Carrière Press Inkoop
Carrière Press Inkoop
FAULHABER DC-motoren voor het bewaken van de seistmometer op de zeebodem

Geofysici werken met seismografen om aardbevingen te registreren, die worden veroorzaakt door de beweging van de tektonische platen van de aardkorst. Om goed te kunnen werken, moeten de instrumenten vooraf waterpas worden geplaatst. Dat is geen probleem als een apparaat op land staat. Maar bij een seismograaf die duizenden meters onder water op de oceaanbodem moet komen te staan, is dit proces wat uitdagender. Het Canadese Nanometrics Inc. uit Kanata in Ontario combineert voor zijn oplossing geavanceerde cardanische ophangingen en microprocessors met de extreem betrouwbare en efficiënte stappenmotoren van FAULHABER.

De meest eenvoudige seismografen bestaan uit een frame dat meebeweegt met de bodem, een slinger die als inerte massa ageert, en elektronica die de verplaatsing tussen deze twee componenten volgt. De seismografen van Nanometrics werken met drie inerte massa's die zijn uitgelijnd over orthogonale assen, zodat de instrumenten metingen kunnen uitvoeren in drie richtingen. Breedband seismografen werken normaal gesproken met een soort omgekeerde slinger, waarin de herstellende kracht wordt geleverd door een veer in plaats van door de zwaartekracht. Omgekeerde slingers centreren zichzelf niet automatisch, ze moeten in balans worden gebracht. Seismografen op de oceaanbodem werken op meerdere kilometers diepte, wat veel te diep is voor kabelverbindingen. In plaats daarvan werken de instrumenten als standalone op batterijen voor de duur van het experiment, die kan oplopen tot een jaar. Daarna worden ze teruggebracht naar het laboratorium voor analyse. Pas dan weten de onderzoekers of de instrumenten hebben gewerkt.

De schepen die seismografen voor metingen op de oceaanbodem uitzetten en weer ophalen, zijn extreem duur. Daarom moet de sensor iedere keer perfect werken. Maar betrouwbaarheid is slechts de eerste vereiste. Onderzoekers plaatsen seismografen voor de oceaanbodem door ze vast te maken op een slede met extra gewicht, die wordt afgezonken. Dit proces kan uren duren. Eenmaal op de bodem landen ze op een willekeurige locatie, die vaak een modderig oppervlak heeft met een onbekende topografie. Hier moeten de instrumenten nu waterpas worden gezet. De bedrijfsomstandigheden onder water zijn vaak thermisch stabiel, maar de mechanische kanteling kan zowel extreem als dynamisch zijn. Daarom moet het mechanische systeem dat de instrumenten waterpas zet, hiertoe zelfs nog in staat zijn als de instrumenten ondersteboven landen.

De drie assen van de Trillium Compact OBS (voor de zeebodem) en de Compact All-Terrain (voor op het land) zijn stevig aan elkaar vast gemaakt, zodat het systeem het platform in zijn geheel waterpas zet. Om een breed aanpassingsbereik te garanderen, monteert Nanometrics de seismograaf in een gemotoriseerde cardanische ophanging. Het binnenste frame draait het instrument om de eigen as, en vervolgens roteert het buitenste frame het instrument ten opzichte van de behuizing. Versnellingsmeters op de seismograaf en de behuizing bepalen de mate van kanteling, en vervolgens geeft de microprocessor opdrachten aan de motoren om de positie aan te passen. Het duurt ongeveer 20 minuten om het systeem volledig waterpas te zetten. De positioneringsmechanismen hebben voldoende koppel nodig om de massa van de instrumenten waterpas te zetten. Om een hoog koppel te garanderen, wordt normaal gesproken simpelweg een grotere motor geselecteerd, of een combinatie van een tandwiel met een passende reductieverhouding. Het probleem voor de technische ontwikkelaars was de beperkte ruimte in het ontwerp: er was simpelweg geen plaats voor een grotere motor. De diameter van het instrument zou hierdoor meerdere centimeters groter worden. Een groter instrument vereist een grotere slede voor het transport naar de zeebodem en verhoogt het gewicht en de kosten. Het team had stevige, betrouwbare en compacte motoren nodig met een hoge koppeldichtheid. MICROMO, het Amerikaanse zusterbedrijf van FAULHABER, had de oplossing.

Het ontwerp werkt met twee stappenmotoren van FAULHABER, die worden aangestuurd door een microprocessor. Het algoritme voor het waterpas zetten gebruikt de meetwaarden van de versnellingsmeters om te berekenen welke motorbewegingen er nodig zijn om de instrumenten in de gewenste positie te krijgen. Het uiteindelijke resultaat wordt gecontroleerd met behulp van de seismografen. De selectie van een stappenmotor voor de bewegingsaansturing heeft een belangrijk voordeel: ze zijn betrouwbaar.

FAULHABER DC-motoren voor het bewaken van de seistmometer op de zeebodem
Seismografen voor op de oceaanbodem, zoals de Trillium OBS, moeten stevig en betrouwbaar zijn.
FAULHABER DC-motoren voor het bewaken van de seistmometer op de zeebodem
Het mechanisme om de instrumenten waterpas te zetten, integreert voor deze positioneringstaak stappenmotoren met een hoge koppeldichtheid en een tandwielkast.

Het ontwerp draagt beweging over van de motor naar de seismograaf in de cardanische ophanging met een wormwiel, voor een compacter en steviger ontwerp. Bovendien zorgt het wormwiel voor stabiliteit, zelfs bij schokken en trillingen. Wormwielen kunnen ook niet terugdraaien, wat de belasting op de tandwielkast beschermt. Voor de volgende stap moest het ontwerpteam het wormwiel integreren met de tandwielkast. Eén optie was een schroefverbinding, maar de diameter van de motoras is slechts 2 mm. Daarom was deze optie niet betrouwbaar genoeg voor de wetenschappers. Samen met de toepassingsspecialisten van MICROMO slaagden ze erin om een tandwiel direct vast te lassen op de uitgangsas van de tandwielkast. Voor Nanometrics verloopt de montage sneller en eenvoudiger met motoren met een geïntegreerde tandwielkast.

Producten

Stappenmotoren
Rendabele positioneeraandrijving zonder encoder
Hoge vermogensdichtheid
Zeer hoge versnelling
Extreem snelle richtingsveranderingen mogelijk
Duurzaam
Groot bedrijfstemperatuurbereik
Bediening in volledige stap, halve stap en microstap mogelijk
Extreem laag rotor traagheidsmoment
Details
Further information

Aanbevolen inhoud

Hier vindt u externe materialen van YouTube bij dit artikel. Klik om ze te bekijken.

Ik ga ermee akkoord om externe inhoud te zien. Ik ben me ervan bewust dat mijn persoonlijke gegevens kunnen worden gedeeld met externe platformen. Raadpleeg voor meer informatie ons privacybeleid.