tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bộ tự động hóa, điện tử, cơ điện tử, cơ khí chế tạo máy, lập trình nhúng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ
Trang 1Chương Cảm biến đo vận tốc, gia tốc và rung
1 Cảm biến đo vận tốc
2 Cảm biến đo gia tốc
3 Cảm biến đo rung
Trang 21 Cảm biến đo vận tốc
a) Giới thiệu
Vận tốc (tuyến tính/dài):
Thể hiện mức độ thay đổi vị trí của đối tượng
Là một đại lượng vectơ: có hướng và độ lớn
• Hướng chỉ hướng di chuyển của vật
• Độ lớn (tốc độ) xác định mức độ nhanh của đối tượng
di chuyển
Đơn vị đo: chiều dài/thời gian (km/h, m/s, …)
Vận tốc góc:
Thể hiện mức độ thay đổi vị trí góc của đối tượng
Là đại lượng vectơ
Đơn vị đo: góc quay/thời gian (vòng/phút, rad/s)
Trang 31 Cảm biến đo vận tốc
b) Đo vận tốc tuyến tính
Nguyên lý đo
Dựa vào cảm ứng điện từ
Dựa vào sai lệch dịch chuyển
Dựa vào dịch chuyển Doppler
Chuyển từ vận tốc tuyến tính sang vận tốc góc
Trang 41 Cảm biến đo vận tốc
b) Đo vận tốc tuyến tính
Cảm biến vận tốc điện từ
Khi cuộn dây di chuyển hoặc
nam châm di chuyển thì từ
trường biến thiên trong cuộn
dây và sinh ra một hiệu điện
Trang 51 Cảm biến đo vận tốc
b) Đo vận tốc tuyến tính
Dựa vào sai lệch dịch chuyển
Trang 9Tachometer
Trang 101 Cảm biến đo vận tốc
c) Đo vận tốc góc
Tốc độ kế xung
Từ trở biến thiên
1 ) Đĩa quay (bánh răng)
2 ) Cuộn dây 3) Nam châm vĩnh cửu
Cấu tạo:
- Đĩa quay
- Cuộn dây có lõi sắt từ
- Nam châm vĩnh cửu
- Đĩa quay
Hoạt động:
Khi đĩa quay → khe hở δ biến thiên
→ từ trở mạch từ biến thiên → Φ qua cuộn dây biến thiên → trong cuộn dây xuất hiện s.đ.đ cảm ứng (e) có tần số (f) tỉ lệ với tốc độ quay (n): f=n.p (p: số răng trên đĩa)
Biên độ E phụ thuộc hai yếu tố:
- Khoảng cách giữa cuộn dây và đĩa quay: khoảng cách càng lớn E càng nhỏ.
- Tốc độ quay: Tốc độ quay càng lớn, E càng lớn.
Trang 111 Cảm biến đo vận tốc
c) Đo vận tốc góc
Tốc độ kế xung
Quang
1) Nguồn sáng 2) Thấu kính hội tụ
3) Đĩa quay 4) Đầu thu quang
- Nguồn sáng là một diot phát quang
- Đĩa quay: đặt giữa nguồn sáng và đầu thu, có các lỗ bố trí cách đều trên một vòng tròn
- Đầu thu là một photodiode hoặc phototranzitor.
Hoạt động
- Khi đĩa quay, đầu thu chỉ chuyển mạch khi nguồn sáng, lỗ, nguồn phát sáng thẳng hàng
- Đầu thu quang nhận được một thông lượng ánh sáng thay đổi và phát tín hiệu
có tần số tỉ lệ với tốc độ quay nhưng biên độ không phụ thuộc tốc độ quay
Trang 121 Cảm biến đo vận tốc
c) Đo vận tốc góc
Tốc độ kế xung
Encoder là gì?
Trang 132 Cảm biến đo gia tốc
Phương pháp đo:
Gia tốc nhỏ có dao động trong tầm tần số thấp (f = 0 ÷
~20 Hz): dùng cảm biến đo dịch chuyển và cảm biến
đo biến dạng.
Gia tốc rung (tần số vài trăm Hz): dùng cảm biến từ trở biến thiên, cảm biến đo biến dạng (kim loại hoặc
áp điện trở).
Gia tốc rung ( tần số trung bình và tương đối cao:
~10kHz): dùng gia tốc kế áp trở hoặc áp điện.
Gia tốc khi va đập, gia tốc tốc có dạng xung: dùng cảm biến gia tốc có dải thông rộng về cả hai phía tần số
thấp và cao.
Trang 142 Cảm biến đo gia tốc
Gia tốc kế áp trở (Piezoresistive Acceleration) Gia tốc kế áp điện (Piezoelectric Acceleration)
Trang 15Các tinh thể áp điện có thể được cắt hay căng theo các cách:
Cắt
Uốn
Nén
2.1 Gia tốc kế áp điện
Trang 16PRELOAD STUD
PIEZOELECTRIC CRYSTAL(S)
-BUILT-IN ELECTRONICS
GROUND (-)
Dạng nén
Trang 17PRELOAD STUD INCREASES STIFFNESS OF ELEMENT CAUSING HIGH RESONANCE
STRAIN WAVES TRAVEL UNIMPEDED DIRECTLY
INTO CRYSTAL Dạng nén
Trang 19GROUND (-)
Dạng uốn
Trang 20+ + + + + + +
- - -
-PIEZOELECTRIC CRYSTAL
HAS NO PRELOAD RESULTING IN
A LOW RESONANCE
STRAIN WAVES ARE SHUNTED BY FULCRUM
TEMPERATURE CHANGES CAN ONLY REACH ELEMENT
BY RADIATION THERMAL
STRESS IS ALONG NON-SENSITIVE
AXIS
Dạng uốn
Trang 21+ + + + +
- - - -
-+ + + + +
- - - -
-GROUND (Case)
SIGNAL
MASS
BUILT-IN ELECTRONICS
Trang 22+ + + + +
- - - -
-+ + + + +
- - - -
-STRAIN WAVES ARE SHUNTED AT POST
THERMAL TRANSIENTS CAUSE STRESSES ALONG THE NONSENSITIVE
AXIS
Dạng cắt
Trang 232.2 Gia tốc kế áp trở
Cấu tạo:
Trang 243 Cảm biến đo rung
Rung động là hiện tượng thường gặp trong kỹ thuật, ảnh hưởng rất lớn đến tính năng làm việc, độ an toàn
và tuổi thọ của máy móc, thiết bị.
Độ rung được đặc trưng bởi độ dịch chuyển (z), tốc
độ (v) hoặc gia tốc (a) ở các điểm trên vật rung
⇒ Đo rung: đo một trong những đặc trưng trên.
⇒ Cảm biến đo rung: cảm biến đo dịch chuyển, cảm
biến đo tốc độ hoặc cảm biến đo gia tốc.