Исследование колебаний вибромотора на ardino с применением python и анализа ряда фурье

Актуальность темы: Актуальность исследования колебаний вибромотора на платформе Arduino с применением Python и анализа ряда Фурье обусловлена несколькими ключевыми факторами, связанными как с развитием технологий, так и с потребностями современного производства и науки.

Во-первых, вибромоторы широко используются в различных отраслях, включая автомобилестроение, электронику, медицину и робототехнику. Согласно отчету MarketsandMarkets, рынок вибрационных двигателей ожидает роста с 3,2 миллиарда долларов США в 2020 году до 5,1 миллиарда долларов США к 2025 году, что свидетельствует о растущем интересе и потребности в эффективных и надежных системах вибрации. Исследование колебаний вибромотора позволяет оптимизировать его работу и повысить эффективность, что, в свою очередь, влияет на производительность конечных продуктов.

Во-вторых, использование платформы Arduino и языка программирования Python в данном исследовании открывает новые возможности для образовательных и исследовательских проектов. Arduino является одной из самых популярных платформ для разработки прототипов, благодаря своей доступности и простоте в использовании. По данным Arduino, на 2023 год было продано более 30 миллионов плат, что подчеркивает популярность этой технологии среди студентов и разработчиков. Python, в свою очередь, является одним из наиболее востребованных языков программирования в области анализа данных и машинного обучения. Согласно TIOBE Index, Python занимает первое место по популярности среди языков программирования, что делает его отличным инструментом для анализа колебаний и обработки данных.

В-третьих, применение анализа ряда Фурье для исследования колебаний вибромотора позволяет глубже понять динамические процессы, происходящие в системе. Анализ Фурье является мощным инструментом для обработки сигналов и выявления частотных характеристик, что критически важно для диагностики и устранения неисправностей в вибромоторах. Исследования показывают, что более 70% поломок машин и механизмов связаны с неправильной работой вибрационных систем, что подчеркивает необходимость в качественном анализе и мониторинге их состояния.

Таким образом, актуальность темы курсовой работы "Исследование колебаний вибромотора на Arduino с применением Python и анализа ряда Фурье" обоснована растущими требованиями к эффективности вибрационных систем, доступностью современных технологий для их исследования и необходимости применения продвинутых методов анализа для повышения надежности и долговечности оборудования.

Объект исследования: Колебания вибромотора, работающего на платформе Arduino, с использованием программного обеспечения на Python для анализа частотных характеристик и спектров с применением преобразования Фурье.

Предмет исследования: Частотные характеристики колебаний вибромотора, спектры сигналов, полученные с помощью преобразования Фурье, и влияние параметров работы Arduino на амплитудно-частотные характеристики вибрации.

Цели исследования: Исследовать частотные характеристики колебаний вибромотора, анализируя спектры сигналов, полученные с помощью преобразования Фурье, и установить влияние параметров работы Arduino на амплитудно-частотные характеристики вибрации.

Задачи исследования: 1. Изучить теоретические основы колебаний вибромоторов, включая принципы работы, основные параметры и факторы, влияющие на их частотные характеристики, а также методы анализа сигналов, в частности, преобразование Фурье.

2. Организовать эксперименты по измерению колебаний вибромотора с использованием Arduino, разработать методику сбора данных и анализа сигналов, обосновать выбор используемого оборудования и программного обеспечения, включая Python для обработки полученных данных.

3. Разработать алгоритм практической реализации экспериментов, включая настройку оборудования, последовательность измерений, обработку данных с использованием библиотек Python, а также визуализацию результатов в виде графиков спектров.

4. Провести объективную оценку полученных результатов, сравнив их с теоретическими данными и существующими исследованиями, а также проанализировать влияние параметров работы Arduino на амплитудно-частотные характеристики вибрации.

Методы исследования: Анализ теоретических основ колебаний вибромоторов, включая изучение литературы и существующих исследований, с целью выявления ключевых факторов, влияющих на частотные характеристики.

Экспериментальное измерение колебаний вибромотора с использованием Arduino, включая настройку оборудования и выбор датчиков для регистрации вибраций.

Разработка методики сбора данных, включающей последовательность измерений и параметры настройки Arduino, а также выбор программного обеспечения для обработки данных.

Обработка полученных данных с использованием библиотеки Python, включая применение алгоритма преобразования Фурье для анализа спектров сигналов.

Визуализация результатов в виде графиков спектров, что позволит наглядно представить амплитудно-частотные характеристики вибрации.

Сравнительный анализ полученных результатов с теоретическими данными, а также с данными из существующих исследований, для оценки точности и достоверности результатов.

Оценка влияния параметров работы Arduino на амплитудно-частотные характеристики вибрации, включая анализ зависимости между настройками и полученными спектрами.