Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi viÖn ®µo t¹o vµ båi dìng sau ®¹i häc viÖn vËt lý kü thuËt *** B¸o c¸o m«n C¶m biÕn trong kü thuËt ph©n tÝch vµ ®o lêng vËt lý Thµy híng dÉn TS §Æng §øc Vîng Häc viª[.]
Trang 1việnưđàoưtạoưvàưbồiưdưỡngưsauưđạiưhọc
việnưvậtưlýưkỹưthuật.
***
Báo cáo môn:
Cảmưbiếnưtrongưkỹưthuậtưphânưtíchưvàưđoưlườngư
vậtưlý.
Thầy h ớng dẫn : TS Đặng Đức V ợng.
Học viên cao học : Vũ Đình Ph ớc.
Lớp cao học khoá : 2006 : 2006 – 2008 – 2008. 2008 2008.
Ngành : Vật Lý Kỹ Thuật.
Hà nội – 2008. 2008.
Hà nội – 2008. 2008.
Trang 2§Ò tµi:
C¶m biÕn tiÕp cËn.
Trang 3Nội dung báo cáo:
I/ Cảm biến tiếp cận
II/ Cảm biến tiếp cận điện cảm
III/ Cảm biến tiếp cận điện dung
IV/ Cảm biến tiếp cận quang học
1/ Cảm biến đặt đối diện với nguồn phát.
2/ Cảm biến đặt cùng phía với nguồn phát quang.
3/ Phát hiện đối t ợng nhờ tia phản xạ sử dụng bộ lọc phân cực 4/ Phát hiện gần nhờ ánh sáng phản chiếu khuếch tán.
Trang 4I/ Cảm biến tiếp cận.
Cảm biến tiếp cận đ ợc sử dụng để phát hiện sự có mặt hoặc không có mặt của đối t ợng bằng kỹ thuật cảm biến không có tiếp xúc cơ học.
Các cảm biến tiếp cận sử dụng nguyên lý thay đổi điện cảm hoặc điện dung của phần tử mạch điện khi có mặt hoặc không
có mặt đối t ợng.
Loại cảm biến này không đòi hỏi tiếp xúc cơ học nh ng tầm hoạt động lại hạn chế với khoảng cách tối đa 100mm Kỹ
thuật cảm biến tiếp cận dựa trên nguyên lý quang học có tầm hoạt động lớn và đ ợc dùng rộng rãi hơn.
Trang 5II/ Cảm biến tiếp cận điện cảm .
Bộ cảm biến tiếp cận điện cảm gồm có
bốn khối chính:
* Cuộn dây và lõi ferit.
* Mạch dao động.
* Mạch phát hiện.
* Mạch đầu ra.
Mạch dao động phát dao động điện từ
tần số rađiô Từ tr ờng biến thiên tập
trung từ lõi sắt sẽ móc vòng với đối t ợng
kim loại đặt đối diện với nó Khi đối t ợng
lại gần sẽ có dòng điện Foucault cảm ứng
trên mặt đối t ợng tạo nên một tải làm
giảm biên độ tín hiệu dao động Mạch bị
phát hiện sẽ ở vị trí ON phát tín hiệu làm
mạch ra ở vị trí ON Khi mục tiêu rời khỏi
tr ờng của bộ cảm biến biên độ mạch dao
động tăng lên trên giá trị ng ỡng và bộ
phát hiện trở về vị trí OFF là vị trí bình th ờng.
Trang 6Hiệu biên độ tác động và không tác động của bộ dao động t ơng ứng với sự trễ từ tr ờng của cảm biến, nó t ơng ứng với điểm phát hiện và điểm nhả của cảm biến đối diện với bề mặt của đối t ợng.
Phạm vi của cảm biến tiếp cận điện cảm liên quan đến khoảng cách giữa bề mặt cảm biến và đối t ợng Hình dáng của lõi và dây quấn cũng có ảnh h ởng đến phạm vi hoạt
động.
Những yếu tố có ảnh h ởng đến phạm vi hoạt động của cảm biến:
- Kích th ớc và hình dáng lõi, cuộn dây, vật liệu lõi.
- Vật liệu và kích th ớc đối t ợng.
- Điều kiện từ tr ờng xung quanh.
- Nhiệt độ môi tr ờng.
Trang 7Hình vẽ d ới đây là biểu diễn dòng điện cảm ứng trong đối t ợng kim loại và lõi của cảm biến tiếp cận điện cảm
Trang 8
Cảm biến tiếp cận tiêu chuẩn
th ờng có vỏ bọc, với tr ờng hợp
này lõi ferit tạo nên từ tr ờng
thẳng với bề mặt cảm biến
Hình vẽ (a) là mặt cắt bộ cảm
biến tiêu chuẩn, hình (b) là
phạm vi của bộ cảm biến tiêu
chuẩn
: khoảng cách cảm nhận
định mức
n
S
Trang 9Hình vẽ d ới cho ta thấy sai số cho phép
khoảng cách cảm nhận :
: Khoảng cách cảm nhận định mức.
: Khoảng cách cảm nhận hiệu quả.
: Khoảng cách không cảm nhận.
n S
r
S
u
S
Cảm biến có phạm vi mở rộng
Quan hệ giữa kích th ớc vật liệu với khoảng cách
Trang 10III/ Cảm biến tiếp cận điện dung.
Cảm biến tiếp cận điện dung hoạt động theo nguyên lý khi có mặt của đối t ợng sẽ làm thay đổi điện dung C của các bản cực.
Cảm biến tiếp cận điện dung cũng có bốn bộ phận chính:
- Cảm biến (các bản cực cách điện).
- Mạch dao động.
- Bộ phát hiện.
- Mạch đầu ra.
Ưu điểm: của cảm biến điện dung là không đòi hỏi đối t ợng phải là kim loại
Đối t ợng phát hiện có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim loại, thuỷ tinh, Tốc
độ chuyển mạch t ơng đối nhanh, có thể phát hiện các đối t ợng kích th ớc nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn.
Nh ợc điểm: Cảm biến điện dung chịu ảnh h ởng của độ ẩm và bụi.
Trang 11* Mét sè øng dông cña c¸c bé c¶m biÕn tiÕp cËn ®iÖn c¶m vµ ®iÖn dung.
Trang 12IV/ Cảm biến tiếp cận quang học.
nguồn sáng và cảm biến quang Đối t ợng cần phát hiện sẽ cắt chùm tia sáng làm cảm biến tác động Sau đây ta đi nghiên cứu một số cách bố trí cảm biến và nguồn phát
1/ Cảm biến đặt đối diện với nguồn phát.
Trang 13
* Ưu điểm của cách bố trí này là:
- Cự ly cảm nhận xa
- Có khả năng thu đ ợc tín hiệu mạnh
- Tỷ số độ t ơng phản sáng, tối lớn nhất
- Đối t ợng phát hiện có thể lặp lại
* Hạn chế của cách này:
- Đòi hỏi dây nối qua vùng phát hiện giữa nguồn sáng và cảm biến
- Khó chỉnh thẳng hàng giữa nguồn sáng và cảm biến
- Nếu đối t ợng có kích th ớc nhỏ hơn đ ờng kính hiệu dụng của chùm tia phải cần có thấu kính để thu hẹp chùm tia
Trang 142/ Cảm biến đặt cùng phía với nguồn phát quang.
ánh sáng đập vào mặt phản xạ trở về cảm biến
* Ưu điểm:
Không cần dây nối qua khu vực cảm nhận
* Nh ợc điểm:
Nếu nguồn sáng khác chiếu vào mặt phản xạ có thể gây tác động sai
Trang 153/ Phát hiện đối t ợng nhờ tia phản xạ sử dụng bộ lọc phân cực.
Đặt bộ lọc phân cực giữa nguồn sáng và g ơng phản xạ sao cho cảm biến chỉ nhận đ ợc tia trở về từ g ơng phản xạ.
* Ưu điểm:
nguồn sáng ngoài chiếu vào g ơng
phản xạ
* Nh ợc điểm:
-Cự ly tác động giảm do tổn thất của bộ lọc tín hiệu
-Cảm biến không làm việc nếu vật phản chiếu có thuỷ tinh
Trang 164/ Phát hiện gần nhờ ánh sáng phản chiếu khuếch tán.
Nguồn sáng và bộ cảm biến đặt cùng phía, nh ng ở
đây đối t ợng đóng vai trò g ơng phản chiếu
Bộ cảm biến tiếp cận có thể tụ
tiêu đ ợc, vì vậy có thể phát
hiện đ ợc các mục tiêu có kích
th ớc nhỏ, các lỗ, khe hẹp,
( Hình bên)
Trang 17* Ưu điểm của ph ơng pháp này là:
- Lắp đặt và chỉnh định đơn giản
- Chỉ cần nối dây một phía vùng cảm nhận
- Có thể phát hiện với độ phản chiếu khác nhau
* Hạn chế:
- Vùng cảm nhận bị hạn chế
- Độ t ơng phản sáng/tối và khoảng cách cảm nhận phụ thuộc vào
độ phản chiếu của bề mặt đối t ợng
Trang 18Bài trình bầy của em đến đây là kết thúc.
Em xin chân thành cảm ơn!