Torsiometro rotativo a telemetria digitale basato su estensimetri

The thesis project consists in the design and realization "ex novo" of a digital telemetry rotary torsiometer to measure the torque of forces acting on a pinion by measuring the deformation undergone by the metal. These torque meters have significant advantages and peculiarities, discussed in more detail in the following chapter, compared to other types, but also considerable design challenges, for example the use of wireless power transmission (to manage watt power), only recently became a consumer in the consumer, moreover in an environment difficult for wireless communication given the strong presence of metals and with a receiver in motion and not static. The first part describes the basic structure of a torque meter, the basic parts of which a modern torque sensor is composed, the different types each with its strengths and limitations. The chapter also introduces the main transducers used today in most torque sensors: the strain gauge. The second part initially shows the composition of the whole system, the blocks it is made of and its functionality. Subsequently, it concentrates on the functioning of the strain gauges circuit and of the entire annexed acquisition chain, describing the amplification and sampling stage of the signal, motivating the design choices made. Finally, the processing, storage and transmission of the data over the air is carried out using radiofrequency, describing the microprocessor and all the components necessary for its operation. The third chapter deals with a particular part of the system: the electronic circuit for wireless power transfer in the order of watts according to the WPC protocol. Finally, in the fourth and last part, the data collected in the tests carried out on the circuits made are shown and analyzed.

Il progetto di tesi consiste nella progettazione e realizzazione “ex novo” di un torsiometro rotativo a telemetria digitale per misurare la coppia di forze agenti su un pignone mediante la misura della deformazione subita dal metallo. Questi torsiometri presentano notevoli vantaggi e peculiarità, discussi più in dettaglio nel capitolo successivo, rispetto alle altre tipologie, ma anche sfide di progettazione non indifferenti, ad esempio l’utilizzo della trasmissione wireless di potenza (per gestire potenze nell’ordine dei watt), affarmatasi solo recentemente nel modo consumer, per di più in un ambiente ostico per la comunicazione wireless data la forte presenza di metalli e con un ricevitore in movimento e non statico. Nella prima parte si descrive la struttura di base di un torsiometro, le parti fondamentali di cui è composto un sensore di coppia moderno, le diverse tipologie ciascuna con i suoi punti di forza e limitazioni. Nel capitolo si introduce anche il principale trasduttore utilizzato oggi nella maggior parte dei torsiomoetri: l’estensimetro. La seconda parte inizialmente mostra la composizione dell’intero sistema, i blocchi di cui è composto e le loro funzionalità. Successivamente si concentra sul funzionamento del circuito estensimentrico e dell’intera catena di acquisizione annessa descrivendo lo stadio di amplificazione e di campionamento del segnale, motivando le scelte di progettazione fatte. Infine si passa all’elaborazione, memorizzazione e trasmissione dei dati via etere mediante radiofrequenza descrivendo il microprocessore e tutta la componentistica necessaria al suo funzionamento. Il terzo capitolo tratta di una particolare parte del sistema: il circuito elettronico per il trasferimento di potenza wireless nell’ordine dei watt secondo il protocollo WPC. Infine, nella quarta e ultima parte, si mostrano e si analizzano i dati raccolti nei test condotti sui circuiti realizzati.