tiểu luận CHƯƠNG 5 cảm biến tốc độ đo tốc độ QUAY của ĐỘNG cơ

Khi có chuyển động tương đối giữa phần cảm và phần ứng → từ thông đi qua phần ứng biến thiên → trong phần ứng xuất hiện suất điện động cảm ứng e ∈ tôc đô ● Các loại: Tốc độ kế một ch

Trang 1

CHƯƠNG 5

Cảm Biến Tốc Độ

—NHÓM5—

download by : skknchat@gmail.co

Trang 2

NỘI DUNG CHÍNH

1 ĐO TỐC ĐỘ QUAY CỦA ĐỘNG CƠ

2 TỐC ĐỘ KẾ SỢI QUANG

3 GIA TỐC KẾ SỢI QUANG

4 ĐỔI HƯỚNG KẾ SỢI QUANG

5 ĐỔI HƯỚNG KẾ CON QUAY HỒI CHUYỂN

6 CẢM BIẾN TỐC ĐỘ QUAY THẠCH ANH

7 ỨNG DỤNG CON QUAY HỒI CHUYỂN ĐIỀU KHIỂN CHUỘT

8 GIA TỐC KẾ RUNG

9 GIA TỐC KẾ ĐIỆN DUNG

10 GIA TỐC KẾ ÁP TRỞ

11 GIA TỐC KẾ ÁP ĐIỆN

Trang 4

KHÁI NIỆM

NGUYÊN LÍ ĐO :

Trang 5

Vai trò đo vận tốc:

tốc độ quay

Trang 6

Các phương pháp đo vận tốc

Phương pháp 1 : (sử dung tôc đô kê điên từ):

phần ứng (phần có từ thông đi qua) Khi có chuyển động tương đối giữa phần cảm và phần ứng

→ từ thông ( ) đi qua phần ứng biến thiên → trong phần ứng xuất hiện suất điện động cảm ứng

(e) ∈ tôc đô

● Các loại: Tốc độ kế một chiều, tôc đô kê xoay chiêu…

● Sưc điên đông cam ưng:

Trang 7

Trang 8

Các phương pháp đo vận tốc

Phương pháp 2 (Sử dụng tốc độ kế vòng loại xung): làm việc theo

nguyên tắc đo tần số chuyển động của phần tử chuyển động quay Cảm biến có một đĩa được mã hoágắn với trục quay, ưng vơi môt chuyên dich cơ ban xung Tân sô xung tỉ lê vơi tôc đô cân đo

Trang 9

TỐC ĐỘ KẾ SỢI QUANG

Trình bày – Huỳnh Văn Phú

Trang 10

Tốc độ kế laser hiệu ứng Doppler là dụng cụ đo

tốc độ của các đối tượng bằng các truyền dẫn

m/s Phép đo không làm thay đổi chuyển động

của hệ

Nguyên lý: Chiếu sáng đối tượng cần đo tốc độ

bằng một lưới các vân sáng, ánh sáng khuếch tán

từ đối tượng tuân theo hiệu ứng Doppler nghĩa là

tấn số của nó khác với tần số ánh sáng nguồn Độ

lệch tần số này phụ thuộc vào tốc độ của vật

Trang 11

Trường hợp đo tốc độ dòng chảy nên cho vào dòng chảy các hạt

có kích thước đủ nhỏ để không ảnh hưởng đến tốc độ dòng chảy,các hạt này sẽ khuếch tán ánh sáng khi có nguồn cắt qua Tínhiệu quang do các hạt phát ra được điều biến bằng các vân tối,sáng với tần số tỷ lệ với tốc độ dòng chảy

Tần số điều biến ánh sáng do các hạt khuếch tán f=|V|/y

Trang 12

Theo một phương pháp khác hạt cắt qua một trong hai tia sáng không song song đến từ một nguồnlaser He-Ne Ta nhận được hai tia khuếch tán từ hạt, mỗi tia được đặc trưng bằng một tần sốDoppler Giao thoa cảu hai tia này tạo nên một phách tần số f suy ra biên độ nhưng không cho biếtchiều chuyển động

Khắc phục bằng cách sử dụng hai tốc kế vuông góc, ta đã biết hai thành phần tốc độ do vậy ta có thểxây dựng vetor V

Ta cũng có thể điều pha ϕ của một trong hai tia ở tốc độ dϕ/dt nhờ khối Bragg Các vân lệch pha với

Ánh sáng bị điều biến ở tấn số

Trang 13

Một diode laser có thể sử dụng trước khối laser Bragg dùng để điều biến dòng phát Các sợi

quang phối hợp với diode quang tạo nên thiết bị đo tốc độ hoàn chỉ̉nh

a) Chùm tia chiếu qua vật thể đo vận

b) Chia chùm tia bằng bộtốc bắng hệ thống quang học thông

ghép nối quangthường

Trang 14

Trang 15

ỨNG DỤNG

• Nghiên cứu dòng chảy: đo vận tốc dòng nước, kiểm tra khí dộng học máy bay, tên lửa,

• Tự động hóa : đo vận tóc bang chuyền

• Y tế: định lượng một phần lưu lượng máu trong các mô của con

người như da, nền mắt

• Ngoài ra còn được ứng dụng trong quân sự, dẫn đường hiệu chuẩn và đo lường

Trang 16

GIA TỐC KẾ SỢI QUANG

Trình bày – Huỳnh Văn Phú

Trang 17

b) Đường cong độ nhạy,

c) quan hệ tần số cộng hưởng và a) Nguyên lý khối

lượng vật treo

Gia tốc kế sợi quang sử dụng giaothoa sợi quang có độ nhạy caonhất

Gia tốc cần đô tác dộng vào một hệ

có khối lượng khoảng 1 gam, mộtphần tử treo đàn hồi giữa hai sợiquang dài 1 cm tạo nên hai nhánhcủa một giao thoa kế Michelsonhoặc Mach-Zehndes

Nếu gia tốc sặt trên trục các sợi lựcquán tính sự sai khác bước giữa haisợi

Trang 18

Gia tốc kế hai cuộn dây sơi quang phân các bằng một ngăn chứa đầy chất lỏng.Mỗi cuộn dây là một nhánh của giao thoa kế Khi ngăn được gia tốc dọc theo trục đối xứng của nó, áp suất vi sai sinh ra trongchất lỏng được truyền vào các sợi quang và tạo nên các bước sóng khác nhau

Ứng dụng: theo dõi chấn động của các thiết bị, cho biết tính trạng cân bằng kém để khắc phục, trong y

tế ứng dụng để lường màn nhĩ,

Trang 19

ĐỔI HƯỚNG KẾ CON QUAY HỒI CHUYỂN

Trình bày – Phan Bá Rôn

Trang 20

Con quay hồi chuyển gồm một roto lắp trên một khung động và được quay quanh trục Y’Y với tốc độ lớn(~104vòng/phút) nhờ một động cơ

Tốc độ quay ω cần đo theo trục Z’Z vuông góc với trục Y’Y làm xuất hiện một ngẫu lực Cg tỉ̉ lệ với ωtheo hướng X’X vuông góc với hai trục Y’Y và Z’Z có xu hướng làm cho khung động của con quay hồichuyển quay theo

Ngẫu lực Cg được cân bằng bởi ngẫu lực đàn hồi Cr của hai lò xo gây nên có giá trị tỉ̉ lệ với góc quay αcủa khung Ở trạng thái cân bằng: Cg =Cr với Cr = kα (k là hệ số đàn hồi của lò xo) và Cg = ωH ( H làmômen động học của rôto) Thay các giá trị vào công thức trên ta có công thức xác định góc α:

Trang 21

Góc quay α của khung động của con quay hồi chuyển

tỉ̉ lệ với vận tốc góc ω cần đo

Để tiện cho xử lý, góc quay α được chuyển đổi thành

tín hiệu điện nhờ một điện thế kế

Các thông số của máy đo như sau:

• Dải đo từ ± 7o/s đến ± 360o/s

• Sai lệch khỏi độ tuyến tính <± 1,5% của dải đo

Trang 22

ĐỔI HƯỚNG KẾ SỢI QUANG

Trình bày – Phan Bá Rôn

Trang 23

Đổi hướng kế quang gồm nguồn phát chùm tia laze (1), cuộn dây sợi quang (2) có chiều dài L quấn thànhvòng bán kính R quay với cùng vận tốc góc ω với vật quay

Trang 24

Chùm tia xuất phát từ nguồn phát (1) qua bản phân tách (3) tạo thành hai chùm tia truyền theo hai hướngngược nhau trong sợi cáp quang Khi ra khỏi cáp, do quảng đường truyền sóng khác nhau, hai tia lệch pha nhau, độ lệch pha giữa hai chùm tia bằng:

λ - bước sóng tia laze c - vận tốc ánh sáng

Trên đầu thu (4) ta thu được hệ vân giao thoa của hai chùm tia Bằng cách đếm

số vân giao thoa §Z bị dịch chuyển do cáp quang quay, ta có thể tính được tốc độ quay theo công thức:

Trang 26

6.CẢM BIẾN TỐC ĐỘ QUAY THẠCH ANH

Việc sử dụng phần tử dao động để đo tốc độ quay ứng dụng nguyên lý Coriolis đã được biết từ 50 nămnay Cảm biến tốc độ thạch anh QRS (Quartz Rate Sensor) được sử dụng có kết quả trong thực tế vì cókích thước nhỏ, tiêu thụ công suất bé

Các con quay hồi chuyển kích thước lớn thời gian sử dụng cỡ vài trăm giờ được dùng cho mục đích quân

sự và dẫn đường máy bay Cảm biến tốc độ quay thạch anh có kích thước cỡ miếng thạch anh trong đồng

hồ thạch anh có cấu gồm hai phần : phần quay và cảm nhận

Trang 27

Phần quay tác động chính xác như một chạc quay có kích thước nhỏ Mỗi chạc có khối lượng và tốc độ hướng kính biến thiên hình sin Khi quay ổn định mômen động của hai chạc bằng không và không có năng lượng truyền từ các chạc vào đế Để duy trì chạc quay cần công suất 6µW Khi chạc quay quanh trục đối xứng, lực Coriolis ảnh hưởng tới hệ thống được tính theo công thức :

lý Cảm biến QRS có thời gian sử dụng trung bình 100.000 giờ, được sử dụng trong kỹ thuật đo lường và điều khiển

Trang 28

ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN TỐC ĐỘ QUAY THẠCH ANH

Cảm biến tốc độ quay thạ ̣ch anh là một thành phần quan trọng trong hệ thống kiểm soá́t ổn định động của ô tô

Cảm biến tốc độ quay thạ ̣ch anh đóng một vai trò quan

trọng trong việc ổn định nền tảng của má́y bay trực

thăng

Trang 29

Phần quay tác động chính xác như một chạc quay có kích thước nhỏ Mỗi chạc có khối lượng và tốc độ hướng kính biến thiên hình sin Khi quay ổn định mômen động của hai chạc bằng không và không có năng lượng truyền từ các chạc vào đế Để duy trì chạc quay cần công suất 6µW Khi chạc quay quanh trục đối xứng, lực Coriolis ảnh hưởng tới hệ thống được tính theo công thức :

lý Cảm biến QRS có thời gian sử dụng trung bình 100.000 giờ, được sử dụng trong kỹ thuật đo lường và điều khiển

Trang 30

ỨNG DỤNG CON QUAY HỒI

CHUYỂN ĐẦU CHUỘT

Trình bày – Đinh Trần Vĩ

Trang 31

7 ỨNG DỤNG CON QUAY HỒI CHUYỂN ĐẦU CHUỘT

Cần thiết bị điều khiển chuột một cách linh hoạt do

yêu cầu các phương tiện thông tin đại chúng và thị

trường TV Con trỏ hồi chuyển (Gyro Point) sử dụng

hai con quay hồi chuyển kích thước nhỏ để điều chỉ̉nh

con chạy màn hình trong không gian ba chiều

quay thẳng đứng được sử dụng để đo góc bước (pitch)

còn con quay hướng được sử dụng để đo góc trệch

tương đối (yaw) Đầu ra được điều khiển bởi bộ

vi điều khiển 8 bit liên hệ với máy tính chủ qua giao diện nối tiếp

Hình 1

Trang 32

7 ỨNG DỤNG CON QUAY HỒI CHUYỂN ĐẦU CHUỘT

Chuyển động phải/trái (pitch) và lênxuống (yaw) điều khiển chuyển động củacon chạy

Bằng cách sử dụng cảm biến quán tínhngười sử dụng không bị giới hạn trênmặt phẳng như trường hợp điều khiểnchuột thông thường Dụng cụ tỏ ra ưuviệt khi sử dụng

Trong nhiều trường hợp người sử dụngquay lưng lại màn hình và đối diện với

Sơ đồ khối con trỏ hồi chuyển

thính giả mà vẫn điều khiển dễ dàng con

Trang 33

Trang 34

GIA TỐC KẾ RUNG

Trình bày – Nguyễn Huỳnh Gia Bảo

Trang 36

Là một thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp vì:

- Nhằm khống chế biên độ rung để tránh gây tiếng ồn có hại cho sức khoẻ

- Hạn chế mức rung ở giới hạn cho phép nhằm bảo đảm an toàn cho công trình

- Quản lí nằm được tình trạng máy móc của chi tiết từ đó có kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa kịp thời

Trang 37

GIA TỐC KẾ ĐIỆN DUNG

Trình bày – Nguyễn Huỳnh Gia Bảo

Trang 38

8 GIA TỐC KẾ ĐIỆN DUNG

Gia tốc kế điện dung chứa ít nhất hai bộ phận:

Trang 39

8 GIA TỐC KẾ ĐIỆN DUNG

Sơ đồ mạch điện biến đổi từ điện dung sang điện áp bằng mạch tích hợp Silic

Trong đó: Cmc: điện dung giữa vật rung và bản cực trên

Cmb: điện dung giữa vật rung và bản cực dưới

Trang 40

GIA TỐC KẾ ÁP TRỞ

Trình bày – Lê Đình Thiên Bình

Trang 41

10 GIA TỐC KẾ ÁP TRỞ

Phần tử cảm nhận trong gia tốc kế áp trở là một đầu ứng suất, đo ứng suất trong lò xo đỡ vật rung.Ứng suất liên hệ với độ lớn và tốc độ chuyển động của vật, do đó cũng phụ thuộc vào gia tốcThiết bị đo được gia tốc trong dải từ 0 đến 13 kHz Với thiết kế đặc biệt có thể chịu được rungdộng tới 10000g

Trang 43

10 GIA TỐC KẾ ÁP TRỞ

Vi cảm biến được chế tạo từ ba lớp silic Lớp

trong còn gọi là lõi chứa vật rung và bản lề

đàn hồi Vật rung được đỡ trên bản lề và có

đầu áp trở Khí gia tốc đặt theo trục nhạy vật

rung quay quanh bản lề Các đầu đo trên cả

hai phía bản lề cho phép vật quay và tạo nên

ứng suất nén trên một phía và kéo trên phía

kia Vì các đầu đo rất ngắn sự di chuyển nhỏ

cũng làn thay đổi điện trở lớn để cân bằng

điểm không của cầu áp trở có năm điện trở

đặt trong cùng một tinh thể

Cấu trúc gia tốc kế áp trở:

Trang 44

GIA TỐC KẾ ÁP ĐIỆN

Trình bày – Lê Đình Thiên Bình

Trang 45

11 GIA TỐC KẾ ÁP ĐIỆN

Trong cảm biến gia tốc áp điện, vật rung được đặt trên phần tử áp điện Phần tử áp điện sinh ra điệntích tỷ lệ với chuyển động của vật rung: Cảm biến và vật được gắn trên giá đỡ cứng và toàn bộ đượcđặt trong hộp kín

Tùy theo bản chất lực tác dụng mà cần cơ cấu giữ vật liệu áp điện và phương tiện gắn chúng khác nhau Thông thường ta sử hai loại gia tốc kế áp điện

Trang 46

Gia tốc kế áp điện kiểu nén:

Loại gia tốc kế này có tần số cộng hưởng cao, chắc chắn, nhạy với ứng suất củađế

Trang 47

Gia tốc kế áp điện kiểu uốn cong:

Phần tử cơ bản của gia tốc kế áp điện kiểu uốn là hai phiến áp điện mỏng được dán với nhau.Mỗi đầu phía điện áp được gắn với vật rung, do cấu trúc này gia tốc kế có độ nhạy cao Dải tần

số làm việc bị hạn chế bởi gia tốc rung thấp và tần số thấp

Trang 48

Các thông số đặc trưng:

Độ nhạy của gia tố kế áp điện được cho bởi biểu thức:

Trong đó: γ là gia tốc của bộ cảm biến

Q là điện tích tạo nên khi cảm biến rung với gia tốc γ.S1 là độ nhạy cơ học của hệ thống vật rung

S2 là độ nhạy điện của bộ cảm biến

Trang 49

Ứng dụng của gia tốc kế:

Định dạng
Số trang	50
Dung lượng	10,25 MB