bakalářská práce

Měření slabého magnetického pole ve 3D prostoru

Text práce 12.29 MB Příloha 1.63 MB

Autor práce: Ing. Martin Bár

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.

Oponent: Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D.

Abstrakt:

Cílem práce bylo teoreticky určit rozložení magnetického pole v okolí miniaturních NdFeB magnetů cylindrického tvaru, výsledky simulace porovnat s daty naměřenými komerčním gaussmetrem F.W. BELL a vytvořit vlastní koncepci sondy. V simulačním softwaru Ansys AIM a FEMM 4.2 byl simulován vliv fyzických rozměrů magnetu – průměru a výšky magnetu, rádia hrany magnetu a také ochranného pokovení. Z provedené simulace vyplývá, že velikost magnetické indukce na povrchu magnetu závisí na poměru průměru ku výšce magnetu. Větší rádie hrany magnetu zvětší velikost magnetické indukce těsně nad povrchem magnetu, ale ve větších vzdálenostech je magnetická indukce menší než u magnetu bez rádia. Ochranná vrstva Ni-Cu-Ni o tloušťce 21 µm má u magnetů s rozměry řádově v jednotkách milimetrů negativní vliv na velikost povrchové magnetické indukce. U nejmenšího rozměru magnetu 1x1 mm dojde v důsledku pokovení k poklesu magnetické indukce na povrchu až o 14 %. Hodnoty magnetické indukce naměřené gaussmetrem F.W. Bell nad povrchem magnetu se od simulace nejvíce lišily u magnetu 1x1 mm. S pomocí simulace magnetického pole magnetu byl vytvořen návrh sondy. V práci jsou zmíněny potenciální nedostatky této sondy a také postup při kalibraci senzorů.

Klíčová slova:

Magnetické pole, NdFeB magnety, senzory, měření, Ansys, FEMM 4.2, magnetická sonda

Termín obhajoby

25.06.2020

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

Student při obhajobě uvedl komisi do problematiky měření slabého MP a používaných snímačů. Dále byla popsána poměrně podrobná simulace použitých magnetů v programu ANSYS a návrh měřicí sondy. Otázky oponenta nebyly zpracovány v prezentaci, student na ně ale samostatně odpověděl. Komise měla dále dotazy k provedeným měřením a vlastnostem použitého snímače, které byly také bez problémů zodpovězeny.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Automatizační a měřicí technika (BPC-AMT)

Složení komise

prof. Ing. Luděk Žalud, Ph.D. (předseda)
Ing. Tomáš Macho, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jakub Dokoupil, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Fialka, Ph.D. (člen)
Ing. Aleš Jelínek, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D. (člen)

Bakalářská práce navazovala na předchozí semestrální projekt a cílem práce byl teoretický návrh sondy pro měření prostorového rozložení magnetického pole malého neodymového magnetu s využitím miniaturních magnetometrů. Student pro úspěšné zvládnutí tohoto úkolu nastudoval principy měření magnetického pole a zpracoval průzkum trhu vhodných integrovaných snímačů magnetického pole. Následně se seznámil s prostředky pro simulaci magnetického pole permanentních magnetů a tuto simulaci využil při porovnání teoretického rozložením magnetického pole s polem experimentálně určeným komerčním magnetometrem F.W. BELL na malých vzorcích magnetů. Zde identifikoval několik potenciálních vlivů, které mohou způsobovat rozdíly získané simulací a reálným měřením, zejména vliv povrchové úpravy magnetu a vliv zaoblení hran. Ověřil i možnost extrapolace výsledků rozložení magnetického pole u různých rozměrů magnetů, kdy identifikoval, že poměr d/h je určujícím parametrem pro hodnotu magnetické indukce na povrchu magnetu v ose čela. Následně navrhnul a připravil podklady pro výrobu sondy s možností kompenzace magnetického pole Země a diskutoval možné komplikace pro budoucí praktickou realizaci. V rámci zpracování bakalářské práce prokázal odpovídající teoretické i praktické znalosti a dovednosti, zejména v oblasti modelování magnetického pole, přípravě a zpracování experimentálních výsledků z měření reálného magnetického pole malých magnetů, identifikaci možných parazitních vlivů a v neposlední řadě i návrhu měřicí sondy. Z důvodu přípravy experimentálních měření a nutnosti přesného polohování magnetů s využitím motorizovaných posuvů ovládaných z počítače nemohl student pracovat ze začátku úplně samostatně, ale postupem času byl schopen měřicí pracoviště obsluhovat s minimální podporou vedoucího. Student pracoval iniciativně a po sestavení měřicího pracoviště již úplně samostatně. Konzultací využíval v menší míře, zejména v souvislosti s praktickými měřeními v laboratoři, na konzultace se dostavoval vždy připravený. V průběhu zpracování práce se nedostal do časové tísně a všechny body zadání byly tedy splněny. Potřebné praktické experimenty nutné pro porovnání praktických a teoretických výsledků realizoval v dostatečném předstihu a nedostal se tak do problémů při nedostupnosti laboratorního vybavení v druhé polovině letního semestru. Při řešení práce využil odbornou literaturu z hodnověrných zdrojů potřebnou pro pochopení dané problematiky. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji stupněm výborně A/97b. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 97
Zobrazit více

Známka navržená vedoucím: A

Cílem bakalářské práce bylo podle zadání navrhnout sondu pro měření prostorového rozložení magnetického pole malého permanentního magnetu s využitím integrovaných snímačů. Nosnou částí předložené práce je simulační analýza pro optimální uspořádání a měření finálně navržené zmíněné sondy. 
Předložená práce obsahuje celkem 68  stran včetně příloh s obvyklou skladbou v teoretické a praktické části.  Teoretická část popisuje přehledným a dostatečným způsobem teoretické základy vybraných fyzikálních principů snímačů magnetického pole a přehled principů se zaměřením na citlivé magnetorezistivní a fluxgate snímače. V závěru této části je pak i srovnání vybraných základních parametrů snímačů měření magnetického pole v řádu jednotek mT, které jsou aktuálně na trhu. Teoretická část z pohledu oponenta je zpracována velmi pečlivě a výstižně postihla problematiku.
Praktická část práce se stěžejní částí zabývá problematikou simulačních analýz, ať už je to simulování magnetického pole v okolí magnetu, dále pak závislostí magnetické indukce na rozměrech a tvaru NdFeB magnetů nebo minimalizace vlivu magnetického pole Země. Tyto simulační analýzy jsou výstižně popsány a diskutovány a to včetně popisu problémů (limitních podmínek simulace), což jako oponent bych chtěl vyzdvihnout. Druhá část této realizační práce pak spočívala v praktickém návrhu sondy podle zadání s konkrétně vybraným senzorem MEMSIC MMC5883MA a popisu výstupního  komunikačního rozhraní s měřicí kartou, respektive počítačem. Jsou uvedeny a opět simulací podloženy možná omezení fyzické realizace sondy, tj. poloha měřicích elementů a problém přesného usazení pouzdra senzoru na DPS. Nemám připomínek k realizační části práce, snad jen škoda, že - pravděpodobně i z důvodu pandemické situace  - nebyla možná fyzická realizace a praktické ověření navržené sondy a tím i k porovnání/konfrontace simulace s reálnými daty.
Zadání bakalářské práce lze hodnotit po stránce odborné i časové jako náročné. Student prokázal velmi dobrou orientaci v problematice, zvolená koncepce i postup řešení vedl k úspěšnému splnění zadání. Závěr shrnuje a vystihuje výsledky a přínos práce.
Po grafické a formální stránce je práce na velmi kvalitní úrovni, je vyvážená po stránce teoretické i praktické. Chyby či překlepy se téměř nevyskytují a práce je dobře srozumitelná. Rozsah stěžejních kapitol práce odpovídá jejich důležitosti. Tabulky, grafy i obrázky umožňují představu o dané problematice. Jsou správně uvedeny citace a odkazy na ně v textu. V předložené bakalářské práci jsou shrnuty a naplněny všechny potřebné informace a jsou splněny všechny body zadání práce.
Odevzdaná práce a v ní dosažené výsledky svědčí o bakalářských schopnostech studenta, práci doporučuji k obhajobě s hodnocením podle klasifikační stupnice ECTS - A/92. Otázky k obhajobě:
  1. Jak byste doporučil - jaký je váš návrh pro praktickou realizaci vámi navržené sondy s ohledem na zpracování a vizualizaci měřených dat? Máte konkrétní představu o hardwarové konfiguraci meřicího řetězce a softwarovém řešení? Zkuste alespoň rámcově představit tyto prostředky.
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 92
Zobrazit více

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová