Design and evaluation of a sensor system for measurement of acoustic emission of a gas foil bearing

Abstract

Aquest treball de fi de grau se centra en el disseny i l’avaluació d’un sistema de sensors per mesurar les emissions acústiques en coixinets de làmines de gas (GFB). Aquests coixinets es caracteritzen per la seva baixa fricció, mínim desgast i funcionament sense oli, cosa que els fa ideals per al seu ús en turbomaquinària de mida petita i mitjana. L’objectiu principal d’aquest projecte és integrar un sistema sensor capaç de determinar el règim de lubricació dels coixinets mitjançant la detecció de les emissions acústiques, utilitzant un element piezoelèctric per a la captació del senyal. Aquest sistema requereix millores en l’amplificació del senyal i el filtratge del soroll per garantir una representació digital precisa. La investigació consisteix a dissenyar una cadena de mesura adequada que mantingui una alta integritat del senyal i, alhora, minimitzi el consum d’energia i la petjada espacial. El procés inclou una àmplia revisió bibliogràfica, simulació mitjançant programari SPICE i proves físiques per validar l’eficàcia del sistema. La culminació d’aquest projecte serà una presentació pública exhaustiva a la universitat, on es detallaran el procés de disseny, els reptes d’implementació i el rendiment del sistema desenvolupat.

Este trabajo de fin de grado se centra en el diseño y evaluación de un sistema de sensores para medir las emisiones acústicas en cojinetes de láminas de gas (GFB). Estos cojinetes se caracterizan por su baja fricción, mínimo desgaste y funcionamiento sin aceite, lo que los hace ideales para su uso en turbomaquinaria de tamaño pequeño y mediano. El objetivo principal de este proyecto es integrar un sistema sensor capaz de determinar el régimen de lubricación de los cojinetes mediante la detección de sus emisiones acústicas, utilizando un elemento piezoeléctrico para la captación de la señal. Este sistema requiere mejoras en la amplificación de la señal y el filtrado del ruido para garantizar una representación digital precisa. La investigación consiste en diseñar una cadena de medición adecuada que mantenga una alta integridad de la señal y, al mismo tiempo, minimice el consumo de energía y la huella espacial. El proceso incluye una amplia revisión bibliográfica, simulación mediante el software SPICE y pruebas físicas para validar la eficacia del sistema. La culminación de este proyecto será una presentación pública exhaustiva en la universidad, en la que se detallarán el proceso de diseño, los retos de implementación y el rendimiento del sistema desarrollado.

This thesis focuses on the design and evaluation of a sensor system for measuring acoustic emissions in gas foil bearings (GFBs). These bearings are characterized by their low friction, minimal wear, and oil-free operation, making them ideal for use in small to medium-sized turbo machinery. The primary objective of this project is to integrate a sensor system capable of determining the lubrication regime of the bearings by detecting their acoustic emissions, utilizing a piezoelectric element for signal capture. This system requires enhancements in signal amplification and noise filtering to ensure accurate digital representation. The research involves designing a suitable measurement chain that maintains high signal integrity while minimizing power consumption and spatial footprint. The process includes extensive literature review, simulation via SPICE software, and physical testing to validate the system’s effectiveness. The culmination of this project will be a comprehensive public presentation at the university, detailing the design process, implementation challenges, and the performance of the developed system.

Outgoing