Dinamik eğim sensörü cihazının tasarlanması ve ölçüm  stabilitesini arttırma amaçlı çeşitli metotların kullanılması
Design of a dynamic inclinometer device and use of various methods to increase measurement stability
Yazar: İSMAİL DERELİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KEMAL ERDOĞAN
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
MEMS teknolojisindeki gelişmeler ile birlikte bu teknolojiyi içeren IMU (Atalet Ölçüm Birimi) cihazlarının da kullanımı yaygınlaşmıştır. Endüstriyel uygulamalarda kullanılan IMU' ların kullanım alanına göre çok hassas olarak ölçüm yapması gerekebilmektedir. Bu hassas ölçümler gelişen IMU teknolojisi sayesinde ne kadar mümkün olsa da bazı dış faktörler IMU' ların ölçüm doğruluğunu etkileyebilmektedir. Bu dış faktörlerin en önemlileri harici ivme ve titreşimlerdir. Cihazın bağlı olduğu sistemdeki harici ivme ve titreşimler IMU içerisindeki mekanik yapıyı olumsuz etkilemektedir ve ölçüm hatalarına sebep olmaktadır. Buna çözüm olarak literatürde kalman filtresi, alçak geçiren filtre vb. filtreler kullanılarak bu hataların en aza indirgenmesi sağlanmaktadır. Bu çalışmada içerisinde 6 eksen IMU içeren bir dinamik eğim sensörü cihazı tasarlanmıştır ve içerisine kalman filtresi, ortalama kayan filtre, alçak geçiren filtre yazılımsal olarak entegre edilmiştir. Hazırlanan test platformu ve veri kayıt sistemi ile harici ivmeli durumlarda tasarlanan eğim sensörü içerisindeki filtrelerin performansları bilgisayar ortamında analiz edilmiştir. RMSE metodu kullanılarak yapılan analizlerde sensörün derece cinsinden ölçüm hata miktarları karşılaştırılmıştır. Çalışmanın son aşamasında ise bu 3 filtrenin birlikte çalıştığı hibrit filtreleme metodu tasarlanmıştır. Hibrit filtreleme metodu literatürdeki çalışmalarda sıkça kullanılan bir metottur. Bu çalışmada ise kalman filtresi ve alçak geçiren filtre ile birlikte, tasarlanan ortalama kayan filtrenin de bu hibritleştirme işlemine dahil edilmesidir. Çalışma kapsamında tasarlanan bu özel hibrit filtreleme metodu sonucunda statik testlerde ortalama 0.017°, dinamik testlerde ise ortalama 1.177° hata değerleri alınmıştır. Analiz sonuçları ışığında bu çalışmadaki hibrit filtreleme metodunun literatürdeki diğer hibrit filtreleme metotlarına göre daha yakın veya başarılı sonuç verdiği görülmektedir.

Abstract:
With advancements in MEMS technology, the usage of IMU (Inertial Measurement Unit) devices incorporating this technology has become widespread. In industrial applications, IMUs need to provide highly precise measurements depending on their area of use. While these precise measurements are made possible by the evolving IMU technology, some external factors can affect the measurement accuracy of IMUs. The most significant of these external factors are external acceleration and vibrations. The external acceleration and vibrations in the system to which the device is attached negatively impact the mechanical structure inside the IMU, leading to measurement errors. To mitigate these errors, the literature suggests using filters such as the Kalman filter, low-pass filter, etc. In this study, a dynamic tilt sensor device containing a 6-axis IMU has been designed and software-integrated with a Kalman filter, moving average filter, and low-pass filter. The performance of these filters within the designed tilt sensor under external acceleration conditions was analyzed in a computer environment using the prepared test platform and data recording system. In the analyses conducted using the RMSE method, the measurement error amounts of the sensor in degrees were compared. In the final stage of the study, a hybrid filtering method combining these three filters was designed. The hybrid filtering method is frequently used in literature. However, the novelty of this study lies in incorporating the designed moving average filter into the hybridization process along with the Kalman filter and low-pass filter. As a result of this specially designed hybrid filtering method within the scope of the study, average error values of 0.017° in static tests and 1.177° in dynamic tests were obtained. In light of the analysis results, it is seen that the hybrid filtering method in this study provides more successful or closer results compared to other hybrid filtering methods in the literature.