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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39161| Título: | Desenvolvimento e caracterização de um acelerômetro piezoelétrico uniaxial |
| Título(s) alternativo(s): | Development and characterization of a uniaxial piezoelectric accelerometer |
| Autor(es): | Golemba, Lucas Gabriel Melani |
| Orientador(es): | Montanher, Diogo Zampieri |
| Palavras-chave: | Vibração Mecânica Máquinas - Manutenção e reparos Vibration Mechanics Machinery - Maintenance and repair |
| Data do documento: | 24-Nov-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Guarapuava |
| Citação: | GOLEMBA, Lucas Gabriel Melani. Desenvolvimento e caracterização de um acelerômetro piezoelétrico uniaxial. 2025. 52 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Guarapuava, 2025. |
| Resumo: | O sensor de vibração do tipo acelerômetro piezoelétrico converte a vibração mecânica de uma máquina em sinais elétricos. Por meio da análise destes sinais, monitora-se a saúde estrutural do equipamento, permitindo determinar o melhor instante para a tomada de uma ação corretiva. O presente trabalho objetiva projetar, fabricar e caracterizar experimentalmente um protótipo de acelerômetro piezoelétrico uniaxial, composto por massa de base, cerâmica piezoelétrica, massa sísmica, terminal de leitura e envólucro. O sensor foi inicialmente modelado em software de projeto e desenho assistidos por computador (CAD), o modelo foi simulado computacionalmente, onde foram investigadas as propriedades mecânicas, com o software Ansys. O sensor foi manufaturado, sendo composto por aço carbono 1020, cerâmica piezoelétrica de titânio, zircônio e chumbo, e um conector bnc. As propriedades eletromecânicas foram obtidas por espectroscopia de impedância. Em uma bancada de ensaios de fabricação própria, foram obtidos os sinais do sensor manufaturado e também de um analisador de sinais comercial, Fluke 810. As propriedades experimentais e computacionais foram comparadas, bem como os sinais dos dois sensores. Obteve-se um dispositivo funcional, e que pode ser utilizado em um computador com placa de áudio e com frequencímetro digital instalado. Foram detectadas duas frequências de ressonância no intervalo de análise. A primeira ocorreu em 94,3 kHz, com desvio percentual de 3,06% com relação ao valor numérico de 91,5 kHz. Já a segunda ocorreu em 129,0 kHz, com desvio percentual de 4,88% com relação ao valor numérico de 123,0 kHz. Pelo desvio relativamente pequeno, é possível determinar as frequências de ressonância do sensor apenas com a análise harmônica. Segundo a análise harmônica, a faixa de operação do sensor limitou-se para frequências de até 89,4 kHz. Por fim, pela comparação entre os espectros de frequência dos acelerômetros, o manufaturado apresentou um desempenho comparável com o acelerômetro comercial. Para trabalhos futuros, recomenda-se a substituição do aço 1020 para um aço inoxidável. De modo que o sensor seja resistente à corrosão, e suporte o ambiente industrial. |
| Abstract: | The piezoelectric accelerometer type vibration sensor converts the mechanical vibration of a machine into electrical signals. By analyzing these signals, the structural health of the equipment is monitored, allowing the determination of the best time to take corrective action. This work aims to design, manufacture, and experimentally characterize a prototype of a uniaxial piezoelectric accelerometer, composed of a base mass, piezoelectric ceramic, seismic mass, reading terminal, and enclosure. The sensor was initially modeled in computer-aided design (CAD) software, and the model was computationally simulated, where the mechanical properties were investigated, using Ansys software. The sensor was manufactured, consisting of 1020 carbon steel, piezoelectric ceramic of titanium, zirconium, and lead, and a BNC connector. The electromechanical properties were obtained by impedance spectroscopy. On a self-manufactured test bench, signals from the manufactured sensor and also from a commercial signal analyzer, Fluke 810, were obtained. The experimental and computational properties were compared, as well as the signals from the two sensors. A functional device was obtained, which can be used on a computer with a sound card and a digital frequency counter installed. Two resonance frequencies were detected in the analysis interval. The first occurred at 94.3 kHz, with a percentage deviation of 3.06% with respect to the numerical value of 91.5 kHz. The second occurred at 129.0 kHz, with a percentage deviation of 4.88% with respect to the numerical value of 123.0 kHz. Due to the relatively small deviation, it is possible to determine the resonance frequencies of the sensor only with harmonic analysis. According to the harmonic analysis, the operating range of the sensor was limited to frequencies up to 89.4 kHz. Finally, by comparing the frequency spectra of the accelerometers, the manufactured one showed comparable performance to the commercial accelerometer. For future work, it is recommended to replace the 1020 steel with stainless steel. This would make the sensor corrosion-resistant and able to withstand the industrial environment. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39161 |
| Aparece nas coleções: | GP - Engenharia Mecânica |
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