolehlivosti rozvád a zárove ke snížení nárok na jejich údržbu.
Pístroje a rozváde nízkého naptí našly uplatnní v ad významných projekt, nap. v automobilce
TPSA Kolín, v O2 Aren v Praze nebo v nákupním centru Zliín. V oblasti elektroinstalaního
materiálu zaujímáme první místo na eském trhu a vypínae a zásuvky ABB najdete nejen v
nekoneném potu bytových jednotek, kanceláských a prmyslových staveb, ale také na tak
exklusivních místech, jako jsou reprezentaní sály Pražského hradu, nebo ve Stedisku ízení letového
provozu na pražské Ruzyni. V celé ad odvtví našeho prmyslu, zejména v oblasti teplárenství a
energetiky, byly realizovány dodávky motor regulovaných mnii frekvence ABB. Výsledky
vyhodnocení úspor elektrické energie a návratnosti investice se potvrdily v praxi.
V oblasti robotiky jsme úspšn dodali kompletní robotizované paletizaní linky kauukových briket
pro spolenost Synthos Kralupy a.s. nebo nkolik robotizovaných pracoviš obsluhy CNS obrábcích
center pro Kovokon Kunovice s.r.o.
ABB realizovalo pro Unipetrol RPA, s.r.o. rozšíení ídicího system etylénové jednotky pro ízení
nového provozu extraktivní destilace benzenu, a to za provozu, bez požadavku na odstávku. ABB
dodalo a instalovalo nový kontrolér, který byl namontován do stávajícího kabinetu kontrolér pro
ízení stanice DEMI. Pro I/O DCS byly rovnž použity stávající kabinety, které byly pezbrojeny
moderními bloky I/O ady S890 pro pipojení signal EEX. Nová jednotka je ízena z hlavního velínu
etylénové jednotky, jak ze stávajících operátorských stanic, tak s možností ízení z nového
operátorského pracovišt 800xA pro MOD.
ABB s.r.o.
Sokolovská 84-86
186 00 Praha 8
eská republika
Tel.: +420 234 322 111
Fax: +420 234 322 113
www.abb.cz
22
Prototypa a.s.
Ing. Bohumil Král, CSc., Michal Král
Pedstavení firmy se neobejde bez krátké exkurze do minulosti. Po vzniku eskoslovenské
republiky v roce 1918 v Brn z tehdejších císasko-královských dlosteleckých dílen vznikla
Zbrojovka Brno, která se v prbhu meziváleného období stala státem ovládaným svtovým
koncernem , známým pedevším výrobou pchotních zbraní – pušek a kulomet (pipomeme jen
svtoznámý kulomet BREN). Po roce 1948, kdy se eskoslovensko stalo pevnou souástí sovtského
bloku a v období eskalace studené války, se ze závodu 07 brnnské Zbrojovky postupn vyvinul
Výzkumný a vývojový ústav Závod všeobecného strojírenství , který pozdji získal název Prototypa
Brno, koncernový (státní) podnik. Pibližn v téže dob byla zrušena eský vysoká škola technická
v Brn (nynjší VUT) a vznikla zde Vojenská akademie. Soubžn byly do Brna „peveleni“ i
konstruktéi zbraní z eské zbrojovky Strakonice a konstruktéi z jiných podnik a Prototypa se tak
stala centrem eskoslovenského vývoje malorážových zbraní a munice. Vznikla zde také jedna
z nejvtších tunelových zkušeben malorážových a stedorážových zbraní ve stední Evrop. Úspšný
vývoj útoné pušky, samopalu Škorpion , protitankové zbran, tankového kulometu a podobn, vedl
k tomu, že sovti povolili- jako jediné- eskoslovenské armád, aby byla vyzbrojena pchotními
zbranmi z vlastního eskoslovenského vývoje .. ada profesor brnnské Vojenské akademie a
pozdji Univerzity obrany zaínala jako konstruktéi v Prototyp Brno.
Na tuto konstruktérskou tradici navazuje dnešní seskupení kapitálov propojených firem
PROTOTYPA a.s. a Prototypa-ZM s.r.o., které dohromady mají mén než 40 pracovník.
Stánek firmy na prestižním veletrhu IWA 2006 v Norimberku- dobrá strojaina a dobrá elektronika
Po „sametové revoluci“ v roce 1989 , následné konverzi prmyslu a armády a zejména
privatizaci, se ob firmy vnují pedevším zkušebnictví v oblasti munice a zbraní a to jak pro obor
23
státního zkušebnictví, kriminalistiky i vojenského zkušebnictví. Podailo se zachytit nástup
elektroniky do tohoto oboru a tak spolu s tradiní strojírenskou vysplostí brnnských konstruktér
postupn získáváme i pozice v dodávkách složitých systém s dobrou elektronikou pro zkušebny na
celém svt.
Zatímco konstruktérské tradice v dnešních obou firmách, nesoucích název PROTOTYPA,
mají dlouhodobou kontinuitu, musel se dnešní Ústav teoretické a experimentální elektrotechniky a
nositel projektu IET2 , vypoádat s nkolikaletou diskontinuitou v dsledku násilného perušení
pirozeného vývoje mezi roky 1951-1959, kdy ústav pestal existovat po zrušení VUT a vzniku
Vojenské akademie. Tehdejší pednosta ústavu prof.Aleš Bláha odešel v roce 1952 do Bratislavy a
jeho praxí osvdené projektové ízení a výbr schopných talent v podstat skonil. Jeho žáci však
v nov vzniklých institucích jako je Ústav pístrojové techniky Akademie vd, Energetický ústav
(EGÚ) Brno, však tento Bláhv styl nesli až do dnešních dn ( i v následnických firmách), kdy se
dnešní Ústav teoretické a experimentální elektrotechniky svým projektem IET2 snaží oživit Bláhovy
myšlenky v oblasti vzdlávání elektroinženýr.
Vedení firmy PROTOTYPA a.s. projekt IET pivítalo minimáln ze tí logických dvod.
Tím prvním je dvod personální- dnešní pedstavitel PROTOTYPY pracoval 20 let (1963-1983) na
obnovované Katede teoretické a experimentální elektrotechniky v oblasti vývoje a výuky a není mu
lhostejný vývoj oboru. Tím druhým je dvod dislokaní. Sídlo PROTOTYPY je v tsné blízkosti
ÚTEE , což je pro spolupráci nezanedbatelná výhoda.
Tetím a rozhodujícím dvodem je oboustranné pochopení, že bez vzájemných vazeb v oblasti
výuku, vývoje a prmyslové realizace nových ešení jsou vysoké školy i prmysl odsouzeny ke
stagnaci s nedozírnými dsledky pro jednotlivé aktéry, aglomeraci a v neposlední ad i stát.
Jak bylo v úvodu zdraznno, pedstavujeme malý podnik, který klade na absolventa
elektrofakulty ponkud jiné nároky, než dnešní vzdlávací systém nabízí. Malý podnik nehledá
specialisty, protože potebuje pedevším dobe vzdlané „univerzály“ , jejichž schopnosti stojí na
pevných základech fyziky, matematiky a „obecné“ elektrotechniky. „Nástavba“ v podob znalostí
programování, výpoetní techniky, grafiky, mící techniky atd. je v dnešní dob samozejmá ve
všech oborech a není tedy konkurenní výhodou. Citeln však dnešnímu elektroinženýrovi chybí
znalost „podstaty vcí“ a to zejména u malých firem, které vyvíjí a vyrábjí „kusov“, stále mní
ešení podle požadavku zákazníka a pohybují se na „hran“ nkolika obor.
Pokusím se tuto svoji tezi zobecnit, aniž bych si dlal nároky na exaktnost.
Pro vlastn byl profesor Bláha a jeho žáci tak úspšní? Má smysl se pouit z minulosti ? Nevím –
možná – snad….
Mladý Bláha vystudoval gymnázium ve Francii a logicky tedy erpal i jako inženýr, docent i
profesor zkušenosti z francouzského školství a vdy i prmyslu. Ostatn celá první republika byla do
znané míry vázána na Francii a francouzský kapitál v pedválené Škodovce Plze to jenom
potvrzuje na exemplárním píkladu.
Byli jsme pekvapeni, když jsme si peetli jeho lánek v Elektrotechnickém obzoru s názvem
Elektrotechnik a matematika z roku 1934 (Bláhovi bylo 28 let a byl krátce poté „erstvým“
docentem). [ 1]
Ztotožujeme se s jeho názorem, že by vzdlávací systém pedevším malého státu ml
pedvídat „požadavky doby“ a „produkovat“ v uritém potu i inženýry vzdlané v obecné
elektrotechnice, schopné ešit zcela nové úlohy, na které nebyli „cvieni“. Ponkud dehonestujícímu
konstatování, že generálové se vždy pipravují na minulou válku (protože si tu píští neumí pedstavit),
by se – doufejme - mli v budoucnu eští elektroinženýi vyhnout….Možná projekty jako IET2,
CEITEC a další k tomu napomohou..
Vedle toho je ovšem teba mladým pedstavovat vzory úspšných elektroinženýr z nedaleké
historie, aby si uvdomili, že vedle fotbalist, tenist, zpvák a seriálových hvzd existují také- jim
zejm zcela neznámí hrdinové vdy, hodní obdivu a následování, kteí zaasté rozhodovali o
technické a ekonomické podstat státu a úrovni vzdlání v elektrotechnickém oboru, na jejichž práci
stále navazujeme, i když asto nevdomky a nesystematicky..
S jakým typem úloh se mohou posluchai, diplomanti, doktorandi a asistenti ve firm
PROTOTYPA a.s. potkávat? Pevahu tvoí jednorázové dje. Každý výstel, podobn jako výbuch, (
vypnutí výkonového zesilovae, zkrat, prmyslová havárie atd.) je jednorázový dj, která je teba
zachytit, zmit, analyzovat a zdokumentovat. Zde pipadá tedy v úvahu mení rychlosti v ádech až
24
nkolika tisíc m/s, mení tlak v ádech stovek MPa s nárstem v ádu desítek mikrosekund,
dynamické mení souadnic prletu, mení zákluzu, dopadové energie, kadence atd. Dále úlohy malé
automatizace mícího procesu s drazem na bezpenost, experimenty v teplotní komoe v širokém
rozsahu teplot (–60 až +60º C), mení v prachové a dešové komoe, testování balistických materiál
(vest, pileb, pancí aut atd.). Nov se mže poslucha setkat v oblasti výzkumu i s radiofrekvenní
metodou NQR (nuklerání kvadrupólová rezonance), která se ve svt postupn nasazuje pro
identifikaci výbušnin, lék a drog. [ 4]
Zkušebnictví v této oblasti , které se vnuje PROTOTYPA a.s. a Prototypa-ZM s.r.o., se
zdaleka netýká jen zbraní a náboj. Záchranný systém státu, obrana a bezpenost mají svá specifika a
bez zkušeben podobného typu, jakou disponuje PROTOTYPA a.s. se neobejdou. Elektroinženýr
v takové firm tedy musí disponovat znalostmi, které jsou na hranici nkolika obor a musí být
schopen pružn reagovat na požadavky , které se zde souste
ují v podstat z celého svta. Tém
každé experimentální zaízení, které je objednáno, se liší od pedchozího kusu, aby splnilo nové
požadavky zákazníka.
Elektroinženýr v malé firm tedy potebuje mít široké teoretické i praktické zázemí a musí na sob
stále pracovat !
Elektroinženýr v malé firm se urit nebude nikdy nudit !
Bláhova replika : „Pane kolego, dláte také nco užiteného, nebo si tady jen tak hrajete?“ tam totiž
platí absolutn ! [ 2]
[1] Bláha, A.: Elektrotechnik a matematika
[2] Dadok, J: Moje vzpomínky na profesora Aleše Bláhu. Rukopis lánku, kvten 2011
[3] www.prototypa.cz
[4] Anderle M.: Jak vyenichat výbušninu? Msíník 21.století. Revue objev, vdy, techniky a lidí.9 (2011), str.10-12.
25
Mení vlastností laserového zdroje s válcovou optikou
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Studenti:
Zadavatel projektu:
Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
doc. Ing. Ludvík Bejek, Csc., [email protected]
Michal Král , [email protected]
Aleš Jelínek, [email protected]
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Ovte a navrhnte metodu pro zjišování vlastností laserového zdroje s válcovou optikou v prostoru
trojúhelníka o stran minimáln 1 m. Dále ovte navržený poloautomatický systém mení intenzity
laserového paprsku v závislosti na souadnicích. Metodu i systém realizujte a ovte na existujících
zdrojích, prvcích a komponentách ve firm PROTOTYPA a.s.
Úvod
Pedmtem práce je návrh a realizace pístroje pro mení intenzity svtla laserového zdroje s
válcovou optikou. Cílem je kontrola vlastností laseru pi jeho konstrukci – primárn stejnomrné
osvtlení v celé délce stopy. Pi konstrukci árového laseru mže dojít vlivem tolerance optiky a
laserové diody k nehomogenit osvtlení, nebo dokonce zakivení stopy a práv tyto nedostatky je
teba odhalit díve, než je zdroj namontován do dalšího zaízení. Ve firm PROTOTYPA a.s. se jedná
o hradla na mení rychlosti stel a elektronické tere (viz. Obr. 1).
Obr. 1: Elektronický ter firmy
PROTOTYPA a.s.
Obr. 2: Blokové schéma micího pístroje
ešení
Ze zadání vyplývá, že micí zaízení bude obsahovat optické idlo pro sbr dat, mechanický posuv,
který bude idlem pohybovat po áe laseru a ídící jednotku, zajišující ovládání posuvu a
komunikaci s PC.
Pohyb mechanické ásti bude zaizovat vhodný motor, pro který je teba sestavit budící obvod.
Rámcové schéma celého pístroje je na Obr. 2.
Základ mechanické konstrukce tvoí hliníkový L profil, který je oporou pro lineární vedení, krokový
motor a pevod s emenem. Celý systém je robustní a umožuje pesné a opakovatelné nastavení
polohy vozíku s micím senzorem. Krokový motor je ovládán pomocí integrovaného obvodu se
dvma H – mstky (A3977). Díky tomu lze plynule nastavovat výkon motoru a použít
mikrokrokování, které umožuje plynulejší chod motoru a jemnjší nastavení polohy. V souasné
dob lze polohu senzoru teoreticky nastavovat s rozlišením až 0,0625mm, ale skutená pesnost je
ponkud nižší, pedevším kvli pružnosti emene.
Na místo optického snímae byla vybrána fotodioda. Hlavními parametry jsou snímací úhel a citlivost
na konkrétní vlnovou délku svtla laseru. Signál fotodiody je zesílen diferenním zesilovaem a
26
piveden na A/D pevodník ídícího mikrokontroléru. Fotodioda je s hlavní deskou elektroniky
propojena stínným kabelem, aby bylo co nejvíce potlaeno možné rušení.
ízení pístroje a komunikaci s PC zajišuje mikrokontrolér od firmy Atmel (Atmega 168). Propojení
je tvoeno sériovou linkou RS-232. Pomocí PC je možno posílat píkazy nastavující parametry
pístroje nebo spouštjící njakou akci. Lze mnit rychlost skenování a poet nasnímaných vzork.
Další píkazy slouží pro inicializaci a samotné skenování paprsku. Data odesílaná do poítae jsou
pouze namené hodnoty intenzity. Tomu odpovídá implementace komunikaního protokolu – z PC
do pístroje odcházejí data ve formátu píkaz + parametr, opan jde vždy o blokový penos pedem
známého potu ísel.
Obr. 3: Micí pístroj pi práci
Obr. 4: Hlavní okno ovládacího programu
Ovládací software je vytvoen pomocí knihovny Qt4, je tedy možné ho zkompilovat pro Windows i
Linux. Hlavní souástí je graf, kde je vynesena intenzita svtla v závislosti na poloze. V grafu jsou
vyznaeny významné hodnoty, napíklad maximální a minimální namená intenzita. Prbhy je
možné uložit a znovu otevít. Možnosti nastavení jsou dostupné v píslušné nabídce.
Závr
Výsledkem práce je pln funkní pístroj, který spluje veškeré požadavky od firmy PROTOTYPA
a.s. Mení je opakovatelné a celková chyba je menší než 1% z rozsahu. Podailo se znovu využít
mnoho souástí, které by jinak nebyly k užitku a tím se náklady na výrobu radikáln snížily. Zejména
se to týká ídicí elektroniky, kde byla zapotebí jen malá úprava analogové ásti a lineárního vedení.
Pístroj by bylo možné v mnoha ohledech ješt vylepšit. Ozubená kola by mla být uložena v
ložiscích, což by snížilo tení a umožnilo osadit slabší a tedy levnjší motor. Zesilova analogové ásti
by bylo dobré umístit pímo na vozík k fotodiod, zlepšila by se tak odolnost vi rušení. V pípad
ovládacího programu by se hodilo rozšíit možnosti funkcí usnadujících analýzu namených dat a
celkov optimalizovat efektivitu kódu.
Literatura
[1] NOVÁK, P. Mobilní roboty - pohony, senzory, ízení. 1. Praha : BEN – technická literatura,
2005. 256 s. ISBN 80-7300-141-1.
[2] PUNOCHÁ, J. Operaní zesilovae v elektrotechnice. 5. Praha : BEN – technická
literatura, 2002. 496 s. ISBN 80-7300-059-8.
[3] KOENIG, A; MOO, B. E. Rozumíme C++. 1. Praha : Computer Press, 2003. 388 s. ISBN 807226-656-X.
[4] FUKÁTKO, T. Detekce a mení rzných druh záení . 1. Praha : BEN – technická literatura,
2007. 192 s. ISBN 80-7300-193-3.
27
Detektory kov
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Studenti:
Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Martin Friedl, [email protected]
Michal Král, [email protected]
Vladimír Beneš, [email protected]
Pavel Hlavá, [email protected]
Michal Ková, [email protected]
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Studenti pod dohledem odborníka vyvíjí své zaízení. Student bude sám navrhovat a konstruovat
detektor kov. Pístroj poté bude odzkoušen. Detektor kov bude odzkoušen na profesionálním
mícím zaízení.
Úvod
Citlivost detektor kov je z velké ásti ovlivnna kvalitou použitých cívek, proto je nutné jejich
návrhu a výrob vnovat dostatenou pozornost. Snímací cívka slouží jako senzor zmny
elektromagnetického pole v pípad, že do oblasti pole cívky je vložen pedmt z kovu. Tím dochází
ke zmn induknosti (impedance) cívky. Pítomnost kovu v poli cívky také vyvolá víivé proudy
v kovovém pedmtu, ímž se odsaje ást energie a sníží se jakost Q cívky. Permeabilita a vodivost
pak vstupují jako hlavní parametry do Maxwellových rovnic. Citlivost detektor kov také závisí na
zpracování elektrických signál získaných ze snímací cívky. Problematika snímací cívky a zpracování
signálu je tedy zásdaní a proto je ešena v tomto píspvku. Navržený systém bude koncipován pro
detekci pohybujících se objekt v poli snímací cívky.
Obr.1: Princip víivých proud (vlevo), princip zmny induknosti cívky (vpravo).
ešení
Po prostudování rzných druh konstrukcí cívek, jejich klad a zápor, jsme se rozhodli, že pro nás
bude nejvhodnjší, když použijeme cívku, která má specifickou konstrukci a v literatue je nazývána
jako Lorenzova cívka. Tato cívka využívá efektu minimální kapacity mezi zkíženými vodii. To je
možné realizovat stáením vodi v prostoru nebo vedením meandrem v rovin. Minimální kapacita je
docílena kížením vodi pibližn pod úhlem devadesáti stup. V praxi je však obtížné dosáhnout
takového úhlu kížení, proto jsme se i my spokojili s úhlem kolem sedmdesáti stup.
Nejprve jsme si zvolili oekávaný prmr námi stavné cívky. Pro prvotní stavbu jsme se shodli na
prmru kolem dvaceti centimetr, který dobe poslouží na testování funknosti zamené na detekci
pohybujících se objekt. Pro navinutí Lorenzovy cívky je zapotebí zhotovit formu, sestávající
z devné podložky s kruhov uspoádanými trny, mezi kterými je pi navíjení veden vodi. Nejdív je
potebné na desku nekreslit dv soustedné kružnice, kde vnitní mla prmr námi zvolených dvacet
centimetr a vnjší o tyi centimetry více. Pak bylo zapotebí zvolit optimální poet trn pro navinutí
drátu. Pi velkém potu by byly komrky mezi vodii píliš malé a pi malém množství zase píliš
veliké. Po propotech jsme zvolili 2 x 18 trn. Pro jejich pravidelné rozmístní jsme museli na formu
28
nakreslit áry pes sted kružnic. Tyto áry svíraly mezi sebou úhel dvacet stup. Následn po
umístní trn bylo potebné pokrýt desku papírem proti pilepení montážní pny, kterou použijeme pro
zafixování tvaru cívky, a navléknout na trny bužírku pro snazší sundání cívky z formy. Když byla
forma pipravena, zaali jsme s navíjením vodie. Systém navíjení bral ohled na požadovaný úhel
kížení vodi, vodi byl veden stídav po vnjší a vnitní stran formy, kde vždy po dvou trnech
mnil stranu. Pro názornost je navinutí ukázáno na Obr.3, kde je dobe vidt výsledná navinutá cívka.
Tímto systémem jsme navinuli šestnáct závit, které jsme považovali za ideální poet vzhledem
k rozmrm cívky.
Obr.2: Píprava formy pro navinutí Lorenzovi cívky.
Výsledná struktura vinutí byla tvoena pravidelnými komrkami, jejichž pevnost nebyla dostatená, a
prázdný prostor bylo potebné vyplnit neutrální látkou, která vinutí zpevní. K zafixování této struktury
bylo možné použít acetonový lak, epoxidovou pryskyici nebo montážní pnu. Pro naše ešení jsme
zvolili zafixování polyuretanovou montážní pnou, která podle nás poskytovala nejlepší zpevnní a
malou hmotnost cívky. Po vytvrdnutí bylo nutné odezat pebytenou pnu do požadovaného tvaru. Pi
oezávaní jsme museli dbát na to, abychom nepoškodili vodie cívky. Když už cívka na form mla
výslední tvar, potebovali jsme ji dostat z formy ven. Bylo nutné opatrn oddlit spodní ást cívky od
formy. Pomalým naezáváním se nám to podailo bez poškození jediného vodie. Nyní nám už
zbývalo jen finální oezání posledních nedokonalostí a obalení do prsvitné lepicí pásky a cívka byla
pipravena pro testování detekce letících pedmt.
Obr.3: Navinutá Lorenzova cívka ped a po zafixování montážní pnou.
Závr
Do dnešního dne jsme si prakticky vyzkoušeli detekci pohybujícího se kovového pedmtu skrze
klasicky navinutou cívku. Jednalo se o vinutí malých rozmr, proto napová špika namená
29
osciloskopem na jednoduchém detektoru dosahovala hodnot až 2V. Po tchto pokusech jsme si
nastudovali problematiku cívek používaných u detektor kov. Byla vybrána tzv. Lorenzova cívka
kvli malé kapacit mezi jednotlivými vinutími. Nyní se nacházíme ve stádiu pokusného mení této
cívky s již zmínným jednoduchým špikovým detektorem. V následujících dnech se budeme blíže
zabývat vývojem vhodných vyhodnocovacích obvod. Testovaná cívka je mnohem vtších rozmr
než prvn testované cívky práv pro prvotní ovení teorie. Bude tedy nutné elektroniku pizpsobit
skutenosti, že také špiky mené na Lorenzov cívce pi použití malých kovových pedmt budou
nkolikrát menší.
Literatura
[1]
JARCHOVSKÝ, Zdenk; SOCHÁ, Petr. Renesance Lorenzovy cívky pro detektory kov.
Praktická elektronika. 2001, 9, s. 12-13. ISSN 1211-328X.
[2]
HÁJEK, Jan; JARCHOVSKÝ, Zdenk. Detektory kovu - návod na stavbu. 1. vyd. Praha :
BEN – technická literatura, 2010. 256 s. ISBN 978-80-7300-220-6.
30
Robotický podvozek
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Studenti:
Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Martin Friedl , [email protected]
Michal Král , [email protected]
Jakub Hlka, [email protected]
Jozef Humaj, [email protected]
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Seznamte se s problematikou obsluhy balistické hlavn. Prostudujte souasné metody ešení
automatizovaného nabíjecího systému a možná rizika pro práci s nevybuchlou municí. Na základ
získaných poznatk navrhnte vlastní obvodové a technické ešení manipulátoru pro obsluhu munice.
Navrhnte systém pro bezpené odstranní selhané munice z oblasti obsluhy, který bude
spolupracovat se systémem manipulátoru. Specifikujte požadavky na bezpený úložný prostor pro
nevybuchlou munici na základ údaj urených zadavatelem. Na základ návrh realizujte funkní
vzorky systém manipulátor a ovte je v praxi.
Úvod
Naším úkolem bylo navrhnout systém bezpeného odstranní nevybuchlé munice. V praxi je postup
následující, po neúspšném odpalu se eká uritou dobu, podle typu munice, a po té pyrotechnik
osobn odstraní nevybuchlou munici, což je dost nebezpené. Proto je vhodné, aby tuto život
ohrožující práci vykonával njaký manipulátor, v našem pípad mobilní robot s robotickou rukou.
V naší práci se zabýváme pouze ástí s robotickým podvozkem. Jelikož jsou kladeny vysoké
požadavky na pesnost a citlivost pohybu ruky, není možné v rámci jednoho projektu všechny úkoly z
asových dvod splnit, proto problematika robotické ruky je pedmtem další práce.
Obr.1: Ukázka balistické hlavn.
Pro naše zaízení byl použit komerní robotický podvozek, nebo to velmi urychlí práci a tak se
mžeme více zamit na elektrotechniku. Pro tento podvozek bylo teba navrhnout konkrétní ídící
systém, zprovoznit základní hardware a optimalizovat ídicí software. Výsledný produkt by ml
umožovat bezdrátové ízení podvozku operátorem, bezpen rozeznávat pekážky a dostaten rychle
odvést nevybuchlou munici do bezpené vzdálenosti.
ešení
Základem ídícího systému je procesor PIC16F877, který provádí obsluhu veškerých periferií. Dále
jsou na ídící desce umístny tlaítka a LCD displej pro snadnjší odladní aplikace. Komunikace s
operátorem je ízena pomocí Nano Socket LAN modulu a Router Board prostednictvím WiFi
penosu. Použití Router Board umožuje pozdjší rozšíení o další moduly, které mohou komunikovat
pes LAN.
31
Pro základní detekci pekážek jsou použity tyi odrazové infrasenzory GP2Y0A21, každý je umístn
nad jedním kolem, tak aby bylo snadné rozhodnout, kterým smrem mže robot vyrazit. Výstup z
idla je analogový a velikost naptí je úmrná vzdálenosti pekážky. Podrobnjší obrázek o umístní
pekážek ped robotem lze získat z ultrazvukového sonaru SRF05, kterým lze otáet pomocí serva.
Obr.2: Blokové schéma našeho ešení.
Obr.3: Ukázka robota a ídící desky se senzory
32
Sonar SRF05 má digitální TTL výstup, šíka pulzu je úmrná vzdálenosti pekážky. V kombinaci s
použitým servem si lze udlal jednoduchou mapu prostedí. Robot je napájen z 12 V olovného
akumulátoru. Pro naše úely jsme postavili zdroj s výstupy 12V, 5 V a 3,3 V. Vtev 12 V je použita
pro napájení motor, vtev 5 V slouží k napájení idel a displeje a 3,3 V je veškerá ostatní logika na
robotu. Na podvozku jsou umístny 4 motory GM37-82. Každé dva jsou spojeny paraleln. Pro tuto
koncepci bylo proto nutné vytvoit dva H-mstky. Proud jednoho motoru je 0,85 A nakrátko. Proto
jeden H-mstek musí zvládat alespo 2A špikov. Hotový H-mstek umožuje jednak volbu smru
otáení, tak i plynulou PWM regulaci rychlosti motor.
Závr
Na základn zadaní se nám podailo navrhnout konkrétní ešení robota na bezpený odvoz nevybuchlé
munice. Nakoupili jsme potebné materiály a postupn testujeme jednotlivé ásti robota. V souasné
dob je hotov jednoduchý SW pro PC, který umožuje navázat komunikaci s Router Board na
robotovi. Desky zdroj naptí a H-mstk jsou také hotové. Pro ídící desku zaínáme tvoit SW pro
obsluhu všech periferií a komunikaci s operátorem. Pedpokládáme, že v záí 2011 by ml být hotov
funkní robot.
Literatura
[1] Novák, P. Mobilní roboty - pohony, senzory, ízení. Praha :
BEN – technická literatura, 2005. ISBN 80-7300-141-1
[2] Microchip PIC16F877 : Data Sheet [online]. Dostupné z:
<http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/30292c.pdf>
[3] ConnectOne Nano SocketLAN : Data Sheet [online]. Dostupné z:
<http://www.spezial.cz/pdf/Nano_Socket_LAN_DS.pdf>
[4] SRF05 - Ultra-Sonic Ranger : Technical Specification [online]. Dostupné z:
<http://www.robot-electronics.co.uk/htm/srf05tech.htm>
[5] SHARP
GP2Y0A21 : Data Sheet [online]. Dostupné z: <http://sharpworld.com/products/device/lineup/data/pdf/datasheet/gp2y0a_d_e.pdf>
33
Prmyslové programovatelné relé
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Studenti:
Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Martin Friedl, [email protected]
Michal Král, [email protected]
Pavel Severa, [email protected]
Viktor Jamrich, [email protected]
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Studenti pod dohledem odborníka vyvíjí své zaízení. Cílem projektu je zhotovení programovatelného
relé na DIN lištu. Zaízení bude ízeno mikrokontrolérem ady ATmega od firmy Atmel.
Úvod
Programovatelná ídicí relé jsou pokrokovými elektrickými pístroji, svými možnostmi nahrazují
elektromagnetická relé, asové relé, íta, datalogger a mnoho dalších. Použití nachází
v domácnostech i ve firmách. K ovládání slouží nkolik tlaítek a u dražších variant i informaní
displej. ídící jednotka má analogové a digitální vstupy, mžou tak být pipojeny další ovládací
senzory, tlaítka, optozávory, teplomry, spínae, atd.. Výstupem ídicí jednotky jsou dvoustavové
veliiny, pro velké spínací proudy realizované pomocí relé a pro rychlé signály tranzistory. Celý
program je vytváen na poítai v pehledném grafickém rozhraní a následn penesen do ídící
jednotky.
Obr. 1: Komerní produkty: Moeller EASY, Mitsubishi ALPHA a Siemens LOGO.
Mnoho funkcí je realizováno pouze softwarov, jsou to napíklad asová relé, ítae, komparátory,
atd.. K jejich povolení dochází pímo pi návrhu algoritmu. Návrh algoritmu není obtížný, velmi se
podobá programování PLC automat, kde programové schéma pipomíná elektronické schéma s
tlaítky a rozpínai. Ke správnému chodu programu slouží i poítaová simulace.
ešení
ídícím mikrokontrolérem je ATmega 16L-8AU, je možné nahrazení za ATmega 128L, který umožní
pipojení více vstup nebo výstup. Vstupy jsou analogové a digitální, jejich pomr lze mnit,
maximální poet je osm. Výstupem zaízení jsou tyi relé výstupy s vyvedenými kontakty NO a NC
s zatížitelností do 15 A, dva výstupy pro PWM 24 V/2 A. Jejich stav je signalizován LED. Nechybí
ani piezo siréna, která mže upozornit na závažnou poruchu regulované soustavy.
34
Obr.2: Schéma zapojení navrženého programovatelného relé.
Systémový as zajišuje RTC obvod zálohovaný baterií. K pohodlnému ovládaní poslouží tyi
tlaítka a tíádkový displej. Pipojení SD karty nám umožuje využití externího ídícího algoritmu a
také ukládání namených veliin do souboru pro pozdjší vyhodnocení. Prmyslová zaízení mají
logiku na úrovni 24 V, k tomu byl upraven i napájecí zdroj. Naptí je mniem DC-DC sníženo na
5 V a následn pro logiku mikrokontroléru na 3,3 V.
Obr. 2: Prototyp navrženého programovatelného relé.
Závr
Konstrukce zaízení se ukázala jako daleko levnjší než u konkurence. V souasné dob pracujeme na
softwarové ásti a miniaturizaci vývojové desky. Plánujeme pipojení Ethernet modulu pro snadné
ovládání a monitoring pes LAN a pehledné grafické rozhraní pro programování ídící jednotky. Dále
zvažujeme nad zmnou mikrokontroléru ATmega 16L-8AU na ATmega128L.
35
Speciální zdroje pro snímání rychlých jednorázových dj
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Studenti:
Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Martin Friedl, [email protected]
Ing. Michal Král, [email protected]
Radek Koí, [email protected]
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Seznamte se s problematikou mení rychlosti pohybujících se objekt s hodnotami do 2000 m·s-1.
Prostudujte principy stávajících metod a navrhnte nové uspoádání senzoru na indukním principu
pro identifikaci rychle se pohybujících projektil a pro mení jejich rychlosti. Navrhnte obvodové
ešení pro pizpsobení signál ze snímae. V pípad poteby využijte obvodového simulátoru pro
analýzu navrženého zapojení. Na základ návrhu realizujte experimentální provedení snímae
a mením ovte jeho možnosti a parametry.
Úvod
Problematika mení rychlosti pohybujících se projektil je pomrn nároná, jelikož se jedná o jevy
jednorázové, nelze je tedy pesn opakovat. V dnešní dob se využívají optické a elektromagnetické
principy a dále mení s využitím Dopplerova radarového systému. Pro mení optickými i
elektromagnetickými principy se využívá dvou bran (hradel), které jsou od sebe v pesn definované
vzdálenosti, která se nazývá báze. Jednotlivá hradla pi detekci prletu projektilu vytvoí puls, který
ovládá rychlý íta. Prvním impulsem je íta spuštn, mluvíme tedy o START pulsu, a druhým,
STOP pulsem, je zastaven. Ze získaného asového intervalu a známé báze mžeme vypoítat
prmrnou rychlost projektilu na meném úseku.Jeden z elektromagnetických princip využívá jako
hradla dv cívky, které nesou primární a sekundární vinutí. Primární vinutí se napájí stejnosmrným
proudem, který v okolí cívky vytvoí elektromagnetické pole. Pi pohybu projektilu v tomto poli dojde
ke vzniku víivých proud v projektilu, které vytváí elektromagnetické pole, psobící proti poli, jímž
byly víivé proudy vybuzeny. Siloáry pole projektilu zasahují do vinutí sekundární cívky, ve které
dojde k indukci naptí a tedy generování pulsu.Z optických metod se jedná pedevším o optická
hradla, která zaznamenávají prchod projektilu optickým paprskem. Zdrojem svtla mže být ada
svtelných diod nebo laserová dioda, jejíž paprsek je soustavou zrcátek rozmítán do plochy. Jako
fotocitlivé prvky se využívají PIN fotodiody. Pi prletu projektilu optickou bránou dojde k zastínní
paprsku a tím je generován výstupní puls. Výhodou svtelných hradel je nezávislost na materiálu
projektilu, ovšem nemohou být využita v blízkosti ústí hlavn, z dvodu záblesku od hlavn a odletu
zbytkového prachu.Radarová mení využívají zmny frekvence odraženého paprsku od projektilu
v závislosti na rychlosti projektilu. Toto mení umožuje mení rychlosti letu projektilu po celé dob
jeho letu.
ešení
Pro ešení návrhu snímacího hradla jsme se rozhodli využít metody víivých proud indukovaných
v projektilu procházejícím magnetickým polem cívky. Jestliže budeme mící cívku napájet stídavým
naptím, bude se v jejím okolí generovat magnetické pole. Pi pohybu meného projektilu (elektricky
vodivého) dojde vlivem mnícího se magnetického pole k indukci víivých proud v tle projektilu.
Tyto proudy vytvoí v okolí projektilu své vlastní magnetické pole, které interaguje s polem cívky, a
tím ovlivují vlastnosti cívky. Se vzrstající vzdáleností projektilu od cívky se velikost víivých
proud zmenšuje.
Pro ovení tchto skuteností byla sestrojena dvojice zkušebních pípravk. První pípravek má jedno
vinutí o prmru 17,3 mm a 34 závit, na druhém pípravku jsou navinuta dv vinutí tsn za sebou
(pro možnost diferenciálního vyhodnocení) o prmru 15mm a 44 závit. Pro oba pípravky byl použit
lakovaný mdný drát o prmru 0,35 mm.
36
Obr. 5 – První (vlevo) a druhý micí pípravek
Jako první byla zkoumána frekvenní charakteristika druhého pípravku s vloženým duralovým
projektilem v závislosti na jeho poloze a prvního pípravku bez a s vloženým projektilem.
40000
35000
L1
L2
|Z| [Ohm]
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
3 500 000
3 700 000
3 900 000
4 100 000
4 300 000
4 500 000
f [Hz]
Graf 1 – Frekvenní charakteristika druhého pípravku (projektil 6 mm od poátku vinutí)
40 000
vzduch
35 000
dural (5.56)
|Z| [Ohm]
30 000
25 000
pláš mosaz, v pedu mosaz,
vzadu elektrovodivý hliník
20 000
istá mosaz (5.56)
15 000
mosaz pláš, v pedu tvrdá
ocel, vzadu olovo (SS109)
10 000
5 000
0
3 600 000
3 800 000
4 000 000
f [Hz]
4 200 000
Graf 2 – Frekvenní charakteristika prvního pípravku
37
4 400 000
Z grafu 1 je vidt, že pi vložení projektilu do vzdálenosti 6 mm od poátku pípravku jsou
vlastnosti jednotlivých vinutí rzná. Shodné vlastnosti nastávají pro pípad bez vloženého projektilu
a pi poloze projektilu 15 mm, práv tato poloha uruje polohu projektilu ve stedu pípravku, tedy
hledanou polohu projektilu pro generování impulsu.
Na grafu 2 je vyobrazena zmna impedance pi vložení projektil stejných rozmr z rzných
materiál, je vidt, že frekvenní posun je stejný, pouze se mní absolutní hodnota impedance.
Dále bylo provedeno mení s využitím prvního pípravku a k nmu pidaného špikového
detektoru. Mícím pípravkem byl prohozen duralový projektil a na osciloskopu se sledovala zmna
výstupního signálu.
Obr. 6 - Generovaný puls prvním (vlevo) a tetím pípravkem pi prchodu projektilu
Z obr. 2 je vidt, že pi prchodu projektilu vinutím prvního pípravku došlo ke snížení výstupního
naptí špikového detektoru. Toto mení bylo uskutenno pro napájecí signál o frekvenci 200 kHz,
cívka tedy byla naladna pod resonanní oblast.
Dále byl sestrojen tetí pípravek, který obsahoval dv jednoduchá hradla (2x jedno vinutí) od
sebe vzdálená 40 cm s potem závit 50. Pro ob vinutí pípravku byly sestrojeny špikové detektory,
díky kterým je opt možné rozpoznat okamžik prchod projektilu cívkou. Následn bylo provedeno
mení pro napájecí signál o frekvenci 2,7 MHz, tedy oblast nad resonancí, generovaný puls je kladný
(viz. Obr. 2).
Obr. 7 – Micí pracovišt
38
Obr. 8 – Pulsy generované prchodem rzných projektil
Závr
Z namených hodnot je patrné, že vlastnosti cívky se mní s polohou projektilu, a je možné je využít
pro generování impulsu pi poloze projektilu uprosted hradla, pi použití hradla se dvma vinutími.
Dále je vidt, že využití nad resonanní oblasti pro mení je vhodnjší, jelikož dojde k vzestupu
naptí oproti poklesu u pod resonanní oblasti.Navržený mící systém se po uskutenní daných
mení jeví jako vhodný pro další mení, ovení dalších vlastností a sestrojení funkního prototypu
mícího pípravku, pomocí kterého by se dala ovit pesnost pro mení rychlosti letu zkoumaného
objektu.
Literatura
[1] Eddy
Current
Testing
[online].Dostupné
z
WWW:
<http://www.ndted.org/EducationResources/CommunityCollege/EddyCurrents/cc_ec_index.htm>.
[2] SPOHN, Daniel. Inductive Sensing for Velocity Measurement at a U.S. Air Force Laboratory.
Sensormag [online]. August 1998. Dostupný z WWW:
<http://archives.sensorsmag.com/articles/0898/in0898/index.htm>.
39
Mapování specifických konfigurací magnetického pole
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Student:
Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Michal Hadinec , [email protected]
Michal Král , [email protected]
Radka Jakubíková , [email protected]
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Prove
te zmapování magnetického pole zvolených magnetických obvod.
Úvod
Pi experimentech provádných na UTEE je asto nutné provádt experimentální mapování
specifických konfigurací magnetického pole, nejastji za úelem srovnání simulací provádných
v programu ANSYS. Tento projekt se zabývá možnostmi mapování magnetického pole vybavením
dostupným na UTEE a realizací mapovacího procesu na vybraných magnetických obvodech.
Mení magnetické indukce se obecn provádí pomocí magnetických pevodník neboli sond. Tyto
sondy pevádí menou veliinu na elektrický signál. Je možné mit sondami i jiné veliiny, jako jsou
intenzita magnetického pole, permeabilita, magnetický tok atd. V praxi jsou nejastji používané tyto
pevodníky:
x mící cívka,
x Hallova sonda,
x feromagnetická sonda,
x Rogowskiho-Chattockv potenciometr,
x NMR.
Pro své mení jsem použila Hallovu sondu, proto uvedu popis pouze tohoto pevodníku. Hallova
sonda je založena na principu Hallova jevu. Je tvoena tenkou destikou malých rozmr (pibližn 5 x
3 x 0,1 mm). Touto destikou prochází stejnosmrný proud jedním smrem. Pokud tuto destiku
vložíme do magnetického pole, bude na pohybující se nosie náboje psobit Lorentzova síla. Tato síla
zpsobí vychýlení tchto náboj ve smru kolmém k psobení magnetické indukce. Náboje se
hromadí pouze na jedné stran destiky a tím se vytváí naptí mezi protilehlými stranami destiky.
Tuto veliinu nazýváme Hallovo naptí a mžeme ji vyjádit vztahem [1]:
uH
kde
RH…Hallova konstanta,
I…proud procházející destikou,
d…tlouška destiky,
B…indukce magnetického pole,
RH ˜ I
˜B
d
(V)
(1)0
(C-1.m3)
(A)
(m)
(T)
Hallovo naptí je pímo úmrné magnetické indukci B pi konstantním proudu I. Mžeme ho
jednoduše mit napíklad milivoltmetrem. Hallovy sondy mohou být velmi malé a mžeme jimi mit
magnetickou indukci i ve velmi malých vzduchových otvorech rzných feromagnetických obvod.
Sondou lze mit i stídavá magnetická pole o nízkých kmitotech nebo se dá také použít pro mení
silných magnetických polí generovaných supravodivými cívkami. Sonda neobsahuje žádné
feromagnetické ásti a tak neovlivuje mené pole. Sonda vždy mí pole kolmé k ploše destiky.
Existují ti typy Hallovy sondy, dva jsou tangenciální a jeden axiální. Tangenciální sonda je citlivá k
magnetickému poli kolmému k podélné ose sondy, axiální sonda je citlivá k magnetickému poli ve
smru podélné osy sondy. 0
ešení
40
Námi mapovanou konfigurací byla destika s vyleptaným geometrickým útvarem, která je napájena
dvouvodiov zdrojem ss proudu, proud pro mení byl 5A. Tímto proudem je možné docílit
magnetické indukce až stovek T. Tvar destiky je zvolen s ohledem na další teoretické výpoty
magnetických polí. Umístní napájecích vodi je zejmé z obr. Chyba! Nenalezen zdroj odkaz..
Mení magnetické indukce probíhalo gaussmetrem F.W.BELL 9900 (obr. Chyba! Nenalezen zdroj
odkaz.) s využitím manuálního posuvu pro upevnní sond.
obr. 1Pístroj F.W.BELL
obr. 2 Hallovy sondy pístroje
Pro mení bylo použito jedné tangenciální a jedné axiální sondy (obr. 2) z dvodu požadavku
mení magnetického pole ve všech tech osách prostoru. Magnetická indukce byla promována na
rzných dodaných vzorcích. Rozmry a zpsob mení jsou zejmé z obr. 3 . Vzorek je upevnný na
svislé nebo vodorovné podložce a Hallova sonda je pipevnna k manuálnímu posuvu, kterým se dá
pohybovat v ose x ( nahoru a dol vzhledem ke stedu vzorku) a y (doprava a doleva vzhledem ke
stedu vzorku). Pi použití otoného držáku na vzorek zajišuje posuv i zmnu souadnice z.
x
vzorek
6cm
y
z
3cm
-
+
Hallova sonda
1,05cm
obr. 3 Nákres pracovišt
U vzorku na obr. 4 bylo provedeno mení magnetické indukce, jejíž vektor smoval ven ze vzorku
ve smru osy z. Úelem bylo zjištní hodnot magnetické indukce na vnitním a vnjším okraji. Na toto
mení byla použita tangenciální Hallova sonda. Vzorek byl pipevnn na vodorovné podložce a sonda
byla umístna tak, aby mila vektor magnetické indukce vystupující ze vzorku ve smru osy z.
Vzorkem bylo možné otáet kolem své osy po jednom stupni (obr.4) a mapovalo se v polárních
souadnicích, pípadn probíhalo mapování v kartézských souadnicích posouváním celé sondy
(obr.5). Nkteré experimentální výsledky zmapovaných polí jsou uvedeny na obr. 6 a obr.7.
41
obr. 1 Umístní sondy a vzorku
(mapování v polárních souadnicích)
obr. 2 Umístní sondy a vzorku
(mapování v polárních souadnicích)
100
50
0
50
0
100
200
300
400
100
obr. 3 Prbh pole na okrajích vzorku
obr. 4 Prbh pole Bz ve 2D
Závr
V lánku je popsán zpsob mení magnetické indukce Hallovou sondou a je popsáno experimentální
pracovišt pro mapování magnetického pole rzných dodaných vzork. Namené hodnoty jsou
zpracovány v systému Matlab a v budoucnu budou porovnány se simulacemi v systému ANSYS,
pípadn s mením metodami NMR.
Literatura
[1] BEJEK, Ludvík; EJKA, Miloslav; REZ, Jií a kol. Mení v elektrotechnice. Vydavatelství
VUT Brno, 2008.
[2] Elidis s.r.o [online]. 2010-07-22 [cit. 2011-06-19]. Dostupné z
<http://www.elidis.cz/index.php?menu=50>.
42
Ovení životnosti a spolehlivosti elektronických modul
akcelerovanými testy
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Student:
Zadavatel projektu:
doc.Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Michal Hadinec, Ph.D., [email protected]
Ing. Zoltán Szabó., [email protected]
Karel Nuhlíek, [email protected]
FEI Czech republic s.r.o., Podnikatelská 6, 612 00 Brno
Zadání projektu
Spolehlivost zaízení a stední doba života (MTTF) elektronických modul, výpoet MTBF, pomocí
praktických píklad z literatury vytvoit soubor základních test (vibrace, cyklování teplot, vysoká
vlhkost) a v krátké dob tak odhalit kritická místa návrhu vyvíjeného modulu. Konkrétní návrh
akcelerovaných test vyvíjené elektronické desky, ovení její spolehlivosti, nalezení kritických
míst/souástek a výpoet MTTF.
Úvod
Tento projekt se zabývá ovením spolehlivosti a životnosti zaízení, pípadn jeho komponent, za
pomocí testovacích metod a statistických výpot. Spolehlivost produkt je dležitá proto, aby daná
firma zaruila kvalitu svých výrobk a nedocházelo tak ke zbyteným ztrátám, reklamacím a tím i ke
snížení její prestiže. Proto je poteba výrobky správn otestovat a z výsledných test pak vyhodnotit
jejich spolehlivost. Mezi asto používané statistické výpoty patí stední doba života (MTTF), doba
mezi poruchami (MTBF), testy statistických hypotéz a další zpsoby výpotu. V této ásti projektu se
budu zabývat teorií spolehlivosti, akcelerovanými testy, dále metodami výpotu MTBF a souvisejícími
metodami týkající se spolehlivosti a statistiky.
Praktická ást projektu se zamuje na testování zaízení pomocí specializovaného softwaru, zde bych
se ml zabývat tzv. „burn-in testem“. Pi testování budu využívat zapojení pomocí sbrnice GPIB
rozhraní s poítaem, na kterém budu pomocí softwarového rozhraní zpracovávat výsledky a vytváet
graf, a zprávu o prbhu mení. Jedná se o zapojení voltmetru a zdroje naptí nebo generátoru
s poítaem. Jako software se používá nejastji Agilent Vee Pro, Visual Basic, Visual C++ a rzné
jiné softwarové nástroje pro sbr dat. V posledním bod projektu bych ml mít pehled o funkcích
elektronických zaízení a souástek.
Obr.1: Micí pístroje propojené pes GPIB.
43
ešení
Základní pojmy z teorie spolehlivosti
Spolehlivost bývá zamena na uritý výrobek (objekt). Výrobkem se myslí prvek, systém nebo jeho
ást. Každý výrobek má od okamžiku výroby svou historii tj. doprava, skladování píprava na využití,
vlastní využití, údržba, oprava a vyazení. Samozejm se požaduje, aby v jednotlivých fázích byl
výrobek spolehlivý.
Spolehlivostí se rozumí schopnost výrobku vykonávat po stanovenou dobu požadované funkce pi
daných technických podmínkách. Mžeme ji charakterizovat šesti základními vlastnostmi:
bezporuchovost, životnost, skladovatelnost a bezpenost.
Pro urení spolehlivosti se používají rzné druhy výpot. Uvádím zde jenom ty hlavní, které se týkají
projektu. [1]
MTBF (Mean Time Between Failures)
Je to doba mezi poruchami bhem operace, je urena pro opravitelný výrobek. Vypoítá se jako
celkový as zaízení na poet poruch. Vyjádeno vztahem:
(1)
kde je výsledné MTBF, T je celkový as operace, R je poet poruch
MTTF(Mean Time To Failure)
Je vyjádena jako celkový poet hodin práce všech zaízení dokud se neobjeví chyba. Také známá jako
stední doba poruchy. Vztah pro výpoet MTTF je:
(2)
Kde je výsledné MTTF (poet hodin na chybu), T je celkový as, N je poet jednotek pod testem.
Napíklad 10 pístroj je testováno po dobu 500 hodin. Bhem testu se objeví dv chyby.
Odhad pro MTBF je:
(3)
(4)
Testy statistických hypotéz
Tato metoda spoívá v testování uritého potu výrobk z celkového potu, napíklad aut. Pi
otestování tohoto potu aut, pokud projdou testem, mžeme usuzovat, že i zbývající auta jsou funkní.
Zkoušky jsou nastavené tak, aby daný výrobek splnil potebnou spolehlivost, aniž by došlo
k poškození i k neopravitelné závad, piemž výrobek by ml být i nadále použitelný, pokud projde
zkoušením. Uvedená metoda je efektivní pokud firma chce zajistit uritou úrove kvality výrobk,
pokud ale daný výrobek bude používán v odlišných podmínkách, mže dojít k jeho poruše po uritém
ase.
PC
Zdroj
naptí
Voltmetr
Obr.2: Blokové schéma zapojení setupu
44
Praktická ást
Pi testech výrobku je využíván software, který se jmenuje „burn-in test“. Tento software je bžn
používaný pro testování základní desky a její komponent. Program poskytuje podrobné výsledky o
stavu jednotlivých ásti v poítai. Souásti projektu bude zmínné zapojení voltmetru a zdroje naptí
s poítaem pes sbrnici GPIB.
Dležité body této úlohy jsou:
1. Nastavit na zdroji nebo generátoru naptí -1V.
2. Po DLY ms peíst voltmetrem výstupní naptí. (DLY – asový úsek, interval)
a zaznamenat do souboru.
3. Pokud naptí není vetší než +1V tak zvýšit naptí o 50mV
4. Opakovat od kroku 1.
Výše uvedený cyklus zmit 300x. Pro DLY ms je poteba nastavit co nejmenší možný as
dle použitého SW a pro 10 násobek DLY.
5. Vyhodnotit základní statistické ukazatele na získaném vzorku dat.
Pro tení dat ze sbrnice je možné použít tyto programy: Visual Basic, Visual Studio, Agilent Vee Pro,
LabView a další.
Závr
V lánku jsem zmínil základní pojmy týkající se spolehlivosti a metody pro urení spolehlivosti
zaízení. Dále jsem uvedl praktickou ást obsahující zapojení zdroje naptí s voltmetrem pes sbrnici
GPIB s poítaem se softwarem, kterým je možné peíst data získané z micích pístroj a vytvoit
píslušný graf.
Literatura
[1] MARTÍNEK, Zbynk; HÁJEK, Josef. Teorie spolehlivosti v energetice. Univerzitní 8, 306 14
Plze : Západoeská univerzita v Plzni, 2002. 150 s. ISBN 80-7082-894-3.
45
Návrh micí sít
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Student:
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Radim Kadlec,
[email protected]
Michal Král,
[email protected]
Róbert Krajír,
[email protected]
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Student pod vedením odborníka vyvíjí svj vlastní koncept rychlé a odolné mící sít pro využití v
tžkých podmínkách s vysokým stupnm rušení. Konkrétní pípad využití v rámci ešení projektu je
mení napových a proudových prbh pi testování pulzního výkonového generátoru (dále jen
„PVG”). Student bude sám navrhovat a konstruovat zvolené ešení sít vetn modulátor nebo
pevodník. Sí bude poté laboratorn pezkoušena a pípadn i aplikována do praxe.
Úvod
Problematika mení elektromagnetických polí je ve dnešním svt velice rozšíena a znan dležitá.
Souasný stav této problematiky je vcelku problematické shrnout do tchto ádk, jelikož pro každou
aplikaci je zpravidla nutný odlišný pístup. Existuje mnoho mících metod, každá se svými
specifickými výhodami a nevýhodami, které je pedurují k využití v nkterých konkrétních
aplikacích. Je tedy velice nároné zvolit správnou metodu, která bude poskytovat požadované výhody,
a zárove umíme její zápory na základ znalostí z oboru dostaten potlait. Pi ešení konkrétní
problematiky, zde mení prbh na PVG, je taktéž dležité znát vlastnosti a princip zaízení, na
kterém máme v úmyslu mení provádt, a to hlavn z hlediska vhodné volby a realizace mící
metody. Táto práce má za cíl konkrétní namené hodnoty z již navrhnutých a zkonstruovaných
senzorových zaízení spolehliv pepravit na delší vzdálenost, piemž bude procházet prostedím se
znaným stupnm rušení, které vzniká vyzáením elektromagnetického výkonu vzniklého na PVG do
okolí. Informace musí urazit znanou vzdálenost i z dvodu ochrany mících zaízení ped
mechanickým poškozením a rušením, jelikož potebný výkon na PVG je možné dosáhnout jedin
použitím výbušniny a celé mené zaízení se po pokusu znií. Na míst je i galvanické oddlení
osciloskop a jiných zaízení od PVG z dvodu ochrany proti peptí ve form napových špiek na
vedení. Ze známých ešení byl pi minulých pokusech použit koaxiální kabel (zakonený impedancí
50 ), ukázal se však jako nevyhovující z hlediska rušení, galvanického oddlení obvod a šíky
pásma. Vyvstává tedy problém inovace mící sít na základ výše uvedených nedostatk a nalezení
vhodného ešení (i cenov).
Obrázek 1: Schéma a mené prbhy na PVG
46
ešení
Z dostupných ešení se jako nejlepší jeví princip pímého penosu mených prbh v analogové
form pes optické vlákno (v anglické literatue známé jako „Analog fiber optic link“). Tato varianta
pináší výbornou šíku pásma, vysokou rychlost penosu, malý útlum a výbornou odolnost vi rušení.
Mící sí byla navrhnuta tak, že na stran PVG bude umístn pevodník naptí na proud a vzáptí
modulátor elektrického signálu na optický. Modulaních metod se taky nabízí více, použít mžeme
napíklad polarizaní modulaci, která využívá zmnu polarizace svtelného svazku, avšak zde mže
vyvstat problém v podob rušení silným magnetickým polem, jež má na polarizace svazku v optickém
vlákn vliv. Jako nejvýhodnjší metoda modulace byla vybrána modulace intenzitní (výkonová), která
využívá linearitu závislosti výkonu na proudu, a to jak na stran modulaních diod (LED, laser), tak na
stran fotodetektor, kterými budeme zptn transformovat optický signál na elektrický. Na výstupu
fotodetektor bude pipojen zesilova, který pijatý signál dostaten zesílí a bude moct být piveden
pímo na vstup mících pístroj, v našem pípad osciloskop. V tomto ešení musíme uvažovat taky
reprodukovatelnost zaízení a cenu jednotlivých komponent, protože modulátor i U/I pevodník
budou umístny v tsné blízkosti PVG a výbuchem budou znieny.
Obrázek 2: Schéma navrhovaného uspoádání mící sít
Závr
Vzhledem k širším možnostem dnešní technologie jsou mnohé z výše upomenutých komponent již
komern dostupné, a to bu
jednotliv, nebo i zakomponované v rzných aplikacích. Z toho dvodu
bude užitené v rámci ešení projektu prozkoumat aktuální nabídku vhodných obvod z hlediska
výkonnosti a ceny a najít vhodné souástky pro realizaci. Po obstarání komponent a po pípadné
svépomocné výrob dalších bude ešení projektu sestaveno a oveno v laboratoi a následn
aplikováno pro mení ve firm Prototypa a.s. a na Ústavu teoretické a experimentální elektrotechniky
FEKT VUT.
Literatura
[1] DREXLER P. Metody mení ultrakrátkých neperiodických elektromagnetických impuls.
Doktorská práce. Brno: Vysoké uení technické v Brn, Fakulta elektrotechniky a
komunikaních technologií, 2007. 92 s. Vedoucí disertaní práce: doc. Ing. Pavel Fiala, Ph.D.
[2] DREXLER P. Techniky potlaování dvojlomných jev. Habilitaní práce. Brno: Vysoké uení
technické v Brn, Fakulta elektrotechniky a komunikaních technologií, 2009. 69 s.
[3] MYŠKA, R. Micí systém impulzního proudového zdroje. Diplomová práce. Brno: Vysoké
uení technické v Brn, Fakulta elektrotechniky a komunikaních technologií, 2011. 79 s.
Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.
47
Píprava výkres pro databázi pístroj
Student:
Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Radim Kadlec, [email protected]
Ing. Petr Slavata, [email protected]
Doc. Ing. Jií Maxa, Ph.D., [email protected]
Tomáš Mejzlík, [email protected]
Zadavatel projektu:
EATON Elektrotechnika s.r.o., Tebovská 480, 562 00 Ústí nad Orlicí
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultanti projektu:
Zadání projektu
Píprava rozmrových výkres pro databázi pístroj. ešitel samostatn zpracuje rozmrové výkresy
pístroj v CAD systému AutoCAD podle zadaných pravidel (pekreslení grafiky z výrobkového
katalogu do CAD systému) a pipraví technickou dokumentaci. Pro vybrané výrobky pipraví 3D
model.
Úvod
Píprava výkres probíhala v programu Autodesk AutoCAD 2010 a skládala se ze ty ástí. V první
fázi bylo nutné seznámit se se zásadami práce v AutoCADu a se zásadami technického kreslení vbec.
Dležitou souástí této fáze bylo porozumní a uvdomní si rozdílností v americkém promítání a
evropském, nebo podklady byly z amerického katalogu. V druhé fázi se ešitel seznámil se
základními a pokroilými píkazy pro dvojrozmrné konstruování a hned je použil pi tvorb
výkresové dokumentace k osmi variantám 2D výkresu jistie IZM, jedna z nich v reálu je na obr. 1.
Obr. 1: Reálná fotografie vzduchového jistie IZM.
Pro vytvoení trojrozmrného modelu jistie bylo nezbytné seznámit se s problematikou konstruování
v tech rozmrech a nutnými zásadami s tím spojenými. ešitel se nauil pracovat s trojrozmrnými
útvary a píkazy a vytvoil 3D modely. Poslední, asov nejnáronjší ástí tohoto projektu, byla
aplikace jistie v rozvadi a namodelování kabel, pípojnic, držák, úchyt a podobných nezbytn
nutných souástek pi reálném provozu výkonových jisti v rozvadích.
ešení
ást práce probíhala v 2D a bylo tedy nutné se na n adaptovat. Rovinné konstruování je z velké ásti
podobné technickému kreslení na papír. K nakreslení všech 2D výkres v této práci by staily dva
základní útvary – ára a kružnice. Pro vyšší efektivitu byly použity i obdélníky, mnohoúhelníky a
výjimen i kivka.
48
Obr. 2: Detailní pohled na 3D model jistie IZM.
Píkaz v rovinném kreslení není mnoho a jsou pomrn jednoduché k pochopení a nauení se.
Celkov v rovinném konstruování nebyl problém s tím, jak nco zaoblit, posunout, otoit, ale spíš s
tím, si to vbec pedstavit jak to vypadá v reálu a k emu daná ára v podkladech slouží.
Nejpoužívanjšími píkazy byly: Posunout, Kopírovat, Otoit, Zaoblit, Zkosit, Zrcadlit a
Oíznout/Prodloužit.
Pechod do trojrozmrného konstruování sebou pináší mimo možnosti dalšího rozmru také nkterá
opatení, která je teba dodržet, aby nedocházelo ke zbyteným problémm. Znalosti souadného
systému a jeho zmn, dobrá orientace v prostoru a zvládnutí natáení pohled dle požadavku, jsou
elementárními pedpoklady pro modelování trojrozmrných souástek.
Pi kreslení ve 3D se bžn používají píkazy z 2D konstruování jako teba Posun, Kopíruj a Vymaž.
Navíc zde pijde na adu 3D zrcadlo, 3D rotace, Editace kivky, Vytáhni, Odízni, Sjednotit a Rozdíl.
Jedním z vytvoených model byl typólový IZM 20 jistící proudy 1600 – 2000 A na obr. 2.
Závr
Projekt Píprava výkres pro databázi pístroj byl zadán v lednu 2010 a práce na nm probíhaly od
zadání až do dubna 2011. Práce na tomto projektu byla výhradn v konstrukním programu AutoCAD.
V prbhu pibližn 450 dní vzniklo dohromady 37 výkres. Z toho 6 zpracováno ve 2D a 31 v 3D
prostedí. Primárním pedmtem práce byly jistie EATON NZM4 a IZM v rzných variacích vetn
píslušenství.
Nejprve byl nakreslen dvojrozmrný model IZM v típólové a typólové variant jistící proudy 800 –
1250 A respektive 1600 – 2000 A. Potom byl po samostatných ástech s vlastním výkresem a
okótováním vytvoen trojpólový a typólový model jistie IZM. Druhým vytvoeným jistiem ve 3D
byl model NZM4.
Jistie byly následn uloženy do rozvade a namodelováno k nim reálné pipojení ke sbrnicím a
silové kabely. Pipojení jisti bylo zpracováno ve více možnostech na horní i zadní sbrnice. Model
49
trojpólového jistie IZM byl zakomponován do rozvade ve variantách: jisti pes dvee – horní
sbrnice, jisti pes dvee – zadní sbrnice, jisti za dvemi – horní sbrnice, jisti za dvemi – zadní
sbrnice ke každé variant jsou dostupné pohledy s otevenými a uzavenými dvemi. Model NZM4 je
k dispozici taktéž s otevenými a uzaveními dvemi ve variantách horní a zadní sbrnice.
Literatura
[1]
SN ISO 129-1. Technické výkresy : Kótování a tolerování. [s.l.] : eský normalizaní
institut, Srpen 2005. 32 s. Katalogové íslo 73718.
[2]
Katalog. TOP Servis - Kabelové píchytky SONAP. Brno : TOP Servis, Leden 2010. 3 s.
Dostupné z WWW:
<http://www.topservisbrno.cz/files/dokumenty/TOPservis_katalog_SONAP.pdf>.
[3]
SN EN 60898-1. Elektrická píslušenství : Jistie pro nadproudové jištní domovních a
podobných instalací - ást 1: Jistie pro stídavý provoz (AC). Praha: eský normalizaní institut,
Listopad 2003. 112 s. Katalogové íslo: 68639.
[4]
FOT, Petr; KLETEKA, Jaroslav. AutoCAD 201 : Uebnice. Brno: Computer Press,
Listopad 2009. 384 s. ISBN 978-80-251-2181-8.
50
Návrh rozvodny NN
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Student:
prof. Ing. Jarmila Ddková, CSc., [email protected]
Ing. Radim Kadlec, [email protected]
Ing. Petr Slavata, [email protected]
Štefan Róža, [email protected]
Zadavatel projektu:
EATON Elektrotechnika s.r.o., Tebovská 480, 562 00 Ústí nad Orlicí
Zadání projektu
Návrh rozvodny nízkého naptí pro prmyslový objekt (dimenzování jistících pístroj, návrh
rozvád). Na základ zadaného schématu zapojení ešitel provede zkratové výpoty v programu
Pavouk (program pro dimenzování nn sítí s jistícími pístroji Eaton/Moeller) a navrhne vhodné jistící
pístroje. Následn provede návrh rozvád v programu M-Profil (program pro projektování
rozvád Eaton/Moeller). Pro pívodní pole navrhne vedení hlavních proudovodných drah a vytvoí
3D model. Na závr pipraví technickou dokumentaci.
Úvod
Mým úkolem v projektu je rekonstrukce již existujícího projektu rozvodny NN. Práce zahrnuje úpravu
projektu rozvodny dle platných norem v programu AutoCAD, dále projekt vložit do programu Pavouk
a vypoítat zkratové proudy a tak urit všechny vodie sbrnice a ostatní prvky. Nakonec návrh
rozvad v programu M-Profil.
Obdržené (chybné) schéma rozvodny NN v dwg formátu obsahuje dva rozvade po 3 polích. Schéma
bylo chaotické, nebyly rozdleny hladiny, což uruje pehlednost a odbornost projektu rozvodny,
znaky a spoje nebyly pospojovány a vtšina prvk bylo posunutých. Znaky mly rzné rozmry a
nebyly stejné. Nebylo provedeno rozdlení polí, a pospojování jednotlivých polí. Dále ve schématu
chybla ást napájení UPS (zálohové napájení pi výpadku proudu).
Postup prvního ešení, tedy upravování schématu budu provádt v programu AutoCAD.
Obr. 1: ást chybného schématu, AUTOCAD
ešení
Úpravu schématu jsem zaal zarovnáváním znaek a spojováním nedokonených spoj. K tomu mi
pomohla funkce AutoCADu - extend. Doplnil jsem ohraniení polí, a upravil jejich definici. Zarovnat
jsem jednotlivé prvky a mohl jsem pokraovat v úprav a to rozdlením hladin. Hladiny jsou dležité,
projekt je tak prhledný a hladiny jsou nápomocné pi úprav a tisku projektu. Na zaátku jsem si
musel uvdomit strukturu schématu, rozdlit obvody na silové a ovládací, urit sbrnice. Vytvoil jsem
hladiny, hromadn jsem oznail prvky patící do jedné hladiny a piadil je. Každé z hladin jsem ješt
piadil podhladiny, aby byly definovány názvy, popisy a spoje. Pokraoval jsem v propojení
jednotlivých polí. Každé pole má vyznaen vstup a výstup. Uril jsem propojení z prvního rozvade
do druhého a propojení v jednotlivých adách polí, kde není možné pímé projektové spojení.
Propojení polí má zvláš definovanou hladinu. Do schématu jsem dál musel doplnit napájení UPS,
které sice mlo definovaný výstup a vstup do pole, ale nebylo zakresleno ve schématu a nebylo
51
naznaeno propojení. Doplnil jsem blokové schéma UPS s akumulátorem, který ho napájí, a definoval
propojení s polem.
Obr. 2: Pole 1 – upravené schéma, AutoCAD
Na obr. 2. je vidt Pole 1 upraveného schématu. Je pehledné oproti schématu z obr.1. Silové a
ovládací spoje jsou barevn rozlišeny, znaky jsou zarovnány a také ervený spoj je propojení pole.
Ržová šipka zdola naznauje napájení z transformátoru, u které také nebylo vyznaeno. Úprava
režimu je tak hotová. Je dležité mít schéma v poádku, protože pi dalších krocích (nap. výpoty v
programu Pavouk) s ním budu pracovat.
Dalším krokem je návrh v programu Pavouk. Program pavouk je vytvoen firmou Eaton a je voln
stažitelný na jejich stránkách www.eaton.cz. Pi návrhu je teba dbát na celkový vzhled schématu tak
jako v prvním kroku pi tvorb schématu v AutoCADu. Jednotlivé vtve musí být stejn vzdálené,
znaky v liniích atd. Zaal jsem vkládat prvky do programu. Jako první jsem vkládal napájení (Pole 1,
rozvad 1) a pokraoval jsem zpsobem AutoCAD - Pavouk. To znamená pekreslení celé schématu
do Pavouku. Schéma musí být identické, protože pi chybném spojení se výpoty realizují vi jiným
parametrm a celé výpoty jsou tak špatné.
Obr. 3: Schéma v Pavouku
52
Návrh v programu Pavouk zatím není dokonen. Po dokonení této fáze projektu následuje návrh
rozvad. Je to jedna z jednodušších ástí projektu. Slouží k tomu program M-profil, který je také
jako Pavouk voln stažitelný na stránce Eatonu.
Závr
Podailo se mi upravit špatné schéma rozvodny NN na odbornou úrove, což tvoí první ze tí
ástí projektu. Druhá ást projektu a to návrh a výpoet rozvodny NN v programu Pavouk je
ve stádiu zpracování. Další postup je následující. Dokonení návrhu rozvodny NN v programu
Pavouk a následné vypotení zkratových proud. Pizpsobení vodi a pístroj
vypoítaným hodnotám a ukonení druhé ásti projektu. Návrh rozvad v programu MProfil bude probíhat jako poslední a tím bude mj projekt u konce. Na závr bude vytvoena
dokumentace o prbhu projektu a zpracování poznatk.
53
Analýza signál pi stimulaci biologických objekt
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Student:
prof. Ing. Karel Bartušek, DrSc., [email protected]
Ing. Radek Kubásek, Ph.D., [email protected]
Michal Král, [email protected]
Martin ala, [email protected]
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu:
Popište a analyzujte stimulaní signály z programu EAM SET firmy Joalis. Graficky zobrazte
asové a spektrální charakteristiky. Zjistte náhradní schéma biologické tkán a odhadnte odezvu na
impuls elektrického signálu (naptí nebo proud).
Úvod
Ve své práci jsem zjišoval informace o celkem 20 rzných signálech, které byly nasnímány
digitálním osciloskopem. Ty jsem ml k dispozici již v textové podob. Signály mly binární
charakter – nabývaly hodnot 0 V nebo 5 V s mírnými odchylkami (šumem). Signály bylo teba
nejdíve upravit do podoby, která by se lépe hodila ke zpracování. Dále bylo nutné nastudovat
operace, které se používají ke zpracování nebo popisu signál. Mezi nimi je zejména výpoet
amplitudového a fázového spektra signálu, korelace a jiné. Ke zpracování se v tomto pípad nejlépe
hodil programový balík MATLAB s nkterými toolboxy, které jsou primárn ureny ke zpracování
signál (zejména Signal Processing Toolbox™). Práce s tímto balíkem vyžadovala znalost píkaz
ke zpracování signál a také jejich matematickou podstatu.
ešení
Signály vykazovaly charakter TTL logiky o úrovních 0 nebo 5 V. Na obou úrovních byl viditelný
mírný šum, který ale nesnižoval informaní hodnotu signál. Podle m nebyl dvod tento pvodn
digitální signál zpracovat jako analogový signál, protože by to vedlo ke složitostem. Rozhodl jsem
se najít nejmenší elementární dobu trvání jedné úrovn a poté signál rozdlit na sekvenci stejn
dlouhých „bit“, ze kterých by bylo možno poskládat digitální podobu pvodního signálu. Spolu
s tímto jsem také sjednotil signál na dv úrovn. Rozhodovací úrove jsem umístil na 2,5 V.
Následným testem jsem poté zjistil, že vzorky se kolem této hodnoty prakticky nevyskytovaly, takže
pesnost urení této hodnoty nebyla nikterak zásadní. Dále jsem odstranil neužitenou ást ze zaátku
a konce signálu, protože osciloskop zaznamenával déle, než byl poslán signál na jeho vstup. Nyní už
jsem mohl pracovat s ist digitální reprezentací pvodního signálu.
Obr. 1: Amplitudová frekvenní charakteristika signálu 17.
54
Další zpracování spoívalo v urení periody, která byla z prbhu zejmá. Všechny signály, upravené
podle stejného algoritmu, mly periodu 32 „bit“. S tmito periodami jsem se rozhodl dále pracovat,
protože delší signál lze vytvoit složením nkolika period za sebe nap. funkcí repmat. Perioda signál
40 ms je pro všechny signály stejná, frekvence je pak 25 Hz.
Obr. 2: Autokorelace signálu 4.
V tomto okamžiku bylo možné vykreslit frekvenní charakteristiky. Obvykle se vykreslují
amplitudové a fázové frekvenní charakteristiky. K jejich vypotu se používá diskrétní Fourierova
transformace. V grafu na Obr. 1 je zobrazena pouze amplitudová ást frekvenní charakteristiky,
protože fázová ást tady nemá takovou vypovídací hodnotu. Z grafu je zejmé, že signál má stední
hodnotu rovnu 45, to je vidt z ásti amplitudového spektra, když m= 0 . Pokud ml pvodní signál
amplitudu 5, tak to znamená, že 9 „bit“ z celé periody je ve vysoké úrovni, zbylých 23 v nízké.
Z teorie také vychází, že amplitudové spektrum je sudá funkce. To je dobe vidt, když se frekvenní
charakteristika vykreslí i nalevo od osy y.
Zajímavé informace o signálu poskytuje korelace (v tomto pípad její diskrétní forma), která ukazuje
podobnost dvou signál. Lze ji také aplikovat pouze na jeden signál – pak se jedná o tzv. autokorelaci.
Z toho lze nap. urit, zda je signál periodický. Toto je ukázáno na Obr. 2. Pokud se jedná o
autokorelaci nebo o korelaci výrazn podobných signál, tak má prbh pibližn trojúhelníkový tvar.
Tato autokorelace obsahuje také pravidelné špiky (zejména ty výrazn vystupující). Ty jsou od sebe
vzdálené práv 32 vzork, což je perioda signálu.
Závr
V tomto projektu jsem se pesvdil o tom, že pohled na signál pomocí frekvenních charakteristik je
pro analýzu velmi dležitý a zajímav dopluje informace z pohledu v asové oblasti. To se týká
urování informací o konkrétním signálu. Pokud je poteba signály porovnat, je vhodná korelace, s
jejíž pomocí lze pomrn elegantn najít urité periodicky se opakující ásti bu
v jednom signálu
(autokorelace) nebo vzájemn ve dvou rzných signálech (vzájemná korelace).
Výpoetní systém MATLAB se pi zpracovávání signál ukázal jako velmi rozsáhlý a výkonný
nástroj. Jeho nespornou výhodou je výborný manuál. Díky tomuto projektu jsem se s ním pomrn
55
dobe seznámil a nauil jsem se mnoho užitených funkcí, které souvisí se zpracováním samotným,
i kreslením graf.
Literatura
[1] MathWorks, Inc. MATLAB - Documentation [online]. 2011 [cit. 2011-08-21]. Dostupné z
WWW: <http://www.mathworks.com/help/techdoc/>.
[2] JURA, Pavel. Signály a systémy : Diskrétní signály a diskrétní systémy . Druhé opravené
vydání. Brno : [s.n.], 2010. 87 s.
56
Praktická realizace generátoru šumu
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Studenti:
prof. Ing. Karel Bartušek, DrSc. ([email protected])
Ing. Radek Kubásek, Ph.D. ([email protected])
Michal Král ([email protected])
Petr Frenštátský ([email protected])
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Cílem projektu je realizace generátoru šumu v jednom i více exempláích a rzných vlastností.
Student se seznámí s rznými zdroji šumu založených na rzných fyzikálních principech. Na základ
teoretických poznatk bude proveden návrh generátoru šumu odhadnutelných vlastností.
Experimentáln budou oveny vlastnosti generovaného šumu. Základními parametry žádaných
vlastností jsou pedevším frekvenní rozsah a výkon šumu, jeho náhodnost a zabarvení.
Úvod
Pod pojmem šum si pedstavíme parazitní jev, který se objevuje ve spektru signálu a ovlivuje
výsledný jev. Šum mžeme chápat také jako užitený jev. Šumové vlastnosti vykazují prakticky
všechny souástky, záleží na míe vyzaování. Ta je ovlivnna zpsobem vzniku šumu, založeném na
fyzikálních vlastnostech souástky. Nejtypitjší druh šumu je tepelný, který je vykazován u všech
souástek založené na odporovém charakteru. Dalším zpsob vyzaování je výstelkový šum, který je
charakteristický pro polovodiové souástky. Je zpsoben protékáním stejnosmrného proudu pes
polovodi, kdy náhodn vznikají a rekombinují páry elektron-díra. Šum mžeme také charakterizovat
podle jeho zabarvení, které bylo odvozeno pibližn od analogie mezi jejich frekvenním spektrem a
spektrem barevného svtla. Patí zde napíklad bílý šum, ržový šum, erný šum apod. Cílem projektu
je vytvoit šumový signál, jehož spektrum bude odpovídat bílému šumu. Bílý šum je charakteristický
svou výkonovou spektrální hustotou. Úseky se stejn širokým frekvenním pásmem mají stejnou
energii v celém spektru.
Obr. 1: Šumový signál
ešení
Prvním úkolem projektu je shrnout teoretické poznatky o šumech. Jedná se o matematický popis
šumu, charakterizaci dle vzniku a zabarvení. Mezi základní elektronické souástky, které produkují
bílý šum, patí zenerova dioda zapojena v závrném smru. V diod vzniká šum díky výstelkovému a
lavinovému jevu. Ten je zpsoben znanou nespojitostí charakteristiky v oblasti pechodu ze
závrného do propustného stavu diody, díky emuž dochází k výskytu mikroprraz. Pi vyšších
hodnotách proudu se prraz stává stabilním a šum vymizí. Amplituda šumu mže dosáhnout úrovn až
nkolika milivolt.
Jedním úkolem projektu je najít nejvhodnjší diodu, které vykazuje nejlepší vlastnosti. Jedná se hlavn
o jeho zabarvení. Jelikož jde o nalezení nejlepšího generátoru bílého šumu, musí splovat, že
57
konstantní výkonová spektrální hustota bude konstantní. Nejprve bylo nutné najít oblast v závrné
charakteristice zenerovy diody, kde je vykazatelnou šumu nejvtší. Postupnou zmnou pracovního
bodu, byly zjištný nejlepší šumové vlastnosti v oblasti kolene charakteristiky.
Up
Ip
Obr. 2: Pracovní bod zenerovy diody
Pro testování byly použity diody pro rznou výkonovou zátž, dále pak diody s rzným prrazným
naptím. Nejlepší výsledky vykazovaly diody pro nižší výkonovou zátž, dvodem bylo, že pi
vyšších proudech není již etnost rekombinujících páru tak znaná.
Po výbru diody, byl sestaven samotný generátor bílého šumu. Na vstupu je pivedeno stejnosmrné
naptí. Pomocí rezistoru R je nastaven pracovní bod zenerovy diody. Na diod se generuje stídavý
signál - šum s amplitudou v ádek desítek milivolt, které se seteno se vstupním stejnosmrným
naptím. Na výstupu je filtraní kondenzátor Cs, který slouží k odfiltrování stejnosmrného signálu.
Na výstupu Vn , se objeví tedy jen výsledný šumový signál.
Obr. 3: Schématické zapojení generátoru šumu
Závr
Dosavadní výsledek práce, je shrnutí teoretických poznatk o šumech a jejich vlastnostech. Dále pak
sestrojení prototypu generátoru šumu s urenými vlastnostmi. Dalším krokem projektu je použít
generátor pro technické úely. Z frekvenního spektra bílého šumu bude použita oblast slyšitelných
kmitot, tedy 20 Hz až 20 kHz, která bude zesílena pomocí operaních zesilova, aby mohl být šum
reprodukován. Další prací bude vytvoit z bílého šumu šum ržový pomocí kmitotových filtr.
Literatura
[1] ŠEBESTA, V., SMÉKAL, Z. Signály a soustavy. Brno: VUT v Brn, 2003. s. 1-165. ISBN:
REL117.
[2] VRBA, K., LATTENBERG, I., MATJÍEK, L. Analogová technika - TKO 008. Brno: VUT
Brno, 2002. s. (107 s.)
[3] http://cs.wikipedia.org/wiki/Barvy_%C5%A1umu
58
Snímae krátkého proudového impulsu vysoké úrovn
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Student:
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Radek Kubásek, Ph.D., [email protected]
Michal Král , [email protected]
Bc. Radek Myška, [email protected]
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Požadavek je kladen na vysoký mezní kmitoet snímae, jeho galvanické oddlení od testovaného
zaízení a odolnost proti vnjšímu elektromagnetickému rušení. Vybrané ešení bude realizováno a
ovováno na testovacím impulzním zdroji s parametry Pmax=80 MW, Imax=4kA,tp=100ns.
Úvod
Problematika mení proudových impuls s krátkou dobou trvání ádu jednotek až stovek nanosekund
a dosahujících úrovní jednotek až desítek kiloampér je v souasné dob aktuální vzhledem k rozvoji
využívání impulsních výkonových zdroj. Píkladem jsou aplikace ve stavebním prmyslu v
zemdlství pi výzkumu jaderné fúze a v lékaství [1]. Nejvýkonnjší zdroje jsou schopny generovat
impulsy se špikovou hodnotou proudu až 100 MA o celkovém výkonu až 100 TW [1]. Navržený
senzor musí mít dostaten velkou kmitotovou šíku penášeného pásma a vhodnou citlivost. Dále
musí být senzor odolný vi elektromagnetickému rušení.
ROGOWSKÉHO SENZOR (CÍVKA)
Tento senzor je založen na principu Ampérova zákona celkového proudu a Faradayova indukního
zákona. Senzor je konstruován jako cívka se vzduchovým jádrem s definovaným potem závit
navinutých kolem toroidní nosné konstrukce.
ui
I
di ( t )
dt
obr. 9. a) Rogowského cívka jako senzor proudu b) náhradní obvodové schéma Rogowskeho senzoru
se zatžovacím odporem RL
Výstupní naptí je úmrné asové derivaci meného proudu. Pro obdržení asového prbhu proudu
je nutno výstupní naptí integrovat. Pro integraci lze využít tzv. samo-integraní oblasti senzoru kdy
pi dostaten nízké hodnot zatžovacího odporu RL je okamžitá hodnota výstupního naptí senzoru
uo(t) rovna okamžité hodnot meného proudu i(t).
Pi experimentálním mení na systému PFL byly zjištny ti významné jevy které omezují použití
Rogowského senzoru pro mení velmi krátkých neharmonických proudových prbh. Prvním je
skutenost, že je nutno senzor uvažovat jako obvod s rozprostenými parametry. Pro korektní mení
neharmonických prbh je nutno zajistit Heavisideovu podmínku pro nezkreslující vedení, ehož se
ale dosáhne pomrn obtížn. Druhým faktorem je Gibbsv jev zpsobující pekmity na nábžných
hranách. Tetím faktorem je vliv pozice vodie v cívce senzoru na charakter výstupního asového
prbhu.
MAGNETO-OPTICKÝ SENZOR
Magneto-optický senzor je založené na Faradayov magneto-optickém jevu . Jev se projevuje u
opticky aktivních látek kdy pi podélném psobení magnetického pole dochází ke stoení roviny
59
polarizace svtelné vlny viz. obr. 10a). Pro závislost hel stoení roviny polarizace v závislosti na
velikosti magnetické indukce B psobícího pole a interakní délce l lze odvodit vztah [2]
M VBl PVHl ,
(1)
kde V je tzv. Verdetova konstanta, která charakterizuje magneto-optické vlastnosti prostedí.
l
I
E2
B
E2
E1
E1
a)
b)
obr. 10. a) Faradayv magneto-optický jev, b) integrální proudový senzor s využitím optického vlákna
jako Faradayova rotátoru
Pro praktickou realizaci byl navržen senzor, který využívá jádra optického vlákna jako Faradayova
rotátoru, viz. obr 2b). Optické vlákno je obtoeno kolem meného vodie. Takto i mící optický
svazek procházející vláknem obepíná mený vodi. Pro úhel stoení roviny mícího optického
paprsku lze odvodit rovnici
M (t ) P0VNi (t ),
(2)
kde N pedstavuje poet závit kolem vodie jímž protéká mený proud. Pro pevod optického
signálu na elektrický byla zvolena fotodioda v transimpedanním zapojení s operaním zesilovaem na
obr. 11 je zobrazen obvodový návrh detektoru s obvodem OPA 657 a jeho modulová frekvenní
charakteristika.
70
60
U 2[d B ]
50
40
30
20
10
0
0,01
0,1
1
10
100
f[MHz]
obr. 11. obvodový návrh realizace a modulová frekvenní charakteristika fotodetektoru s obvodem
OPA 657
Realizace magneto-optického senzoru byla provedena podle obr. 12a) kde bylo použito ortokonjuganí
retroreflektor (OKR) pro kompenzaci lineárního dvojlomu. Pi meních, ale nebyly obdrženy
relevantní prbhy na výstupu detektor. Pro zjištní píin bylo navrženo senzorové ásti
polarimetrického vyhodnocení optického signálu a ásti fotodetekní viz. obr. 12b).
L
OV
P
K
DS
P
K
OKR
Laser
OV-S
/4
L
FR
L
PBS
FD
osciloskop
FD
A
FD
obr. 12. a) uspoádání magnetooptického senzoru s kompenzací lineárního dvojlomu b) uspoádání
senzoru pro ovení polarimetrické a fotodetekní ásti senzoru
Mezi polarizátor a polarizující dli svazku byla umístna dvojice cívek do jejichž osy x byl umístn
Faradayv rotátor ze skla typu FR-5. Budící cívky byly zapojeny do obvodu s vysokonapovým
kondenzátorem. Pro nabíjení kondenzátoru byl použit násobi naptí. Na obr. 13 je zobrazena
závislost špikové hodnoty proudu v obvodu LC na nabíjecím naptí. V závislosti špikových hodnot
60
na nabíjecím naptí je patrná linearita závislosti z ehož lze vyvodit i linearitu mící metody
využívající magneto-optického jevu.
1200
1000
I [A]
800
600
400
200
0
0
500
1000
1500
2000
2500
U [V]
obr. 13. závislost špikové velikosti proudu v obvodu LC na nabíjecím naptí
Experimentálním mením byl zjištna zmna polarizaního stavu na výstupu OKR. Výstupní
polarizace nebyla lineární a kolmá ke vstupní, ale eliptická. Tato skutenost podstatn snižuje úinnost
potlaení lineárního dvojlomu optovláknové trasy a snižuje výslednou citlivost experimentálního
senzoru.
Závr
V projektu je ešen návrh a realizace senzoru pro mení krátkých proudových impuls vysoké úrovn.
Bylo zvoleno provedení v podob Rogowského cívky a magneto-optického senzoru. U Rogowského
cívky byly zjištno omezení pro mení velmi krátkých proudových impuls s neharmonickým
prbhem. Magneto-optický senzor byl realizován s OKR pro potlaení lineárního dvojlomu.
Experimentáln bylo zjištno, že OKR neplní správn svou funkci což vedlo ke zkreslení polarizace
laserového svazku. Proto je nutné OKR postoupit k servisnímu seízení a kalibraci, která je nutná
udlat u výrobce komponentu, firmy OFR. To již bohužel nebylo z asových dvod možné.
Literatura
[1] BLUHM, H., Pulsed power systems, principles and applications. Karlsruhe : Institut fur
hocheeistungsim-puls-und mikrowellentechnik, 2006, 323s, ISBN 3-540-26137-0..
[2] DREXLER P. Metody mení ultrakrátkých neperiodických elektromagnetických impuls:
doktorská práce. Brno: Vysoké uení technické v Brn, Fakulta elektrotechniky a
komunikaních technologií, 2007. 92 s
61
Návrh automatizované testovací linky
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Studenti:
Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Jan Mikulka, [email protected]
Ing. Radek Javora, [email protected]
Ondej Brýdl, [email protected]
Ales Czudek, [email protected]
Stanislav Goryl, [email protected]
Filip Haring, [email protected]
Jakub Hezcko, [email protected]
Zadavatel projektu:
ABB s.r.o., Vídeská 117, 619 00 Brno
Zadání projektu
Seznamte se s procedurami pro testování pesností elektronických pístrojových transformátor
proudu a naptí ABB a procedurami pro kusové zkoušky. Prostudujte kvalitativní a kvantitativní
parametry testovacích naptí a proud, které pedepisují píslušné normy (IEC 60044-7, IEC 60044-8
a IEC 61869-1). Prove
te diskuzi možných pístup pro realizaci pracovišt realizujícího potebné
testy na jedné lince za úelem zkrácení procesu výstupních kusových zkoušek.
Navrhnte vhodné uspoádání pracovišt pro souasné ovování požadovaných parametr. Pi návrhu
zvažte možné vzájemné ovlivování zaízení pro realizaci jednotlivých test a orientaní cenovou
náronost navrhovaného pracovišt. Návrh musí splovat bezpenostní pravidla testovacích procedur,
zachovat pesnost a kvalitu stávajících test a zkrátit as testování. V pípad poteby rozpracujte více
možných ešení a porovnejte jejich vlastnosti.
Úvod
Zadáním práce je vymyslet a navrhnout linku na mení výstupních kusových zkoušek na mících
transformátorech. Výstupní zkoušky slouží na odhalení vad vzniklých pi výrob. Návrh linky se
vytváí ve spolupráci s firmou ABB.s.r.o a to z dvod minimalizace náklad na výstupní zkoušky na
transformátorech. Jedná se pedevším o zrychlení prbhu mení, lepší využití lidských pracovních
sil a zefektivnní celého mícího procesu.
Mící linka je navržena s ohledem na rozmry testovací místnosti a s maximálním využitím již
pítomné mící techniky. Tím se sníží poátení náklady o mící PC, napové a proudové zdroje.
Dále linka musí být navržena tak, aby na ní bylo možné zmit všechny typy mících transformátor
které firma ABB.s.r.o vyrábí. Z dvod kompatibility musí být také snadné pidat další typ
transformátoru který bude vyvinut. Celá linka bude ve výsledku samostatný systém do kterého
v bžném provozu obsluha nebude muset zasahovat. Jako obsluha celé zkušebny bude stait pouze
jeden lovk, na místo souasných tech.
Návrh ešení
Výrobní kusové zkoušky transformátor sestávají z:
Izolaní zkouška sekundárního vedení na transformátoru, zkouška na mení kapacity C1 (kapacita
mezi primárním vinutím a odporem na výstupu idla), zkouška na mení kapacity C2 (kapacita
mícího idla proti zemi), mení ástených výboj, izolaní zkouška primárního vedení, mení
napové pesnosti, mení proudové pesnosti.
62
Obrázek 5 Pípravek který bude použit pro všechny typy pístrojových transformátor
Pípravek je o rozmrech 60x30x20 cm. Z vnitní ásti pípravku se nacházejí RJ-45 a Twin-BNC a
další ti vodie, pro pipojení všech vodi vedoucích z mícího transformátoru. Na vnjší stran
pípravku bude 10 kolíkový konektor. K nmu budou automaticky pijíždt micí jehly a bude
provádno mení. V pípravku jsou vyfrézovány prohlubn, do kterých se bu
vloží senzor KEVCD,
nebo nástavec pro další typy z obrázku 2.
Obrázek 6 Ukázka nástavce do pípravku pro typ senzoru KERC
Na obrázku 3 jsou zobrazeny ti mící stanice, první stanice má dv mící hlavice, a bude mit
zárove ti zkoušky – izolaní zkouška sekundárního vedení, zkouška na mení kapacity C1 a
zkouška na mení kapacity C2. Druhá stanice mí dv zkoušky – izolaní zkoušku primárního
vedení a mení ástených výboj. Na tetí stanici je potom – mení napové pesnosti a proudové
pesnosti.
Mení potom probíhá následovn : Obsluha vloží senzor do pípravku, upevní, pipojí a posune na
hnanou ást dopravníkového pásu. Pípravek se zarazí o píku v první stanici, pítlaným válcem se
provede stabilizace polohy pípravku, sejme se RIFD kód píslušného senzoru, podle nj se následn
provede automatické mení. Sekundární svorky jsou nakontaktovány pes micí jehly, primární
potom robotickým ramenem. Provede se mení, uloží výsledky, vše se rozpojí a senzor pokrauje na
další stanovišt.
63
Obrázek 7 Linka pro výstupní kusové zkoušky na pístrojových transformátorech
Tabulka 1 Srovnání zrychlení mícího procesu
Rychlost vyjíždní
kompletn zmených
transformátor
Bez
S kapacitním
kapacitního
idlem
idla
Poet kompletn
Poet kompletn
zmených transformátor zmených transformátor
za 1 hodinu
za 8 hodin
S
kapacitním
idlem
Bez
kapacitního
idla
S
kapacitním
idlem
Bez
kapacitního
idla
Souasný stav
7 minut
6 minut
30 vtein
5
6
39
42
Automatická
linka
3 minuty
30 vtein
2 minuty
30 vtein
17
25
136
200
Závr
Návrh automatizované linky je realizován díky projektu IET2 a firm ABB.s.r.o. Pi vytváení návrhu
jsem musel znát normy SN o mení na transformátorech a také firemní zvyklosti ABB.s.r.o. Bylo
nasimulováno testovací mení pomocí pípravku, kterým jsme zjistili, že kvalita mení se nezhorší.
Výsledkem této práce je pesný návrh na micí linku, s uvedenými požadavky a výhodami ped
souasným stavem.
Literatura
[1] ZEZULKA, F. PROSTEDKY PRMYSLOVÉ AUTOMATIZACE. VUTIUM. VUTIUM. BRNO:
VUTIUM, 2004. 176 S. ISBN 8021426101.
[2] GESCHEIDTOVÁ, E., REZ, J., STEINBAUER, M. MENÍ V ELEKTROTECHNICE. MENÍ V
ELEKTROTECHNICE. BRNO: VUTIM, 2002. S. (184 S.)ISBN: 8021419903.
[3] SN EN 61869-1. PÍSTROJOVÉ TRANSFORMÁTORY: ÁST 1: VŠEOBECNÉ POŽADAVKY. [S.L.]:
ÚAD PRO TECHNICKOU NORMALIZACI, METROLOGII A ZKUŠEBNICTVÍ, DUBEN 2010. 62 S.
64
Optimalizace metod potlaování obrazového šumu
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Studenti:
prof. Ing. Karel Bartušek, DrSc.
Ing. Jan Mikulka
Kryštof Chotaš
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Cílem projektu je návrh vhodné metody pro potlaování šumu v 3D NMR obrazech.
Úvod
Nukleární magnetická rezonance (NMR)
Z historického hlediska se jedná o pomrn novou technologii, známou cirka od roku 1940, piemž
od roku 1970 se využívá v medicín k urení diagnóz.
Tato metoda je založena na umístní jádra atomu do konstantního magnetického pole B1 a na nj
kolmého (transverzálního) vysokofrekvenního pole B2(MHz), ímž se dociluje stálé rotace jádra v
rovin XY. Volbou velikosti tchto polí se dá pomrn snadno urit, která jádra budou v rezonanci. Po
vypnutí pole B2, rotují jádra stále v rovin XY a indukují naptí v mící cívce, ze kterého následn
urujeme požadované hodnoty.
Je nutno dodat, že NMR se projevuje jen u atom s lichým nukleonovým íslem. Nejvhodnjším
zástupcem pro mení je atom vodíku, který má pouze jeden proton, ímž vykazuje veliký magnetický
moment a zárove je ho ve form vody v lidském organizmu okolo 60%.
NMR je v praxi hojn používáno zejména kvli následujícím výhodám. Napíklad do dnešní doby
nebyly prokázány negativní úinky elektromagnetického záení na lidský organizmus pi dodržení
pedepsaných hygienických podmínek a zárove oproti jiným metodám vykazují vtší pesnost a
kvalitu. Jejich výhodou je i to, že pi dostateném potu snímk, mžeme vytvoit celý model
snímaného objektu.
Trojrozmrná diagnostika pomocí NMR
Je zejmé, že pro urení polohy v prostoru potebujeme ti souadnice. U NMR je uríme pomocí tzv.
gradient. Pro šíku ezu je urující tzv. magnetický gradient (slice selecting gradient), který je tvoen
magnetickým polem s rostoucí intenzitou podle osy objektu, kde jednotlivé snímky vybíráme
píslušnou frekvencí. Dále zde máme pole kolmé na tuto osu, které uruje odítací gradient (readout
gradient). A nakonec uríme poslední souadnice za pomoci fáze urujícího gradientu (phase encoding
gradient).
Pozn.: Toto je jen velmi struné nastínní toho, jak NMR fungují a pro úplné pochopení, je dležité
nastudovat píslušnou literaturu.
Šum v obrazech 3D NMR
Jak je již výše zmínno, 3D NMR (dále jen NMR) se dnes nejastji využívá v medicín k urování
diagnóz. Aby byla diagnóza pesná, je nutné dostat co nejlepší detailní popis zkoumaného objektu
(mozek, prez aortou, atd). Bohužel snímky NMR jsou asto postiženy velkým šumem, který je
mimo jiné úmrný úrovni signálu, lokální protonové hustot, šíce pásma, návrhu systému, kvalit RF
cívky a zejména na parametrech snímání.
Pi obecném potlaení šumu v obrazech NMR nastává zásadní problém v tom, že se šum nachází ve
stejném kmitotovém pásmu jako ásti obrazu nesoucí detaily. Z tohoto dvodu je nutné najít vhodný
kompromis mezi žádoucím vyhlazením a zlepšením pomru signálu a šumu ke ztrát detail na stran
druhé(tzv. Pomr SNR).
Abychom dosáhli velkého detailu pro vytvoení 3D modelu, mžeme zvýšit poet snímk vlivem
tloušky ezu. Bohužel v dsledku zúžení tloušky ezu dochází k vtšímu zašumní a tedy i ztrát
informace (zhoršení pomru SNR). Rozhodli jsme se tedy najít vhodný kompromis mezi tlouškou
ezu a množstvím šumu ímž jsme dospli k tomu, že by mohlo být vhodné nkteré snímky dopoítat.
65
ešení
Metoda aritmetického prmru
Existuje mnoho možností, jak obraz dopoítávat. Asi nejjednodušší metodou interpolace ez obraz
NMR je prmrování intenzit jednotlivých pixel o stejných souadnicích ve vedlejších obrazech
(ezech). Tímto zpsobem nám vznikne z n obraz 2n-1 obraz (n-1 nových). Je nutno podotknout, že
se zde pracuje s již zpracovaným signálem z K-prostoru do frekvenní oblasti, tedy s výslednými
snímky.
Obrázek 8.: Porovnání skuteného a dopoítaného obrazu metodou aritmetického prmru
Metody za pomoci rychlé Fourierovy transformace
Další metoda zpracování se provádí pímo v k-prostoru, tedy pímo se snímanými daty z NMR a
využívá diskrétní Fourierovy transformace, konkrétn rychlé Fourierovy transformace.
Diskrétní Fourierova transformace (DFT)
Jak již z názvu vyplývá, jedná se o nespojitou verzi Fourierovy transformace (FT), která z
posloupnosti o N zadaných hodnotách v asové oblasti, vytvoí N nových ve frekvenní oblasti.
Pro spektrum diskrétní aperiodické posloupnosti pak platí následující vztah:
Pro inverzní transformaci mjme vztah následující:
DFT se dnes hojn využívá ze dvou dvod, prvním je, že ji lze využít ke zpracování namených
hodnot, které jsou zejména diskrétního rázu. Druhým dvodem je to, že se dá provádt za pomoci
specializovaných procesor na DFT, které jsou v dnešní dob hojn k dispozici.
Rychlá Fourierova transformace (FFT)
Tento typ FT vznikl za úelem zjednodušení algoritmu DFT, který vyžadoval N2 komplexních souin
a N2 sout, což je velmi nároné. FFT algoritmus znan redukuje poet tchto výpot a je
implementován v mnoha výpoetních programech, jako je napíklad Matab.
Doplnní nul do frekvenního spektra signálu
Mjme x ez v k-prostoru, jejichž data jsme sejmuli pi magnetické rezonanci a jejichž hodnoty jsou
nenulová, konená, komplexní ísla. Vezmme si vektor tchto ísel jdoucí skrz všemi ezy (x
hodnot), a prove
me jejich transformaci do frekvenního spektra (FFT). Zde se na okraj spektra
66
pidají nuly, ímž se rozšíí spektrum signálu. Pro n nových snímk, by mlo být vhodné použít n/2
nul z obou stran spektra, jelikož FFT a IFFT vrací stejný poet hodnot. Toto provedeme pro všechny
souadnice ez a z nov vzniklé matice hodnot udláme celkovou Fourierovu transformaci, ímž
dostaneme výsledné obrazy.
Na softwarovém ešení této metody momentáln pracuji, proto její výsledky zveejním pozdji. Zde se
mohu odkázat pouze na výsledky ing. Mikulky viz. následující obrázek.
Obrázek 9.: Výsledný interpolovaný ez metodou doplnní nul ve frekvenním spektru
Autor: ing. Jan Mikulka
Metoda interpolace z více snímk stejných souadnic
Princip této metody vychází z pedpokladu, že máme více ez s vtším pomrem šumu. Jelikož je
šum více i mén náhodnou veliinou, mlo by být možné z nkolika snímk tlesa na stejných
souadnicích šum vylouit. Vezmme tedy v úvahu, že udláme bhem jedné vteiny nkolik stejných
snímk, akoliv budou všechny snímky zatížené šumem, pi vhodném proložení jednotlivých intenzit
pixel na stejných souadnicích dostaneme hodnoty, které se na tchto pozicích opravdu nachází.
Tato metoda byla použita nap. na Hubbleov teleskopu k potlaení šumu na fotografiích vzdálených
galaxií, zpsobeným elektromagnetickým záením.
Závr
Prozatím jsme si ovili, že nejjednodušší a zárove spolehlivá metoda aritmetického prmru dodává
pomrn solidní výsledky. Dále jsou k dispozici i výsledky pomocí metody doplnní nul do
frekvenního spektra, které jsou prozatím také pozitivní. Cílem projektu by mlo momentáln být
vylepšení již zmiovaných metod a vyzkoušení poslední navrhované metody, pro kterou nejsou
prozatím podklady.
Použitá literatura:
[1] GESCHEIDTOVÁ, E., BARTUŠEK, K. Kritéria pro výbr vlnek pi zpracování MR obraz.
Elektrorevue [online]. 13.12.2009, 2009. Dostupný z WWW:
<http://elektrorevue.cz/cz/clanky/zpracovanisignalu/0/kriteria-pro-vyber-vlnek-pri-zpracovanimrobrazu/>. ISSN 1213-1539.
[2] Fourierova transformace [online].
Dostupný z WWW: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Fourierova_transformace>.
[3]MIKULKA, J. INTERPOLACE TROJROZMRNÝCH DAT MAGNETICKÉ REZONANCE.
Elektrorevue [online]. 20.06.2011, 2011. Dostupný z WWW: <
http://www.elektrorevue.cz/cz/clanky/ostatni-1/10/interpolace-trojrozmernych-dat-magnetickerezonance-1/>
67
Návrh tecí hlavy pro magnetický árový kód
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Studenti:
prof. Ing. Karel Bartušek, DrSc.
Ing. Jan Mikulka
Libor Kadlík
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu
Nanesením feromagnetických proužk na podkladový materiál vznikne magnetický árový kód.
Snímání lze provést oscilátorem, jehož cívku vystavíme feromagnetickému materiálu. Získáme
kmitotov modulovaný signál, který demodulujeme, zesílíme a pípadn rekonstruujeme. tecí hlava
sestavená v rámci projektu IET2 a pi ešení bakaláské práce je schopna íst árové kódy skládající se
z proužk a mezery širokých 1 mm a více.
Úvod
Magnetický árový kód je posloupnost feromagnetických proužk nanesená na podkladovém
materiálu. Snímání probíhá snímaem, který se pohybuje po kódu a detekuje pítomnost
feromagnetického materiálu. Signál je dále demodulován, zesílen a rekonstruován od obdélníkové
podoby.
Snímání
Základem je cívka, jejíž vlastní induknost vzroste v pítomnosti feromagnetika. Cívka je souástí
rezonanního obvodu ve snímacím oscilátoru, a tak se zmny induknosti projevují na zmn
kmitotu. Tyto zmny sledujeme (pomocí kmitotového demodulátoru).
Kmitání rezonanního obvodu je zpsobeno diferenním zesilovaem (obrázek 10: Vytvoení záporné
dynamické vodivosti) s kladnou zptnou vazbou, který se chová jako záporná dynamická vodivost.
Pro velké rozkmity naptí roste vodivost k nule, tímto (nikoli limitací) je dána amplituda kmit, a
proto oscilátor generuje tém sinusový signál.
obrázek 10: Vytvoení záporné dynamické vodivosti
Demodulace
Zmny kmitotu snímacího oscilátoru pevedeme na zmny naptí pomocí kmitotového
demodulátoru. Experimentovali jsme se dvma druhy kmitotových demodulátor – fázovým závsem
(PLL) a rozdílovým demodulátorem.
Výhodou PLL je snadné nastavení parametr a dobrá dostupnost (nap. obvod 4046). PLL obsahuje
naptím ízený oscilátor (VCO), jehož fázový šum však znehodnocuje demodulovaný signál.
Proto byl vyvinut rozdílový demodulátor (obrázek 11: Rozdílový kmitotový demodulátor).
68
obrázek 11: Rozdílový kmitotový demodulátor
Vstupní signál Uin je rozveden do pásmové propusti a invertoru. V sumátoru dojde k destruktivní
interferenci, jejíž míra závisí na blízkosti vstupního kmitotu fin od rezonanního kmitotu pásmové
propusti. Demodulaci dokoníme usmrovaem.
Rozdílový demodulátor má nízký šum. Vstupní signál musí být sinusový (jinak se pevodní
charakteristika deformuje), což snímací oscilátor spluje.
Zesílení
Užitená složka (obraz sejmutého kódu) v demodulovaném signálu je zesílena, potlaena jsou naopak
stejnosmrná (mén než 1 Hz) a zbytky vysokofrekvenní (více než 200 Hz) složky.
Rekonstrukce
Sejmeme-li nekonen úzký proužek árového kódu, na výstupu tecí hlavy obdržíme prostorovou
impulzní odezvu (PSF). Zde se PSF blíží Gaussov kivce, nebo je citlivost snímae rozprostena do
okolí.
Na výstupu tecí hlavy obdržíme signál daný konvolucí PSF s árovým kódem (obdélníkový signál
c(t)). Toto tzv. konvoluní zkreslení se projevuje zaoblením, prolínáním hran signálu a potlaení jeho
rychlých ástí (úzké proužky a mezery jsou málo patrné).
obrázek 12: Princip metody hledání inflexního bodu
Konvoluní zkreslení odstraníme rekonstrukcí, zde metodou hledání inflexního bodu (obrázek 12:
Princip metody hledání inflexního bodu). Derivací zkresleného signálu získáme superpozici mnoha
replik PSF, polarita repliky rozlišuje nábžnou a sestupnou hranu. Okamžik výskytu hrany je dán
vrcholem repliky, hledaný detekcí prchodu druhé derivace nulou.
Aby nedocházelo k falešné detekci hran vlivem šumu, hranu ignorujeme, pokud je absolutní hodnota
první derivace menší než zvolený práh.
Výsledky
V rámci projektu IET2 [1] byl sestaven prototyp s Colpittsovým oscilátorem majícím cívku s jádrem o
prmru 2 mm. Kmitoet oscilátoru je 320 kHz, feromagnetický proužek kódu psobí pokles o 100
Hz. Demodulací v PLL (s obvodem 4046) a zesílením získáme signál na obrázek 13 (lokální minima
odpovídají proužkm, maxima mezerám). Je zde patrné výrazné konvoluní zkreslení (srovnejte
rozkmit úzkých a širokých ástí). Kvli fázovém šumu VCO v PLL je S/N pouhých 20 dB.
69
obrázek 13: Výstupní signál prototypu tecí hlavy (IET2)
Výstupem bakaláské práce [2] je dokonalejší provedení s oscilátorem s cívkou navinutém na tením
(prmr 1,5 mm) jáde, což ásten potlailo konvoluní zkreslení. Demodulace probíhá
v rozdílovém demodulátoru.
V rekonstrukním obvodu je invertujícími derivátory vytvoena první (ud1) a druhá (ud2) derivace
signálu (obrázek 14: Výstupní signál tecí hlavy a innost rekonstrukního obvodu (bakaláská práce).
Komparátory poté sledující velikost první derivace a prchod druhé derivace nulou a ídí peklápní
bistabilního klopného obvodu, jehož výstupem je rekonstruovaný signál (uout).
obrázek 14: Výstupní signál tecí hlavy a innost rekonstrukního obvodu (bakaláská práce)
Závr
Snímání magnetických árových kód s proužky a mezerami o šíce 1 mm se ukázalo jako
proveditelné. Konvoluní zkreslení ásten omezíme použitím co nejteního jádra cívky snímacího
oscilátoru. Metoda hledání inflexního bodu postaí k úspšné rekonstrukci.
Reference
[1] KADLÍK, L. Návrh tecí hlavy pro magnetický árový kód. Brno: FEKT VUT Brno, 2010, 33 s.
[2] KADLÍK, L. Návrh tecí hlavy pro magnetický árový kód. Brno: FEKT VUT Brno, 2011.
125 s.
70
Numerické modelování vlivu magnetické susceptibility na
MR obrazy
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Student:
prof. Ing. Karel Bartušek, DrSc, [email protected]
Ing. Jan Mikulka, [email protected]
Michal Král , [email protected]
Zdenk Mžourek, [email protected]
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu:
Navrhnte metodu pro korekci artefakt v MR obrazech magnetické susceptibility vlivem víivých
proud meného vzorku. Navrhnte a sestavte komplexní vzorek s kombinací kladné a záporné
permeability pro mení v tomografu magnetickou rezonancí a srovnejte zmené obrazy rozložení
magnetického pole s výsledky simulace pro zvolenou konfiguraci. Zpracujte zmené MR obrazy
navrženou metodou a srovnejte korigované obrazy s pvodními. Urete magnetickou susceptibilitu
meného vzorku.
Úvod
Nukleární magnetická rezonance (NMR) je dobe známá neinvazivní a nedestruktivní metoda, která se
používá pro zjišování vlastností materiál. Mený vzorek se nachází v silném magnetickém poli a v
závislosti na jeho homogenit se odvíjí kvalita výsledný MR obraz.
Existují dv základní metody MR mení. Metoda spinového echa je založena na excitaci jader
pomocí dvou RF impuls a následného zjištní intenzity signálu v ase TE (v tomto ase jsou
magnetizaní vektory ve fázi a signál má maximální velikost). Pi použití této metody dochází ke
kompenzaci nehomogenity magnetického pole.
Metoda gradientního echa pracuje na jiném principu. Jádra jsou excitováný a zárove se aplikuje
gradientní magnetické pole, které zpsobuje rychlejší rozfázování magnetizaních vektor. Pi tení
intenzity signálu se polarita magnetického gradientního pole obrátí, aby se vektory opt zfázovaly. Pi
použití této metody nedochází ke kompenzaci nehomogenit magnetického pole a tím pádem i k
možnému vzniku artefakt, které znehodnocují výsledný MR obraz. Tyto nehomogenity magnetického
pole mohou vznikat napíklad kvli lokálním zmnám susceptibility (mený vzorek je vyroben z
paramagnetického nebo feromagnetického materiálu) nebo ve vzorku jsou indukováný víivé proudy
(vzorek je z vodivého materiálu), které psobí proti magnetickému poli, co je vyvolalo, a tak toto
magnetické pole deformují. Dále se budeme zabývat návrhem korekní metody pro obrazy mené
pomocí metody gradientního echa.
ešení
Pi návrhu budeme vycházet ze vzorce
(1)
kde TE je as, kdy dojde ke sfázování magnetizaních vektor, a T2* je efektivní relaxaní as.
Cílem korekní metody je vyrovnat fázový obraz a odstranit artefakty v obraze. Toho
dosáhneme, když vzorec vynásobíme stejným exponencionálním lenem ale s opaným
znaménkem.
(2)
Do tohoto vzorce dosadíme následující
(3)
71
T2 je spin-spinový relaxaní as, ˠ je gyromagnetický pomr a ෙB vyjaduje magnetický tok.
Použitím následujícího vzorce mžeme dosadit do vzorce pedchozího a odvodit tak vztah pro
korekní metodu za pomoci fáze získané z komplexního obrazu.
(4)
(5)
(6)
Po dosazení do vzorce (2) dostaneme následující výraz
(7)
Z této rovnice vyplývá, že pokud vynásobíme vstupní MR obraz exponentem získaným ze
vzorce (6), tak by se mla vyrovnat fáze obrazu a také by mlo dojít k ástenému odstranní
artefakt v obraze.
Obr.1: Vstupní obraz pro zpracování.
Pro otestování korekní metody jsme zmili vzorek (vzduchové bubliny ve vod), na kterém
by mla být úinnost této metody dobe patrná. Vstupní obraz má velikost 60x60 mm a
rozlišení 256x256 pixel. Zde uvedené obrazy byy pro názornost oíznuty, aby byy vidt
pouze relevatní ásti obrazu.
Samotnou korekci obrazu provedeme tak, že nejprve získáme hodnoty fáze ,
zdiferencováním fázového obrazu. Po získání tchto hodnot je použijeme jako argument pro
vzorec (6). Po aplikování této korekce by mlo dojít k vyrovnání nehomogenit magnetického
pole a alespo ástenému odstranní artefakt v obraze.
Korekci obraz jsme realizovali v programu Octave. Zde uvedené obrazy byy obarveny
pomocí tzv. barevné mapy, což znamená, že barvy neodpovídají skutenosti, ale slouží jen pro
lepší zpehlednní výsledku.
72
Obr.2: Výstupní obraz po zpracování.
Závr
Na základ uvedených vzorc (1),(3),(4) se nám povedlo odvodit korekní metodu MR obraz. Po
aplikování korekce v programu Octave se podailo alespo vyrovnání fáze obrazu, nebo-li kompenzaci
nehomogenity magnetického pole, ale odstranní artefakt, které se v obraze vyskytují, se již
nepovedlo (modré oblasti, které se v obr. 2 vyskytují by se mli zmenšit). Jelikož se zde artefakty
poád vyskytují, tak se pokusíme navrhnout další korekní metodu, nejspíše s využitím konvoluních
metod pro filtrování obraz.
Literatura
[1] KUBÁSEK, R.; STEINBAUER, M.; BARTUŠEK, K. Material influences in MR tomography,
measurement and simulation. Journal of ELECTRICAL ENGENEERING. 2006, 57, s. 58-61.
ISSN 1335-3632.
[2] JAN, J. Medical Image Processing, Reconstruction and Restoration - Concepts and Methods.
Boca Raton, FL, USA : CRC Press, Taylor and Francis Group, 2006. 760 s. ISBN 0-82475849-8.
[3] BARTUŠEK, K.; FIALA, P.; MIKULKA, J. Numerical Modeling of Magnetic Field
Deformation as Related to Susceptibility Measured with an MR System. Radioengineering.
2008. 17(4). p. 113 - 118. ISSN 1210-2512.
73
Návrh bezdrátového penosu signálu z teplotních idel
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultanti projektu:
Studenti:
Zadavatel projektu:
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.
Ing. Zdenk Roubal
doc. Ing. Petr Koas, Ph.D.
Ing. Radek Javora, Ph.D.
Ing. Pavel Váo
Martin Loviška
Tomáš Minár
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
ABB s.r.o., Vídeská 117, 619 00 Brno
Zadání projektu:
Specifikovat místa v silové ásti VN rozvade, v nichž je žádoucí monitorování teploty za úelem
pedejití havarijního stavu v dsledku pehátí. Návrh spolehlivého bezdrátového penosu dat z
vhodných teplotních idel a jejich následné vyhodnocení. Realizace demonstraního vzorku a jeho
následné otestování typovou zkouškou na oteplení.
Úvod
V etzci distribuce elektrické energie je jedním z nejdležitjších lánk rozvad vysokého naptí.
Píklad všestranného rozvade s modulární strukturou je na Obr. 1. Jedná se o celosvtov rozšíený
rozvad používaný napíklad v: prmyslu, námoních instalacích, doprav, rozvodných závodech a
elektrárnách.Jedná se o kovov krytý rozvád se vzduchovou izolací.
Obr.1: Soustava rozvad
Z hlediska bezpenosti je rozvad navržen tak, aby byl odolný vi vnitnímu obloukovému zkratu
zpsobeného zkratovými proudy. Zkrat mže být zpsoben rznými faktory a naším cílem bylo
zamit se na pehívání kontaktních ploch napíklad z dvodu nedostatku dotažení spoje. Díky
nepetržitému monitorování zmny teplot na plochách je možné pedejít zvýšeným ztrátám a
možnému poškození rozváde. Takovéto monitorování bývá teba v provozech se zvýšeným
nebezpeím (doly apod.) i se zvýšenými požadavky na spolehlivost a bezpenost provozu (nap.
zvýšená míra vibrací u trajekt/záoceánských lodí apod.).. Stávající ešení problematiky se realizuje
pomocí IR pyrometr nebo pomocí infraervených okének na stnách rozvade. Nevýhodou použití
IR pyrometr je nemožnost monitorování teploty na mén dostupných místech, snímae se mohou
zanést prachem, dále je nutný zásah do konstrukce kovových pepážek a stn rozvade, hlavní
nevýhoda jsou vyšší finanní náklady. V pípad použití IR okének mení teploty není kontinuální, je
nutná pímá viditelnost meného místa a také pístup obsluhy.
Cílem projektu je najít finann výhodné ešení dlouhodobého a bezobslužného monitorování teplot
použitelné i v komerních aplikacích.
74
Obr. 2: IR okénko pro použití IR teplomru
Obr. 3: IR teplotní senzor
ešení
Urení míst mení
V rozvadi se nacházejí ti dležité silové oddíly: pívody, pípojnice, jisti. Pracovní teplota v tchto
oddílech rozvade se pohybuje kolem 80 ° C a v pípad poruchy by mly souásti odolat teplotám
110 - 115 ° C. K nechtnému navýšení teploty mže dojít v místech, kde se zvýší pechodový odpor
styných ploch v dsledku nedokonalosti spoje zpsoben napíklad nedotaženými šrouby. Dalším
místem vhodným pro mení jsou pružinové kontakty odpojovae a zemnie.
Obr. 4: Kritické spoje
Obr. 5: Oblasti mení
Mení
Na ešení problému budou použity odporové snímae pro mení teploty na daných místech v
rozvadi. Technické požadavky kladené na snímae jsou použitelnost pro prostedí s teplotou do
75
120 °C a znané elektromagnetické pole. Je možná aplikace v prašném prostedí, pípadn výskyt
vibrací. Analogový, pípadn digitální signál ze snímae je teba pizpsobit technologii penosu
(optická vlákna), pomocí pevodníku optické veliiny na elektrickou.
Napájení pasivních sníma (RTD, polovodiový) bude ešeno pomocí sbru energie z okolí, tzv.
energy harvesting. Pro naše použití není nutné vyžadovat vysokou citlivost a rychlé dynamické
vlastnosti, protože úkolem je sledovat pomalé zmny a prbh teploty.
Bezdrátový penos
Penos dat jsme se rozhodli realizovat bezdrátov z jednotlivých senzor z dvod univerzálnosti a
možnosti umístní blízko kritických míst mení a zárove vyhnout se nechtnému penosu elektrické
energie na ásti, kde by mohlo dojít k poškození nebo zniení ástí rozvade a ohrožení obsluhy. V
prvotním návrhu bude použit penosový modul z AD pevodníky a digitálními vstupy z dvodu
možnosti pímého napojení senzor. Výbrem frekvenního pásma 2,4 GHz se chceme vyhnout
pípadnému rušení, ale pokud by došlo k perušení spojení napíklad z dvodu odpojování nebo
zapojování vedení, tak penos díky použité technologii ZigBee zajistí rychlou obnovu komunikace.
Technologie ZigBee založená na standardu IEEE 802.15.4 je vhodná pro bezdrátové senzory v
prmyslu pro svou nejnižší spotebu energie mezi rádiovými moduly, ale hlavn kvli své odolností
vi rušení použitím DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) pro modulaci dat a také používáním
techniky CSMA - CA (carrier Sense Multiple Access - Collision avoidance) a GTS (Guarantee Time
Slots), aby se pedešlo rušení souasn vysílacích uzl sít. Sí ZigBee tvoí ti typy uzl: koordinátor,
smrova, koncová zaízení.
Pomocí ZigBee je možné vytvoit kompletní mesh sí, kde všechny uzly mezi sebou rovnocenn
komunikují a tak je zajištna vtší spolehlivost, dosah a škálovatelnost senzorové sít. Krom senzor
by v rozvadi byl umístn ZigBee modul s funkcí smrovae, který by peposílat všechna data mimo
odstínní rozvade do kontrolního centra nebo notebooku obsluhy vybaveného ZigBee Kordinátorom
/ smrovaem.
Napájení
Souásti celého zaízení jsou vybírány prioritn tak, aby nebylo nutné používat napové mnie.
Použití baterii by bylo možné, ale pouze za pedpokladu odolných akumulátor pracujících pi
vysokých teplotách. Jelikož bžn dostupné akumulátory jsou použitelné do 60 °C nebo 100 °C, jsou
nevhodné do prostedí, kde se teplota v pípad poruchy mže zvýšit na 120 °C. Na základ tchto
poznatk a pezkoumání možnosti sbru energie z prostedí jsme se rozhodli využít okolního tepla a
vibrací (používané hlavn v aplikacích na lodích a plošinách) na napájení. V pípad tepla využíváme
termoelektrický generátor (TEG) pipojený na integrovaný obvod s funkcí ízení napájení, který dále
mže být doplnn piezoelektrickým elementem. Zaízení tak bude moci fungovat bez nutnosti výmny
baterií.
Závr
Bezdrátové senzory napájené z aplikace mají velký potenciál pro zlepšení produktivity a ochrany
zaízení v rzných odvtvích prmyslu. Dkladným kontinuálním monitorováním teploty ástí
rozvade bude možné pedcházet havarijním stavm. Naše zaízení bychom dále chtli rozšíit o
mení proudu pomocí optických vláknových senzor a také je využít k mení teploty. Kvli
nedostatené odolnosti hotových modul vi extrémním podmínkám bychom chtli zkonstruovat
vlastní bezdrátový modul, který by byl jednoduše rozšiitelný dalšími senzory a tak by se stal
základním stavebním prvkem bezdrátových prmyslových senzorových sítí.
Literatura
[1] RIPKA, Pavel, et al. Senzory a pevodníky. Praha : Vydavatelství VUT, 2005. 129 s. ISBN
80-01-03123-3
[2] WANZHI, Qiu; PENG, Hao; EVANS, R.J. An efficient self-healing process for ZigBee sensor
networks. In International Symposium on Communications and Information Technologies
76
[3]
[4]
[5]
[6]
(ISCIT 2007) [online]. Sydney,. NSW : [s.n.], 19 Oct. 2007, 04 December 2007 [cit. 2011-0623].
Dostupné z WWW: <http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4392233>.
ISBN 978-1-4244-0976-1, doi:10.1109/ISCIT.2007.4392233.
GUNGOR, V.C.; HANCKE, G.P. Industrial Wireless Sensor Networks: Challenges, Design
Principles, and Technical Approaches. IEEE Transactions on Industrial Electronics [online].
Oct. 2009, vol. 56, no. 10, [cit. 2011-06-23].
Dostupné z WWW: <http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4796311>.
ISSN 0278-0046.
GASCÓN, David. Wireless sensor networks [online]. November 17, 2008 [cit. 2011-06-23].
802.15.4 vs ZigBee. Dostupné z WWW: <http://www.sensornetworks.org/index.php?page=0823123150>.
Electronics Bus [online]. c2011 [cit. 2011-06-23]. Thermoelectric Energy Harvesting –
Thermoelectric Sensors & Transducers. Dostupné z WWW:
<http://electronicsbus.com/thermoelectricity-energy-harvesting-thermoelectric-sensorstransducers/>.
DALOLA, S., et al. Autonomous Sensor System with RF Link and Thermoelectric Generator
for Power Harvesting. In I2MTC 2008 - IEEE International Instrumentation and Measurement
Technology Conference [online]. Victoria, BC, Canada : [s.n.], May 2008 [cit. 2011-06-23].
Dostupné z WWW: <http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4547257>.
ISBN 978-1-4244-1540-3, ISSN 1091-5281, doi:10.1109/IMTC.2008.4546980 .
77
Konstrukce a návrh transformátor
Studenti:
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D., [email protected]
Ing. Zdenk Roubal, [email protected]
Ing. Radek Javora, Ph.D., [email protected]
Ing. Pavel Váo, [email protected]
Vít Smejkal, [email protected]
Zadavatel projektu:
ABB s.r.o., Vídeská 117, 619 00 Brno
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultanti projektu:
Zadání projektu
Seznamte se s výpoetním algoritmem klasických síových napájecích transformátor. Použitý
algoritmus implementujte do prostedí Matlab. Dále se seznamte s parametry potebnými pro návrh
mících transformátor proudu.
Úvod
Dokonalý napájecí transformátor nemá žádné ztráty a jeho sekundární naptí je nezávislé na pipojené
zátži. Ztrátami v magnetickém obvodu a ve vinutí se však teplota transformátoru zvyšuje a jeho návrh
je tak omezen maximálním pípustným oteplením. Z ekonomického hlediska je vhodné nalézt
nejmenší rozmr jádra a vodi a minimalizovat tak výrobní náklady, ale v nkterých pípadech je
požadována nap. nejvtší možná úinnost (na úkor rozmr a ceny).
jádro
kostra
vodi s izolací
Obr. 14: Transformátor s EI jádrem – horizontální ez
Proudový transformátor slouží ke snížení velikosti mených proud na hodnoty, které mohou být
meny bžn vyrábnými micími zaízeními, a také tato zaízení izoluje od primárního obvodu.
Požadavkem na tyto transformátory je pevod meného proudu s minimální chybou v pracovním
rozsahu proud a omezení jeho maximální hodnoty pro ochranu pipojených pístroj.
ešení
Návrh napájecích transformátor s EI jádrem je obvykle založen na volb parametr (mag. indukce,
proudové hustoty, apod.) vzhledem k penášenému výkonu. Jedním z požadavk bylo nepoužívat tyto
tabulkov udávané hodnoty z literatury ([1]), ale urit jejich maximální hodnoty pro optimální provoz.
Napíklad velikost magnetické indukce v mag. obvodu je omezena maximálními ztrátami v jáde,
magnetizaním proudem a nasycením použitého materiálu. Proudová hustota J je dána výrazem (1),
který byl odvozen z rovnice pro ztráty v jednom závitu:
J
U Cu PCu_max
[A/mm2; kg/m3, W, m, kg],
12
10 U- mCu
78
(1)
kde U Cu je objemová hustota mdi, PCu_max maximální ztráty ve vinutích, U- rezistivita mdi pi
teplot - a mCu je hmotnost všech vinutí. Ve vytvoeném algoritmu bylo zahrnuto více detail než je
bžné za úelem zvýšení pesnosti návrhu (kostra pro vinutí, volba proklad vinutí, rozptylová
induknost,…).
I1
N1:N2 I2c
U20 I2
I0
Iμ
Lμ
Rv2
Ij
Lr
Z
Rj
Obr. 15: Náhradní schéma transformátoru proudu
Postup návrhu transformátor proudu, vytvoený v další ásti této práce, vychází ze zjednodušeného
náhradního schématu (Obr. 2), který byl sestaven na základ znalostí získaných z [2] a [3]. Tento
obvod se skládá z ideálního transformátoru, magnetizaní induknosti L, rezistoru Rj (odpovídá
ztrátám v jáde), rezistoru Rv2 (odpor sekundárního vinutí), rozptylové induknosti Lr a zátže Z
(pipojený pístroj). Na základ tohoto schématu a odpovídajícího fázorového diagramu (Obr. 3) byl
vytvoen algoritmus pro výpoet chyby proudu I a úhlu I. Pro každou tídu pesnosti jsou stanoveny
maximální hodnoty tchto chyb normou, nap. [2].
I
Ij I0
U20
I
I2
I
I2c
Obr. 16: Fázorový diagram
Oba vytvoené algoritmy byly implementovány do prostedí Matlab, ve kterém byla následn
vytvoena grafická uživatelská prostedí pro snadné zadávání vstupních údaj. Jejich náhled je na
Obr. 4. Kivky materiál pro mag. obvod a databáze rozmr vodi a jader jsou naítány z tabulky
Excel. Návrh je automatizován a umožuje zvolit optimalizaci podle požadavku.
Závr
V tomto projektu byl pedstaven postup návrhu klasických síových transformátor s EI jádrem a
proudových transformátor. V prostedí Matlab byly vytvoeny programy pro jejich výpoet a
následn oveny oba algoritmy mením vyrobených vzork. Rozdíly mezi návrhem a mením
napájecích transformátor byly zpsobeny použitím orientovaného plechu pro magnetický obvod.
Pesnost návrhu transformátor proudu odpovídá výrobnímu rozptylu parametr jáder.
79
Obr. 17: Program pro návrh napájecích transformátor (vlevo) a transformátor proudu (vpravo)
Literatura
[1] FAKTOR, Zdenk. Transformátory a cívky. 1. vydání. Praha : BEN - technická literatura,
1999. 393 s. ISBN 80-86056-49-X, EAN: 9788086056494.
[2] SN EN 60044-1. Pístrojové transformátory - ást 1: Transformátory proudu. Praha : eský
normalizaní institut, 2001. 44 s.
[3] KOPEEK, Jan; DVOÁK, Miloš. Pístrojové transformátory : micí a jisticí. 1. vydání.
Praha : Academica, 1966. 492 s.
80
Micí komora s Peltierovými lánky
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Studenti:
Zadavatel projektu:
Ing. Petr Drexler, Ph.D.,
[email protected]
Ing. Tomáš Kíž,
[email protected]
Ing. Zdenk Roubal, [email protected]
Ing. Tibor Bachorec, Ph.D.
[email protected]
Pavel Vejnar [email protected]
SVS FEM s.r.o., Škrochova 3886/42, 61500 Brno-Židenice
Zadání projektu
Seznamte se se základními vlastnostmi Peltierových lánk. Dále prostudujte rzné zpsoby chlazení
jejich teplé strany. Aplikujte tyto znalosti na snížení šumu a vstupních klidových proud u operaního
zesilovae. Vyešte problém kondenzace vzdušné vlhkosti ve speciálním elektrometrickém zesilovai,
který bude Peltierovy lánky používat. Konzultujte dosažené výsledky. Dále prove
te modelování
tepelných pomr Peltierova lánku v programu ANSYS.
Úvod
Zadání bylo poupraveno a napasováno na konkrétní výrobek. Vytvoení komory chlazené peltierovým
lánkem. V komoe je zajištná plynulá regulace teploty. Velikost komory je minimáln 20x20x20cm,
aby se zde vešel toroidní transformátor.
Peltierv lánek funguje na základ Peltierova jevu. Objevil jej J. C. Peltier v roce 1834. Tato
souástka se skládá ze dvou kov, vtšinou bismutu a telluru, a když pes tento pechod prochází
proud, tak se jedna ze styných ploch zahívá a druhá ochlazuje. Jejich velikou nevýhodou je velká
spoteba energie a velká produkce tepla, které se musí odvádt.
Obr.1: Peltierv lánek.
Tento jev se dá využít i opan k výrob elektiny.
ešení
Návrh zaízení je rozdlen na 2 ásti. Tou první je nádoba, do které se umístí souástka + zapustí
Peltierv lánek s vývody pro vodní chlazení. Druhá ást je samotný chladi Peltierova lánku.
81
Obr.2: Schéma navrženého systému
První ást – Termobox pro souástku
Je teba si zvolit box, ve kterém bude souástka. Jako ideální ešení se nabízí již hotové termoboxy.
Vyrábí se v rzných variantách a velikostech. Jako ideální termobox by byla vtší termoska. Bohužel
s ní se dá dosáhnout maximálního kruhového prmeru 8,5cm, což odpovídá maximální hodnot
vepsaného tverce 6x6cm. To je pro nás málo. A tudíž je teba se poohlédnout po jiném ešení. Takže
pichází v úvahu polystyrénový termobox. Ty jsou ve více rzných rozmrech. Takže jako ideální
rozmr se jeví box s vnitními rozmry 20x20x20cm. Tlouška stny pi tomto provedení je obvykle
3,5cm. Bude teba box promit, jestli je to dostatené, nebo jestli se stna zesílí dalším obložením
polystyrénu. Jde o to, aby vnitek boxu byl co nejmén ovlivnn okolní teplotou.
Obr.3: Nerezový termobox 0,35l (vlevo), Termobox z polystyrénu (vpravo).
Jelikož je box hodn prostorný, je teba volit dostatenou plochu lánk. Proto se do boxu zapustí
hned 2 lánky tsn vedle sebe. Jejich rozmry budou 4x4cm. Tento rozmr je velice podobný
rozmrm procesor a tudíž nebude problém sehnat na n chladi. Tyto lánky se zapustí napevno do
pipraveného otvoru. V boxu bude na lánek nasazen nízký chladi s žebrováním a nízko otákový
ventilátor, pro rovnomrné rozložení chladu v boxu. Z venkovní strany se umístí chladi, speciáln
uzpsobený pro vodní chlazení. Jedna ze stn boxu bude odjimatelná, aby se daly do nj vkládat
souástky. Dále budou ješt do boxu zavedená idla pro kontrolu teploty uvnit. Budou
pravdpodobn dv a bude se brát v potaz jejich prmr.
Druhá ást – Chladi lánk
K uchlazení Peltierových lánk bude za potebí užití extrémního chlazení. Obyejný pasivní chladi
rozhodn nepostaí, chlazení vzduchem pomocí ventilátoru je malo efektivní, proto se použije voda.
82
Vodní chlazení je sice náronjší konstrukce, ale v tomto pípad je nevyhnutelné. Jako zásobník na
vodu bude sloužit akvárium, popípad ideálnjší by byl njaký radiátor, pro lepší ochlazování vody za
chodu. Kapalina bude cirkulovat pes chladící bloky umístných na peltiérech pomocí vodního
erpadla. Kapalina se však bude stále moci vychladit jen na pokojovou teplotu a proto bude vhodné
nasypat do vody led, který sníží její teplotu a sníží tak teplotu v boxu.
Závr
Zatím se pohybujeme jen v teoretické oblasti a usilovn pracujeme na návrhu a následné realizaci toho
ešení. Praktické výsledky se mohou lišit oproti pedpokládaným. Našim cílem je dosáhnou teploty od
-30°C do +40°C.
Literatura
[1] AKSENOV, A. I. – GLUŠKOVA, D. N. – IVANOV, V. I.: Chlazení polovodiových
souástek. Praha, SNTL 1975.
[2] KUBINA, Pavel. Regulace teploty pomocí Peltierových termoelektrických modul [online].
2011 [cit. 2011-06-27]. Dostupný z WWW:
<http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=30765>.
83
ízení speciálních automat
Konzultant projektu:
Student:
Ing. Petr Drexler, Ph.D. ([email protected])
Ing. Zdenk Roubal ([email protected])
Ing. Michal Hadinec ([email protected])
Michal Král ([email protected])
Vilém Závodný ([email protected])
Zadavatel projektu:
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Zadání projektu
Programování mikroprocesor využívaných v robotice. Projekt je zamen na navržení speciálních
elektromechanických soustav a jejich ízení. Programy jsou požadovány ve tvaru a form dálkové
správy. Budou aplikovány u speciálních aplikací v extrémn zatížených nebo rizikových prostedí.
Úvod
Na základ bližšího zadání, které spoívalo v mechanickém ovládání zaízení pomocí motoru a
indikaci polohy pomocí senzor, jsem ml na výbr nkolik možností. První z variant bylo využití
krokového motoru. Je velice pesný a výkonný, ale má vysoký odbr a hlavn se tžko mí jeho
moment. Další možností bylo využít obyejný elektromotor. Zde už by se moment mil celkem
snadno, ale jeho pesné ízení by bylo problémem. Tetí myšlenkou bylo využít servomotor, který je
pesný, výkonný i mení momentu by bylo možné. Nakonec tato myšlenka byla i vyzkoušena
prakticky na vytvoeném modulu, který je popsán níže. Ješt byla tvrtá možnost a to využít
bezkartáový motor, protože má výborný výkon a mení momentu by mohlo být jednodušší, než u
krokového motoru.
Obr.1: Krokový motor, servo motor, bezkartáový motor.
ešení
V této ásti se budu zabývat už jenom servomotory a bezkartáovými motory, protože další dv
možnosti ešení nebyly prakticky realizovány.
Servomotory
Principiáln jsou servomotory obyejné elektromotory, které je možné ovládat pomocí impuls o
frekvenci 30 – 90 Hz a šíce 0,5 – 2,5 ms (Obr. 3) a to díky elektronice uvnit servomotoru (Obr. 2).
Další pedností jsou pevody, díky kterým je výsledná síla mnohem vyšší než u obyejného
elektromotoru.
84
Obr. 2: Blokové schéma servomotoru.
Obr. 3: Impulsy pro otáení serva.
Pro vyzkoušení a testování servomotoru jsem si udlal pípravek (Obr. 4), na kterém zvolím úhel a do
toho úhlu se servo natoí a daný úhel je zobrazován na LCD displeji. Celý pípravek ídí
mikrokontrolér Atmel naprogramovaný v jazyce C pro AVR.
Obr. 4: Testovací pípravek pro servomotor.
Bezkartáové motory
Tyto motory jsou výhodné hlavn díky své síle a rychlým otákám, ale naopak nevýhodou je složitjší
elektronické ízení motor. Protože to jsou tífázové motory, tak ízení je provádno v krocích pesn
jdoucích za sebou.
Pro testování, jsem si zapjil motor i ídicí elektroniku z modelu letadla a namil jsem proud (Obr.
5), na kterém je závislý moment. Z grafu je patrné, že pro výpoet momentu bude nejprve poteba
vypoítat efektivní hodnotu proudu nebo mit vždy maximální hodnotu ve chvíli, když pijde ídicí
impuls. V tom pípad je nutné synchronizovat impulsy s AD pevodníkem.
85
Obr. 5: Namený proud pi nezatíženém motoru.
Závr
Doposud se mi podailo otestovat servomotor a urit, že nebude úpln nejvhodnjší pro naše ešení,
protože nedokáže reagovat dostaten pesn a v nároných podmínkách. Jak již bylo díve oveno,
tak vhodný je krokový motor, ale u nj není možné mit moment a z toho vyplývá, že není možné
poznat zátž. Myslím si, že vhodný by mohl být bezkartáový motor i když poítání momentu bude asi
dost složitou záležitostí. Ale jsem pesvden, že výpoetní výkon mikrokontroléru Atmel bude
dostatený.
Literatura
[1] VÁA, V. Atmel AVR programování v jazyce C. 1. vydání. Praha : BEN - technická literatura,
2003. 216 s. ISBN 80-7300-102-0.
[2] ROUBAL, Z; FRIEDL, M. Mikrokontroléry ATMEL AVR. Brno, 2009. 54 s.
86
Bezdrátové ovládání s kódovaným penosem
Supervizor:
Vedoucí projektu:
Konzultant:
Studenti:
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D.
Ing. Zoltán Szabó, Ing. Michal Hadinec, Ph.D.
Michal Král
Libor Blažek, Roman Bracinik, Matj Polách
Úvod
Projekt se zabývá dálkovým ízením dvou i více pijíma (zárove i vysíla) s pyrotechnickým
vybavením. Využití bude pedevším pro bezpenostní úely, nap. pi hašení požár.
Hlavními požadavky pro fungování zaízení musí být schopnost pomocí "hlavního" vysílae vyslat
dva, nebo více signál zárove, tak aby pijímae mohli být spuštny ve stejný okamžik, s co
nejmenším asovým rozdílem.
Velmi dleži¨tým aspektem je bezpenost, tudíž ošetení, aby se pijímae nespustily, pokud by
zachytily jiný signál než ten, který vyšle vysíla. To zabezpeíme tak, že piadíme k souástem
moduly na kódování a dekódování.
Pro kontrolu bude nastavená neustálá komunikace mezi vysílaem a pijímaem (í více), abychom
zajistili vyslání spouštcího signálu do všech požadovaných pijíma.
Návrh uspoádání
Vysíla a pijíma bude zamnitelný, komunikace musí probíhat v obou smrech (potvrzování),
pepnutí mezi režimem bude provedeno pomocí pepínae, nebo konfigurací jumper. Cena by mla
být co nejnižší, protože pi použití nejspíš dojde k destrukci pijíma. Zaízení by mlo být odolné
povtrnostním podmínkám.
Blokové schéma zobrazuje princip innosti obvodu ovládacieho modulu, každá ast zahrnuje
dležitou úlohu v zapojení. Takže mže obsahovat i dva a více obvod. Hlavní úlohou ovládacího
modulu je kontrolovat zda jsou oba vzdálené moduly v dosahu a to opakovanou kontrolou spojení,
následn na to zabezpeit aby pi odpálení (stlaení tlaítka pro tuto úlohu, bude sa nacházet na
ovládacím panelu tohto zaízení) oba vzdálené moduly spustili souasn.
obr. 1: Ovládací modul, vzdálený modul
Kdyby došlo k situaci, kdy jeden ze vzdálených modul nebyl v dosahu obvodu, musí
zabezpeit aby se vzdálené moduly vbec nespustili a pípadn tuto chybu zobrazit pomocí
indikaní kontrolky.
87
Na blokovém schématu jsou rzné asti popsané zkratkami které si te popíšeme:
1. RJ - ídící jednotka, procesor který ídí celou operaci. Generuje asový údaj kterým
se následn kóduje aby nedošlo k náhodné aktivaci vzdálených modul. Pípadn
bude pítomný speciální obvod pro kódovaní. Dále bude zjišovat zda jsou oba
vzdálené moduly v dosahu a na základ této informáce rozhodovat i povolí následné
spuštní modul.
2. HO – Hodinový obvod, zabezpeuje stabilní frekvenci potebnou pro generaci
asového údaje. Táto frekvence by mla být dostaten stála, proto by bylo vhodné
použít kvalitní oscilátor, nap. použití zapojení s krystalem.
3. RF - Tento modul má zabezpeit samotné spojení mezi ovladacím modulem a
vzdálenými modulami. Cílem je dosáhnout dostatenou vzdálenost, ale ne na úkor
spoteby (vzdálené moduly budou napájené bateriemi) .
4. NZ – Napájecí zdroj, kvli lepší mobilit, protože se pístroj bude používat hlavn v
terénu, by bylo vhodné použít bateriové napájení jako pro vzdálené moduly tak i pro
ovládací modul. Dále bude velmi praktické umístní na indikaci stavu baterie.
RF Modul
Existuje široká škála zpsob realizace bezdrátového penosu. Není nutné „objevovat Ameriku“
a vyvíjet to, co již funguje. V mnoha obchodech s elektronickými souástkami lze hotové moduly
zakoupit. Jde jen o to, vybrat vhodný modul, nastudovat ho, a pipojit. V nabídce jsou moduly
pracující hlavn na frekvencích 868 MHz a 2,4 GHz, klasický radiový penos, Bluetooth, WiFi,
ZigBee... údaje o dosahu se z rzných zdroj liší, záleží na více faktorech. Pohybují se v rozsahu 10 až
100 metr. Bylo by vhodné otestovat více modul, a vybrat ten nejvhodnjší pro použití v terénu.
Z nabídky spolenosti Farnell (jedné z nejširších na internetu) jsem na ukázku vybral modul od
Microchipu, který má zajímavé parametry, a slušnou cenu.
MICROCHIP
MRF24J40MB-I/RM, RF,
TRX, 2.4GHZ, +20DBM
• IEEE Std. 802.15.4™ Compliant RF Transceiver
• Supports ZigBee®, MiWi™, MiWi P2P and
Proprietary Wireless Networking Protocols
• Small Size: 0.9" x 1.3" (22.9 mm x 33.0 mm),
Surface Mountable
Compatible with Microchip Microcontroller
Families (PIC16F, PIC18F, PIC24F/H, dsPIC33
and PIC32)
• Up to 4000 ft. Range
• Operating Voltage: 2.4-3.6V (3.3V typical)
• Temperature Range: -40°C to +85°C Industrial
• Low-Current Consumption:
- RX mode: 25 mA (typical)
- TX mode: 130 mA (typical)
- Sleep: 5 uA (typical)
• ISM Band 2.405-2.475 GHz Operation
• Data Rate: 250 kbps
• -102 dBm Typical Sensitivity with -23 dBm
Maximum Input Level
• +20 dBm Typical Output Power with 56 dB TX
Power Control Range
• Hardware CSMA-CA Mechanism, Automatic ACK
Response and FCS Check
• Independent Beacon, Transmit and GTS FIFO
• Supports all CCA modes and RSS/LQI
• Automatic Packet Retransmit Capable
• Hardware Security Engine (AES-128) with CTR,
CCM and CBC-MAC modes
• PCB antena
• cena: 330.71 CZK
88
Další postup
Po vyešení kompletního konceptu navrhneme demonstraní systém a vytvoíme vlastní
protokol, který naprogramujeme do mikrokontrolér, zahrnující penášené zprávy, stavy,
a navazující innosti, nakoupíme komponenty a vyrobíme prototypy. Provedeme mení
a testování. Poté navrneme dodatené zmny a vylepšení.
89
Atmosférická korekní jednotka pro laserový interferometr
Supervizor projektu:
Vedoucí projektu:
Konzultant projektu:
Student:
Zadavatel projektu:
doc. Ing. Petr Drexler, Ph.D. [email protected]
Ing. Zoltán Szabó
[email protected]
Ing. Zdenk Roubal
[email protected]
Michal Král
[email protected]
Stanislav Kuera
[email protected]
PROTOTYPA a.s., Hudcova 533 / 78c, 612 00 Brno
Zadání projektu:
Zpracujte návrh zaízení pro potlaení vlivu fluktuace teploty, tlaku a vlhkosti vzduchu na výstupní
signál laserového interferometru. Prostudujte principy a možnosti senzor teploty, tlaku a vlhkosti
vzduchu. Navrhnte obvodové ešení systému využívající vhodnou mikroprocesorovou platformu.
Zaízení realizujte a ovte jeho možnosti a parametry.
ÚVOD
Fluktuace teploty, tlaku, relativní vlhkosti a chemického složení vzduchu ovlivují zejména
dielektrickou konstantu vzduchu. V pirozené souvislosti s tím dochází ke snížení rychlosti šíení
vlnní v tomto prostedí a tedy i „zkrácení“ vlnové délky elektromagnetického vlnní, v tomto pípad
monochromatického a vysoce koherentního laserového záení. Index lomu n udává pomr rychlosti
šíení vlnní ve vakuu k rychlosti šíení vlnní v daném prostedí, zárove udává pomr vlnové délky
vlnní ve vakuu k vlnové délce v daném prostedí [1].
Sama relativní zmna indexu lomu vzduchu v dsledku fluktuací za bžných podmínek není velká,
pohybuje se v ádu 10-5 až 10-7. Vysoká míra ovlivnní pi mení na tchto velmi krátkých vlnových
délkách se projevuje v dsledku toho, že v interferometrické micí soustav jsou vzdálenosti
jednotlivých prvk oproti vlnové délce velmi velké, nap. na dráze 1m je soustedno cca 1.6 milionu
period záení HeNe laseru o = 633nm. Pokud tedy zmny indexu lomu psobí na úseku dlouhém
nap. 1 milion , navíc s vícenásobným prchodem tímto prostedím, dochází na výstupu
interferometru k nežádoucímu posuvu. V extrémních pípadech dosahuje chyba, zpsobená zmnou
indexu lomu prostedí, až nkolik vlnových délek, ímž je mení zcela znehodnoceno.
Obr. 1: Principiální znázornní šíení postupné vlny v reálném prostedí (1), vi vakuu (0).
Ani v laboratorním prostedí není dostaten zaruena nezávislost na fluktuacích atmosférických
podmínek, zejména pi mení pomalých dj. Proto je nezbytn nutné vliv tchto jev na mení
vylouit. Bylo vyvinuto nkolik metod sloužících ke zjištní aktuální vlnové délky záení ve vzduchu
a následné korekce vlnové délky, resp. výstupního signálu interferometru.
Pibližný vliv jednotlivých parametr vzduchu na index lomu [2]:
Teplota:
Tlak:
Relativní vlhkost:
90
Obsah CO2:
Obr. 2: Grafické znázornní prbhu zmny indexu lomu vzduchu v závislosti na promnné teplot a
tlaku, konstantní relativní vlhkost 0 a 100%, pro = 633 nm (n = 1 + n).
Jednou z možností je zjištní indexu lomu výpotem dle tzv. Edlénových rovnic, pi dosazení
namených hodnot aktuálních fyzikálních parametr atmosféry. Edlénovy rovnice, tj. empirické
vztahy pro výpoet vlnové délky svtla ve vzduchu, byly postupn nkolikrát aktualizovány. Pro
revizi rovnice z roku 1994 [3][4] je velikost rozšíené relativní nejistoty výpotu, pro vlnové délky
= 350 – 650nm, cca , tj. hodnota srovnatelná se stabilitou vlnové délky
použitého
HeNe laseru LIMTEK LS10.1. Pi použití této metody jsou pro výpoet meny tyto parametry:
teplota, tlak, relativní vlhkost a v nkterých pípadech i obsah CO2 v atmosfée. Rovnice uvažuje
disperzi svtla ve vzduchu v závislosti na vlnové délce a platí pro vzduch s normálním chemickým
složením.
Edlénova formule – revize z roku 1994 [3][4]:
,
(2)
,
(3)
kde (n-1)tp pedstavuje index lomu vzduchu pi teplot t (°C), tlaku p (Pa), (n-1)s disperzní len pro
(m-1). Pro vzduch s nenulovou vlhkostí je index lomu dále upraven dle vztahu:
vlnové íslo
,
(4)
kde f (Pa) udává pomrný tlak vodní páry ve vzduchu. Tlak vodní páry f nelze mit pímo, jeho
výpoet ze snadno mitelné veliiny relativní vlhkosti RV (%) je pomrn komplikovaný, nap. [5].
Jako další parametr, s ovšem bžn zcela zanedbatelným vlivem, Edlénova formule uvažuje
koncentraci CO2. Normální zastoupení CO2 ve vzduchu je 450 ppm, vztah pro korekci má tvar:
,
(5)
kde x udává objemový podíl CO2 (-).
91
ešení
Senzory fyzikálních veliin:
Požadavky na rozsah a pesnost idel jednotlivých veliin byly
stanoveny s ohledem na váhu, se kterou vystupují ve výsledku Edlénovy rovnice, náronost použití a
dostupnost.
Absolutní pesnost mení teploty
v rozsahu 0 - 40 °C
:
± 0,1 °C
Absolutní pesnost mení tlaku
v rozsahu 75 - 110 kPa :
± 0.1 kPa
Absolutní pesnost mení relativní vlhkosti
v rozsahu 0 - 95 %
:
±2 %
Výpotem pro nejmén píznivý soubh mezních chyb idel byla stanovena relativní chyba korekce
vlnové délky v uvedeném rozsahu:
dostaten vyhovující hodnota.
(-), což je pro použití pi mení interferometrem
Principiální blokové schéma funkce zaízení:
Závr
Specifikace navrženého zaízení byly stanoveny tak, aby bylo schopno konkurovat komern
vyrábným pístrojm i pesto, že tento systém je ve velké míe pizpsoben konkrétní laboratorní
aplikaci. Zásadní vliv na požadovanou výkonnost výpoetního systému má požadovaná maximální
zpracovatelná rychlost posuvu meného objektu a z toho vyplývající maximální frekvence dvojice
interferenních signál (sin a cos). Úprava a pedzpracování signál je implementována v hradlovém
poli a probíhá v reálném ase. Nap. pro rychlost posuvu 1 m.s-1 musí být systém schopen zpracovat
digitální signál o frekvenci minimáln cca 13 MHz. Nutno podotknout, že rychlost posuvu 1 m.s-1 není
dnes nijak oslnivá hodnota. Dílí ást zaízení zahrnující senzory parametr atmosféry a procesor pro
výpoet skutené vlnové délky dle Edlénovy rovnice je již úspšn navržena a zprovoznna.
V souasné dob probíhá vývoj obvodového ešení HW a algoritm zpracování interferenních
signál.
Literatura
WEBB, Collin E; JONES, Julian D C . Handbook of Laser Technology and Applications : Volume I:
Principles. London: Institute of Physics Publishing, 2004. 301 s. ISBN 0-7503-0960-1.
WEBB, Collin E; JONES, Julian D C . Handbook of Laser Technology and Applications : Volume III:
Application. London : Institute of Physics Publishing, 2004. 1166 s. ISBN 0-7503-0963-6.
BIRCH, K.P.; DOWNS, M.J. An updated Edlén equation for the refractive index of air. Metrologia.
1993, 30, s. 155-162.
92
BIRCH, K.P.; DOWNS, M.J. Correction to the updated Edlén equation for the refractive index of air.
Metrologia. 1994, 31, s. 315-316.
STONE, Jack A.; ZIMMERMAN, Jay H. National Institute of Standards and Technology :
Engineering Metrology Toolbox [online]. 2001, last updated 23th september 2010 [cit. 2011-06-16].
Index of Refraction of Air. Dostupné z WWW:
<http://emtoolbox.nist.gov/Wavelength/Documentation.asp>.
93
Z akcí poádaných v rámci projektu „Institut experimentálních technologií 2“
Informaní schzka pro zájemce o zapojení se do studentských projekt IET2.
Školení Eaton Elektrotechnika s.r.o.
94
Školení vdecko výzkumných pracovník.
Exkurze Prototypa a.s.
95
Exkurze Eaton Elektrotechnika s.r.o.
Odborná anglitina pro programátory a IT techniky.
96
Mezinárodní workshop v Paíži.
Pednáška ABB s.r.o.
97
Obhajoby studentských projekt.
Obhajoby studentských projekt.
98
Obhajoby studentských projekt.
Obhajoby studentských projekt.
99
100