Thế nào là cảm biến và chuyển đổi

Thường thì chúng khác nhau,nhưng giữa chúng có mối quan hệ với nhau. Chuyển đổi là phần dùng cùng với cảm biến để biến đổi đại lượng vật lý thành dạng sử dụng thích hợp ( Ví dụ điện thế )

1.THẾ NÀO LÀ CẢM BIẾN VÀ CHUYỂN ĐỔI

Cảm biến là gì ?

Chuyển đổi là gì ?

Chúng quan hệ như thế nào?

1.THẾ NÀO LÀ CẢM BIẾN VÀ CHUYỂN ĐỔI

-Chuyển đổi ( transducer) là bộ phận biến đổi năng lượng vào thành năng

lượng ra,thường thì chúng khác nhau,nhưng giữa chúng có mối quan hệ với

nhau Chuyển đổi là phần dùng cùng với cảm biến để biến đổi đại lượng vật

lý thành dạng sử dụng thích hợp (Ví dụ điện thế )

“

ý ạ g ụ g ợp ( ụ ệ )

-Chuyển đổi được dùng cùng với cảm biến để biến đổi các biến vật lí thành

dạng phù hợp hơn

- Cảm biến (Sensor) là device để phát hiện các đại lượng vật lý là tập hợp

con của chuyển đổi, và được định nghĩa như sau cảm biến là chuyển đổi để

nhận tín hiệu vào hoặc sự kích thích và các đáp ứng là tín hiệu điện có

quan hệ đã biết với tín hiệu vào

Hoặc cũng có định nghĩa khác là biến đổi thông số vật lý thành tín hiệu điện

ở đầu ra ( ví dụ chuyển đổi microphone)

-Chuyển đổi: bao gồm cảm biến và cơ cấu chấp hành, cảm biến là tín hiệu

vào của chuyển đổi, còn cơ cấu chấp hành là tín hiệu ra của chuyển đổi.

- Cơ cấu chấp hành (Actuator) Biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ở dạng

Chuyển đổi (Transducer) là phần

tử đầu tiên để nhận sự biến thiên của đại lượng đo

Biến đổi thông tin

1.THẾ NÀO LÀ CẢM BIẾN VÀ CHUYỂN ĐỔI

Phần tử cảm nhận đầu tiên

Biến đổi thông tin

Thành dạng tín hiệu phù hợp Quá trình vật lý

Truyền dữ liệu

Thể hiện kết quả Người quan sát

Các cảm biến được phân loại theo những nguyên tắc sau

ƒ Yêu cầu của nguôn năng lượng cung cấp

- Bị động và chủ động

ƒ Dạng của tín hiệu ra

2.PHÂN LOẠI CẢM BIẾN

Dạng của tín hiệu ra

- Số và tương tự

ƒ Mode hoạt động của việc đo

- Lệch (Deflection) và Không (null )

ƒ Quan hệ động học giữa tín hiệu vào/ tín hiệu ra

- Bậc không, bậc 1, bậc 2, v.v

2.PHÂN LOẠI CẢM BIẾN

¾Chuyển đổi bị động: tạo ra tín hiệu điện trực tiếp để

đáp ứng các tác động từ bên ngoài mà không yêu cầu

cung cấp năng lượng từ bên ngoài nhưng năng lượng

a/ PHÂN LOẠI THEO NGUỒN NĂNG LƯỢNG CUNG CẤP

cung cấp năng lượng từ bên ngoài, nhưng năng lượng

bắt nguồn từ viện đo

¾ Có thể bị bóp méo ( distort) đại lượng đo

¾ Đơn giản trong thiết kế

¾Tin cậy

¾Giá thành thấpp

¾Ví dụ: cảm biến cặp nhiệt điện, cảm biến áp điện

13

2.PHÂN LOẠI CẢM BIẾN

a/ PHÂN LOẠI THEO NGUỒN NĂNG LƯỢNG CUNG CẤP

Chuyển đổi chủ động: Là chuyển đổi yêu

cầu năng lượng từ bên ngoài Ví dụ cảm biến

Strain gauges, cảm biến laser

b/DẠNG RA CỦA TÍN HIỆU

ƒ Các cảm biến dạng tương tự

¾ Cung cấp tín hiệu liên tục ( độ lớn theo thời gian hoặc không gian)

¾ Hầu hết các đại lượng vật lý là ở dạng tương tự

2.PHÂN LOẠI CẢM BIẾN

¾ Hầu hết các đại lượng vật lý là ở dạng tương tự

¾ Số các cảm biến có tín hiệu ra ở dạng tương tự nhiều hơn dạng tín

hiệu ra ở dạng số

¾ Bộ biến đổi A/D là cần thiết để nối với CPU

¾ Ví dụ : Microphone, analog infrared distance sensor, analog compass,

barometer sensor

b/DẠNG RA CỦA TÍN HIỆU

ƒ Các cảm biến dạng số

¾ Tín hiệu ra của nó ở dạng bước rời rạc hoặc ở dạng trạng thái

2.PHÂN LOẠI CẢM BIẾN

¾ Các tín hiệu dạng số có khả năng lặp lại nhiều, tin cậy và dễ dàng truyền

Ví dụ: các encoder đếm số vòng quay của các trục, các công tắc tiếp xúc

¾Digital transducer is any measuring device that produces a digital

output

b/DẠNG RA CỦA TÍN HIỆU

Các cảm biến dạng số

output

¾In analog sensors (transducers) both sensing and transducer stages

are analog But since physical systems are typically continuous time

systems, the sensing stage of a digital measuring device is analog

¾The transducer stage generates the discrete output signal such as

pulse trains or encoded data

¾Digital transducers do not introduce quantization error

¾When the output is a pulse signal, a counter is used to count thep p g

pulses or to count the clock cycles over the pulse duration

¾The count is represented as a digital word according to some code

- Binary, BCD (Binary Coded Decimal), ASCII

¾The output of the transducer may be available in a coded form

c/ Mode LÀM VIỆC

ƒ Mode Lệch (Deflection mode)

- cảm biến hoặc dụng cụ sẽ tạo ra sự đáp ứng với độ lệch hoặc dao độnfg do tình

trạng ban đầu của dụng cụ

2.PHÂN LOẠI CẢM BIẾN

trạng ban đầu của dụng cụ

-Độ lệch tỉ lệ với đại lượng cần đo

c/ Mode LÀM VIỆC

ƒ Mode không (Null mode)

- Cảm biến hoặc dụng cụ sử dụng ảnh hưởng của hệ thống đo để tác động ngược

lại với đại lượng đo

-Ảnh hưởng của hệ thống đo và đại lượng cần đo được cân bằng ( thông thường là

2.PHÂN LOẠI CẢM BIẾN

qua hệ thống phản hồi)

- Đối với phương pháp này dụng cụ có độ chính xác rất cao nhưng không nhanh

d/ THEO THÔNG SỐ ĐO

ƒ Đo dịch chuyển

- CẢm biến điện trở

Cả biế điệ d

2.PHÂN LOẠI CẢM BIẾN

- Cảm biến điện dung

- Cảm biến điện cảm….

ƒ Đo lực và gia tốc

- Strain gauges

- Cảm biến dạng dầm……

ƒ Đo nhiệt độ

e/THEO NGUYÊN LÝ

2.PHÂN LOẠI CẢM BIẾN

2.PHÂN LOẠI CẢM BIẾN

g/ Theo quan hệ với thời gian

Tĩnh – Không thay đổi theo thời gian

Động: Thay đổi theo thời gian

Ổn định theo chu kỳ

Không lặp lại hoặc tạm thời

rời rạc (xung)

Liên tục (ngẫu nhiên)

CÁC DẠNG TÍN HIỆU

Tín hiệu

t ầ hò Time

tuần hòan liên tục

Tí hiệ t ầ

Tín hiệu tuần hoàn rời rạc

Tín hiệu liên

CÁC DẠNG TÍN HIỆU

theo chu kỳ

Tín hiệu ngẫu nhiên liên tục

CÁC DẠNG TÍN HIỆU

ụ

Tín hiệu ngẫu

Chú ý loại này tương tự tức thời rời rạc nhưng đặc tính của chúng là khác nhau

VIỆC LỰA CHỌN CẢM BIẾN

Khi lựa chọn cảm biến thường dựa vào những yếu tố sau:

Phạm vi làm việc

Chuyển đổi cần phải có phài có phạm vi yêu cầu nằm trong

hé i h hé ủ ó à ó độ hâ iải tốt

phép vi cho phép của nó và có độ phân giải tốt

Độ nhậy

Chuyển đổi cần phải có đủ độ nhậy để để cho phép tín hiệu ra

có hiệu quả

Tần số đáp ứng và resonant frequency

Is the transducer flat over the needed range? Will the

resonant frequency be excited?

resonant frequency be excited?

Môi trường làm việc

Nhiệt độ, chất lỏng ăn mòn, áp suất, rung động, và sự tiếp xúc

của nó với đối tượng, kích thước … ?

Độ nhậy tối thiểu

Chuyển đổi phải có độ nhậy tối thiểu để có thể nhậy với các

kích thích ( tác nhân ) đo

Độ chính xác

VIỆC LỰA CHỌN CẢM BIẾN

ộ

Chuyển đổi có thể có sai số về độ lặp lại và sai số hiệu

chỉnh cũng như các sai số khác nhậy với các kích thích đo

Usage & ruggedness

The ruggedness both of mechanical and electrical intensities

of the transducer versus its size and weight must be

considered Who will be installing and using the transducer?

19

Electrical

What length and type of cable is required? What are the

signal-to-noise rations when combined with amplifiers and

frequency-response limitations?