Novel sensors of the linear displacement measurement with high-resolution for mechatronics applications
Other Title(s)
مستشعرات جديدة لقياس التحركات الخطية بدقة عالية لتطبيقات هندسة الميكاترونيات
Joint Authors
al-Jawhari, Mumin
Ali, Amir Rushdi
Source
Journal of Al-Azhar University Engineering Sector
Issue
Vol. 17, Issue 62 (31 Jan. 2022), pp.275-289, 15 p.
Publisher
al-Azhar University Faculty of Engineering
Publication Date
2022-01-31
Country of Publication
Egypt
No. of Pages
15
Main Subjects
Topics
Abstract AR
يهتم هذا البحث بدراسة الاستشعار عالي الدقة لكثير من تطبيقات هندسة الميكاترونيات وعلى سبيل المثال التطبيقات المستخدمة مع الروبوتات وحيث أن هندسة الميكاترونيات تستخدم الكثير من المحركات الخطية للقيام بالمهام المخصصة لها على أكمل وجه؛ مما يستدعي وجود أجهزة استشعار عالية الحساسية والدقة لتلك الحركات الخطية الناتجة من حركة تلك المحركات الخطية وذلك بهدف التحكم الدقيق في هذه التطبيقات.
ففي هذا البحث عرض وافي لتصنيع حساسات دقيقة على شكل كريات صغيرة جدا من مواد ذات خواص عالية المرونة لاستشعار الحركات الخطية بدقة تصل إلى النانو من قيمة الحركة الناشئة من تلك المحركات الدقيقة المستخدمة في تطبيقات هندسة الميكاترونيات حيث تعتمد طريقة الاستشعار في تلك الحساسات على قراءة التغيرات التي قد تنشأ على السطح الخارجي لتلك الحساسات عند تعرضها بشكل مباشر للاهتزازات الناتجة من المحركات الخطية المستخدمة في كثير من تطبيقات هندسة الميكاترونيات.
فبمراقبة تلك التشوهات أو التغيرات يتم استشعار حركة تلك المحركات بدقة عالية في أي من اتجاهات الحركة لتلك المحركات سواء بالاستطالة أو بالانكماش.
فهذا البحث يقدم عرض عملي وتحليلي لاستشعار تلك الحركات الخطية وعمل نموذج رياضي يستخدم لمعايرة تلك الحساسات بالإضافة لعرض كيفية تصنيعها وكذلك كيفية استخراج كافة المعلومات المراد معرفتها لتلك المحركات بشكل عملي ومعملي.
فقد تم عرض نموذج عملي لتلك الحساسات وقراءة الحركات والازاحات الخطية وذلك عند تعريضها لاهتزازات ترددية دقيقة جدا بواسطة محرك خطي.
وقد أثبتت النتائج قدرة الحساسات على الاستشعار لتلك الحركات الترددية بدقة تصل إلى ٣.١٦ نانو متر وبذلك قد يفتح هذا البحث الاستشعار المجالات أخرى ليست فقط لهندسة الميكاترونيات كالتنبؤ بالكسور والتشوهات في أجسام المباني الخرسانية كمثال لمراقبة جودة المباني في الأعمال الإنشائية للهندسة المدنية.
Abstract EN
A displacement sensor with high resolution is presented in this paper using an elastic sphere that acts as the sensing element; which can be used in several applications of mechatronics.
to have the elastic behavior for the sensing element, the sphere was made from polymeric material with 600μm in diameter.
the sphere vibrates mechanically in response to a time varying displacement excited by Piezo-stack actuator (PZT).
the mechanical vibration transmitted to the elastic sphere was monitored optically based on tracking the optical resonance shifts on the transmission spectrum, in turn the displacement of the Piezo-stack actuator can be determined.
the sphere was lying between two micro-sticks made from silica with ~80μm in diameter for each with ~3cm long; one of them is fixed while the other is mechanically connected to the pzt.
by moving the pzt, the displacement was fully transmitted to the sensing element leading to a change in its morphology and therefore shifts of its optical resonances.
by tracking these shifts and comparing them with typical electronic strain gauges used within Piezo-nanopositioners, it is possible to determine the displacement of the PZT in high resolution.
the resolution for the new design was recorded to be up to ~3.16nm with sensitivity up to ~2nm / μm.
the novelty for the proposed design could be used for several mechatronics applications like the feedback on the linear actuators for the MICRO / NANO robots, and also it can extend for structural health monitoring in nanoscale.
American Psychological Association (APA)
Ali, Amir Rushdi& al-Jawhari, Mumin. 2022. Novel sensors of the linear displacement measurement with high-resolution for mechatronics applications. Journal of Al-Azhar University Engineering Sector،Vol. 17, no. 62, pp.275-289.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1393672
Modern Language Association (MLA)
Ali, Amir Rushdi& al-Jawhari, Mumin. Novel sensors of the linear displacement measurement with high-resolution for mechatronics applications. Journal of Al-Azhar University Engineering Sector Vol. 17, no. 62 (Jan. 2022), pp.275-289.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1393672
American Medical Association (AMA)
Ali, Amir Rushdi& al-Jawhari, Mumin. Novel sensors of the linear displacement measurement with high-resolution for mechatronics applications. Journal of Al-Azhar University Engineering Sector. 2022. Vol. 17, no. 62, pp.275-289.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1393672
Data Type
Journal Articles
Language
English
Notes
Includes bibliographical references: p. 288-289
Record ID
BIM-1393672
