ENCODER CẤU TẠO – NGUYÊN LÝ HỌAT ĐỘNG pptx

Encoder dạng chuyển động quay rotary encoder còn được gọi là shaft encoder là thiết bị điện cơ dùng biến đổi các vị trí góc của trục quay từ giá trị analog sang mã digital.. ABSOLUTE E

CẤU TẠO – NGUYÊN LÝ HỌAT

ĐỘNG

1

Encoder dạng chuyển động quay (rotary

encoder) còn được gọi là shaft encoder là thiết

bị điện cơ dùng biến đổi các vị trí góc của trục quay từ giá trị analog sang mã digital.

Encoder được xem là một dạng thiết bị chuyển đổi (transducer).

ĐỊNH NGHĨA:

PHÂN LỌAI:

2

ÁP DỤNG

ENCODER

VI TRÍ LẮP ENCODER

3

VI TRÍ LẮP ENCODER

4

VI TRÍ LẮP ENCODER

5

VI TRÍ LẮP ENCODER

6

ABSOLUTE ENCODER

Abosulute encoder là thiết bị chuyển đổi, áp dụng kỹ thuật số để tạo ra một mã bằng số digital tương ứng với mỗi góc quay của một trục.

Abosulute encoder gồm 3 thành phần chính :

 Dĩa khắc mã vạch

 Bộ led thu phát hồng ngọai.

 Bộ giải mã

NGUYÊN LÝ ĐỌC MÃ TRONG

ENCODER

Linh kiện thu ánh sáng

Trục Đường khắc mã

Nguồn sáng

Dĩa quay theo trục

8

CẤU TRÚC CỦA ABSOLUTE ENCODER

10

11

Trong các absolute ecoder, dỉa khắc vạch thường sử dụng mã GRAY hay số nhị phân

Theo kỹ thuật số, mã GRAY là lọai mả có sự thay đổi ít nhất giữa các bit khi chuyển trạng thái Khi chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái kế tiếp chỉ có duy nhất 1 bit trong nhóm mã thay đổi giá trị ; do đó mã GRAY được gọi

là mã không trọng lượng (unweighted code).

DĨA KHẮC MÃ VẠCH TRONG ABSOLUTE

ENCODER

Mã GRAY thường không được sử dụng trong tóan học

nhưng được sử dụng nhiều trong các áp dụng biến đổi AD hay các thiết bị nhập xuất và đặc biệt trong lảnh vực điều khiển

12

DĨA KHẮC VẠCH THEO MÃ GRAY

13

ABSOLUTE ENCODERS – OPTICAL DISKS

14

STT PHẠM VI GÓC SỐ NHỊ PHÂN

DĨA KHẮC VẠCH THEO MÃ GRAY 4

Khi sử dụng dĩa khắc vạch theo số nhị phân (decimal) chúng ta dễ nhận thấy khi dĩa quay

tại vị trí cao nhất (the most significant bit) thay đổi giá trị sớm hơn các bit khác, bộ đọc giá trị

có thể ghi nhận giá trị là 1111.

17

ABSOLUTE DIGITAL POSITION: GREY ENCODER

straight binary: if all bits were to change at about the same time: glitches

Grey: only one bit changes at a time: no glitch

Grey disk (8 bit)

Muốn tăng độ phân giải cho encoder các dĩakhắc vạch mã GRAY từ 12 bit đến 16 bits Với trường hợp

sử dụng 12 bits (tương ứng với 4096 giá trị đọc) , chúng ta có thể xác định được vị trí góc quay chính xác đến mức 0,09 độ Tương tự , khi sử dụng 16 bits (tương ứng với 65536 giá trị đọc) , góc quay được xác định chính xác đến 0,0055 độ.

Tuy nhiên khi sử dụng các encoder với dỉa khắc vạch có độ phân giải cao, chúng ta cần chú ý đến

sang analog ( mạch DA) và tốc độ đáp ứng của các mạch đọc và giải mả khi vận hành tại tốc độ cao.

19

INCREMENTAL ENCODER

20

SO SÁNH DĨA KHẮC MÃ TRONG CÁC LỌAI ENCODER

21

KẾT CẤU HỆ THỐNG CHẮN

SÁNG

22

TÍN HIỆU RA SAU KHI QUA HỆ THỐNG CHẮN SÁNG

23

TÍN HIỆU RA XÊ DỊCH DO NGUỒN SÁNG THAY ĐỔI CƯỜNG

ĐỘ SÁNG

24

PHƯƠNG PHÁP BÙ XÊ DỊCH DÙNG HAI CẢM BIẾN

QUANG

25

TÍN HIỆU RA LỆCH PHA 180 ĐỘ KHI DÙNG HAI CẢM BIẾN QUANG

26

TÍN HIỆU TỔNG HỢP TỪ HAI TÍN HIỆU LỆCH PHA

180 ĐỘ

27

HAI TÍN HIỆU RA LỆCH PHA 90 ĐỘ (QUADRATURE

SIGNAL)

28

MẠCH GIẢI MÃ CHO LỌAI

ENCODER

30

DẠNG XUNG NGÕ RA CỦA INCREMENTAL

Channel I Channel I

Đa số các lọai incremental encoder sử dụng ngõ ra có hai thông lộ (channels) A và B để cảm biến vị trí

Các thông lộ A và B phát các xung ra lệch pha 90 độ với

Khi A sớm pha hơn B giả sử trục đang quay theo chiều kim đồng hồ thì khi A chậm pha hơn B trục quay theo chiều ngược lại Như vậy bằng phương pháp xác định hay hiển thị tất cả số xung và góc lệch pha của các thông lộ A và

B chúng ta có thể xác định được vị trí của trục và chiều quay.

chiếu (reference signal) cung cấp 1 xung cho một chu kỳ Xung đơn dùng xác định chính xác vị trí tham chiếu.

32

Với các tín hiệu sĩng vuơng

lệch pha 90 độ , các tín hiệu cùng bằng 0 trong khỏang thời gian ¼ chu kỳ của mỗi xung.

Mỗi lổ trống được xác định trong phạm vi 4 vị trí.

Khi khơng thay đổi kết cấu phần cứng độ phân giải là hàm số theo số lổ trống của các track.

CHANNEL /

SỐLỔ 4

360 GIẢI

ĐO BỀ DÀI TUYẾN TÍNH DÙNG SHAFT ENCODER:

34

ĐO BỀ DÀI DÙNG LEADSCREWS

ĐO BỀ DÀI DÙNG WHEELS VÀ ROLLS

36

THỰC HIÊêN DI

CHUYỂN ĐẾN

VỊ TRÍ THAM CHIẾU

38

Magnetic Encoder bao gồm hai thành phần:

Một bánh răng quay làm bằng kim lọai dẫn từ

Một “magnetic pick-up” dùng nam châm vĩnh cửu và phần tử cảm biến.

Cấu tạo của magnetic pick-up trong các encoder có hai dạng chính: reluctance sensor

MAGNETIC

ENCODER

MAGNETIC PICK UP

41

PHƯƠNG THỨC LẮP

ĐẶT MAGNETIC

ENCODER

42

NGUYÊN LÝ VARIABLE RELUCTANCE MAGNETIC PICK-UP : Variable reluctance (VR) là phần tử cảm biến tốc độ

dạng thụ động, vì không cần cung cấp năng lượng bởi nguồn áp bên ngòai.

Cảm biến tạo ra điện áp xoay chiều hình sin có biên độ tỉ

lệ thuận với tốc độ quay và tỉ lệ nghịch với khỏang hở không khí

44

Linear Variable

Displacement Transducers/Transformers

47

– CHUYỂN ĐỔI CHUYỂN ĐÔêNG THẲNG CỦA CÁC ĐỐI

TƯỢNG SANG TÍN HIÊêU ĐIÊêN

– ĐO LƯỜNG KHOẢNG CÁCH.

• LVDT CÓ CẤPCHÍNH XÁC CAO

– PHẠM VI DI CHUYỄN RẤT BÉ CÓ THỂ ĐẾN PHẦN

TRIÊêU CỦA INCH

– THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG DO LƯỜNG TRONG PHẠM

VI ± 12 INCHES

– MÔêT VÀI LOẠI LVDT CÓ THỂ ĐO LƯỜNG ĐẾN ± 20

INCHES

48

LÝ DO SỬ DỤNG LVDT

• MA SÁT – HOẠT ĐÔêNG TỰ DO

– KHÔNG CÓ TIẾP XÚC CƠ GIỮA LỎI VÀ CÁC CUÔêN DÂY

• TUỔI THỌ CƠ HỌC : VÔ ĐỊNH.

• ĐÔê PHÂN GIẢI VÔ ĐỊNH

– KẾT NỐI DẠNG ĐIÊêN CƠ

• CHỈ BỊ GIỚI HẠN BỞI NHIỂU ĐIÊêN

• ĐÔê PHÁ HỦY THẤP

– HẦU HẾT CÁC LVDT ĐỀU CÓ CÁC LỔ HỞ.

• CÓ TÍNH LÂêP LẠI ĐIỂM 0

– CÓ KHẢ NĂNG ĐO ĐƯỢC ĐÔê DỊCH CHUYỂN BẰNG 0

• ĐÔê NHẠY ĐƠN TRỤC

– TRỤC TÁC ĐÔêNG KHÔNG BỊ ẢNH HƯỞNG BỞI CÁC TRỤC KHÁC.

• BỀN VỮNG VỚI MÔI TRƯỜNG

– CẤU TRÚC KỸ THUÂêT MẠNH VÀ ỔN ĐỊNH.

49

PHẠM VI ỨNG DỤNG

• TỰ ĐÔêNG HÓA MÁY MÓC

• KỸ THUÂêT CÔNG CHÁNH

• NHÁ MÁY ĐIÊêN

• SẢN XUẤT CÔNG NGHIÊêP

• ĐỊNH DẠNG KIM LOẠI

• KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG

• CÔNG NGHIÊêP GIẤY

• SẢN XUẤT VALVE

• CÔNG NGHIÊêP XE HƠI

50

PHÂN LOẠI LVDT:

• THEO NGUỒN CUNG CẤP

– HOẠT ĐÔêNG VỚI NGUỒN DC

• LẮP ĐĂêT DỄ DÀNG

• DỮ LIÊêU ĐƠN GIẢN

• HOẠT ĐÔêNG VỚI PIN KHÔ

• GIÁ THÀNH THẤP.

– HOẠT ĐÔêNG VỚI NGUỒN AC

• KÍCH THƯỚC NHỎ HƠN LOẠI DC

• CHÍNH XÁC HƠN LOẠI DC

• HOẠT ĐÔêNG TỐT TẠI MÔI TRƯỜNG NHIÊêT ĐÔê CAO

51

• PHÂN LOẠI THEO PHẦN ỨNG:

– PHẦN ỨNG KHÔNG ĐỊNH HƯỚNG

• PHẦN ỨNG LẮP KHÍT TRONG ỐNG TRỤ.

• PHẦN THÂN LVDT VÀ PHẦN ỨNG ĐƯỢC LIÊN KẾT ĐÔêC LÂêP

NHAU.

• SỰ DI CHUYỂN KHÔNG MA SÁT

• THUÂêN LỢI

– ỨNG DỤNG TỐC ĐÔê CAO DẢY THÔNG SỐ LÀM VIÊêC HẸP.

– CHU KỲ CAO.

– PHẦN ỨNG CÓ PHẦN TỬ ĐỊNH HƯỚNG

• DI CHUYỂN, ĐỊNH HƯỚNG BẰNG BẠC ĐẠN CÓ MA SÁT THẤP

• THUÂêN LỢI

– PHẠM VI LÀM VIÊêC RÔêNG – ƯU THẾ TRONG CÁC BÀI TOÁN THẲNG HÀNG.

– PHẦN ỨNG LIÊN KẾT LÒ XO ĐÀN HỒI.

• DI CHUYỂN , ĐỊNH HƯỚNG BẰNG BẠC ĐẠN CÓ MA SÁT THẤP

• LÒ XO ĐẤY PHẦN ỨNG ĐẾN VỊ TRÍ TỐI ĐA

– DUY TRÌ TIẾP XÚC TIN CÂêY VỚI CỐ THỂ CẦN ĐO.

• THUÂêN LỢI:

– CÁC ỨNG DỤNG CÓ SƯ DI CHUYỂN CHÂêM 52

HÌNH DẠNG

CÁC LOẠI LVDT

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ:

HÌNH DẠNG THỰC SỰ

53

CẤU TẠO CỦA LVDT

Signal conditioning circuitry

Primary coil

Secondary coil

Secondary coil Bore shaft

Ferrous core

Epoxy encapsulation

Stainless steel end caps

High density glass filled coil forms

Magnetic shielding

54

CẤU TẠO CỦA LVDT

55

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐÔêNG

• CẢM ỨNG ĐIÊêN TƯ

• CẢM ỨNG ĐIÊêN TƯ

– CUÔêN SƠ CẤP ( MÀU ĐỎ ) ĐƯỢC NỐI ĐẾN NGUỒN

– CÁC CUÔêN THỨ CẤP (MÀU XANH ) ĐƯỢC ĐẤU SONG SONG

NHƯNG NGƯỢC CỰC TÍNH

– TƯ TRƯỜNG TẠO BỞI CUÔêN SƠ CẤP ( MÀU ĐEN ) CẢM ỨNG CÁC BÔê DÂY THỨ CẤP.

– LỎI SẮT TƯ ( MÀU NÂU ) TÂêP TRUNG ĐƯỜNG SỨC TƯ TRƯỜNG

57

– TẠI VỊ TRÍ CÂêN BẰNG (VỊ TRÍ NULL), TƯ TRƯỜNG SINH RA CÁC SỨC ĐIÊêN ĐÔêNG

BẰNG NHAU TRONG CÁC BÔê DÂY THỨ CẤP.

– KHI DI CHUYỂN LỎI, TƯ THÔNG MÓC VVÒNG QUA CÁC BÔê DÂY THỨ CẤP KHÁC

NHAU NÊN SỨC ĐIÊêN ĐÔêNG CẢM ỨNG TRONG CÁC BÔê DÂY THỨ CẤP KHÔNG BẰNG NHAU.

– SỰ THAY ĐÔê SỨC ĐIÊêN ĐÔêNG CẢM ỨNG TỈ LÊê TUYẾN TÍNH VỚI ĐÔê DỊCH

CHUYỂN CỦA LỎI.

58

Null position

Displaced

61

MẠCH PHỤC CHẾ ÁP NGÕ RA CỦA LVDT

62

IC CHUYÊN DÙNG AD598

PHỤC CHẾ ÁP NGÕ RA LVDT

65

SƠ ĐỒ KHỐI NGUYÊN LÝ CỦA IC CHUYÊN DÙNG AD598

66

BƯỚC 1:

Xác định băng thông cơ học (mechanical bandwidth) cần cho

hêê thống phụ đo vị trí dùng LVDT Băng thông cơ học của hêê thống phụ

được ký hiêêu là f SUB

CHÚ Ý: băng thông cơ học của lực hồi tiếp biểu diễn bằng tần số của lực hay momen được làm tươi trở lại Không nên nhầm lẫn băng thông cơ học với băng thông điều khiển (control bandwidth) Băng thông điều khiển biểu diễn tần số điều khiển câ âp nhâ ât được nhâ ân bởi các phần tử tác đô âng

EXC SUB

f BƯỚC 4: =10 f•

• Xác định tổng áp thứ cấp của LVDT

kỹ thuâêt

dây thứ cấp bằng nhau

BƯỚC 5:

Với LVDT được cấp áp sơ cấp bằng đúng định mức, chỉnh vị trí lỏi đến các vị trí biên của hêê thống cơ khí và đo áp hiêêu dụng trên ngõ ra Xác định tỉ số biến đổi áp VTR (Voltage Transfer Ratio) của LVDT

BƯỚC 6:

đồ thị trình bày trong hình sau để xác định giá trị điêên trở R1

69

EXC SUB

f Đồ thị xác định giá trị R1 theo áp hiêêu dụng cấp vào sơ cấp LVDT=10 f•

70

dung C2; C3 và C4 là hàm số theo băng thông

EXC SUB

f =BƯỚC 9: 10 f•

Muốn tính giá trị điêên trở R2 để chỉnh đăêt đôê lợi (hay hêê số khuếch đại) cho toàn dảy thang đo, cần biết các thông số sau của LVDT

• Đôê nhâêy S của LVDT

• Phạm vi xê dịch toàn dảy đo d của lỏi

Trong đó các đơn vị đo:

[ ] [S = mV / V / mil] [ ]R 2 = Ω[ ]k V OUT= [ V EXC] = [ ]V [ ] [d = inch]

EXC SUB

73

EXC SUB

f BƯỚC 10: =10 f•

R3 và R4 cho phép điều

chỉnh các mức áp offset âm

hợp không cần hiêêu

chỉnh, vị trí của R3 và R4

được để trống, hở mạch.

• Điêên trở R3 dùng điều

đăêc tuyến áp ngõ ra theo đôê

dịch chuyển d của lỏi Trong

trường hợp này vị trí R4

được để trống

• Điêên trở R4 dùng điều

chỉnh mức áp offset âm của

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ RVDT

75

Đo đường kính ngoài

77

Đo đôê song song

78

Áp dung LVDT đo áp suất trong máy tạo chân không

79

Đo đôê dầy

Đo đôê côn