Diseño de un Sistema de Medida de Permitividad Dieléctrica de Materiales

Humanes Tajuelo, Adrián (2017). Diseño de un Sistema de Medida de Permitividad Dieléctrica de Materiales. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Diseño de un Sistema de Medida de Permitividad Dieléctrica de Materiales
Author/s:
  • Humanes Tajuelo, Adrián
Contributor/s:
  • González Crespo, Amador Miguel
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones
Date: 25 July 2017
Subjects:
Freetext Keywords: Electrocerámicas Instrumentación científica
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Electrónica Física
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Este proyecto está integrado en el desarrollo de un conjunto de instrumentos de bajo coste para su utilización en laboratorios de investigación. Cada instrumento constituye un proyecto diferente, en este se diseña e implementa un aparato de medida que permite caracterizar cerámicas a diferentes frecuencias y así poder obtener su capacidad y su permitividad. Para ello se utilizan materiales de bajo coste y una plataforma de código abierto como es Arduino. Además, la caja que conforma el instrumento está hecha mediante una impresora 3D y toda la electrónica de su interior está realizada con placas de circuito impreso. Con este diseño se alcanza el objetivo de tener un instrumento completamente modular ya que tiene de la capacidad de ser alimentado tanto de la red eléctrica como mediante una batería y así ganar en autonomía. Con un interruptor seleccionamos si queremos alimentarlo mediante un cable USB o bien a través de la batería. Si escogemos esta última opción tenemos un indicador de batería baja que nos avisa cuando debemos cargarla. El aparato cuenta con una interfaz de usuario que permite configurar la frecuencia a la que queremos hacer las medidas y parámetros propios de la muestra a caracterizar como son el grosor o el radio. El propio Arduino se encarga de generar las señales que excitan las cerámicas y muestrear los resultados. Para conocer hasta que frecuencia podemos llegar se hacen una serie de pruebas y se monitorizan los resultados obtenidos. Tras analizarlos, determinamos que el instrumento es capaz de medir con mínimo error por debajo de unos 2010 Hz, y que por encima no trabaja como se espera. En el análisis realizado también determinamos el intervalo de capacidades que se puede medir. Concluimos finalmente que el instrumento puede medir capacidades entre 100 pF y 500 nF. Con un coste final de unos 72 € se desarrolla el aparato. Entendiendo por instrumento low-cost aquel que permite medir, con un bajo error, de una forma similar a la que lo hace una herramienta de laboratorio de cientos de euros, con este proyecto cumplimos dicha premisa. Y a pesar de no haber llegado a unas frecuencias elevadas, como las correspondientes a las de resonancias piezoeléctricas, creamos un dispositivo low-cost, modular y que no necesita un porta-muestras externo para el estudio de muestras cerámicas. Algo que es muy útil por ejemplo en laboratorios de física o en centros de enseñanza. Abstract: This project is integrated on the development of a low-cost instruments combination to be used on research laboratories. Every instrument is a part of a different project, in which a measurement equipment is design to study the ceramic behavior under different frequencies and so get its capacity and permittivity. For this purpose, low cost materials and an open source platform as Arduino are used. In addition, the box, which forms the instrument, is made by a 3D printer and the entire internal electronic are built with printed circuit boards. With this design, the objective of having a completely modular instrument is reached because it has the capacity to be powered by means of electricity grid and a battery, and so obtain autonomy. Shifting a switch can be selected if the device is supplied by USB or through the battery. If the last option is chosen, the device takes a led to indicate when the battery must be charged. The equipment has a user interface, which allow us to configure the frequency and the thickness and radio of the ceramic used to measure. The own Arduino board is responsible to both generate the signals stimulate the ceramics and to sample the results. In order to know the maximum frequency the instrument can reach, the outcomes are monitorized when the frequency is increasing little by little. After analyzing the data, it is determined the device is able to measure with minimal error under 2010 Hz, and over this frequency, it doesn’t work properly. The range of capacities of the ceramic sample, which can be measured, can be checked in the analysis done. Finally, it is obtained the instrument can work between 100 pF and 500 nF. With a final cost around 72 € the appliance is developed. Understanding by low-cost instrument that allows us to measure, with a low error, in a similar way in which a laboratory tool of hundreds of euros would do it, with this project we fulfill this premise. Moreover, despite not having reached high frequencies, as corresponding to the piezoelectric resonances, we created a low-cost, modular device that does not need an external sample holder for the study of ceramics. Something that is very useful for example in Physics laboratories or in schools.

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Item ID: 52380
DC Identifier: http://oa.upm.es/52380/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:52380
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 26 Sep 2018 08:55
Last Modified: 18 Oct 2018 14:51
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