Giáo trình Kỹ thuật cảm biến cung cấp cho người học những kiến thức như: Đặc tính của cảm biến; Mạch xử lý ngõ ra cảm biến; Cảm biến nhiệt; Cảm biến quang; Cảm biến tiệm cận – Cảm biến đo khoảng cách; Cảm biến áp suất và khối lượng; Cảm biến độ ẩm và cảm biến từ; Cảm biến đo vận tốc vòng quay và góc quay. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình!
1 UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số:257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng năm 2017 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm i LỜI GIỚI THIỆU Để thực biên soạn giảng đào tạo nghề Điện tử công nghiệp, công nghệ kỹ thuật điện tử trình độ Cao Đẳng Nghề Trung Cấp Nghề, giảng “kỹ thuật cảm biến” mô đun đào tạo chuyên ngành biên soạn theo nội dung chương trình khung Trường Cao Đẳng Cộng Đồng Đồng Tháp phê duyệt năm 2017 Khi biên soạn, tác giả cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo Nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn liền nguyên lý sở với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao Nội dung giảng biên soạn với thời gian đào tạo ba tín gồm: tám Bài 1: Đặc tính cảm biến Bài 2: Mạch xử lý ngõ cảm biến Bài 3: Cảm biến nhiệt Bài 4: Cảm biến quang Bài 5: Cảm biến tiệm cận – Cảm biến đo khoảng cách Bài 6: Cảm biến áp suất khối lượng Bài 7: Cảm biến độ ẩm cảm biến từ Bài 8: Cảm biến đo vận tốc vòng quay góc quay Chân thành cảm ơn! Tất thành viên hội đồng thẩm định phản biện, đóng góp điều chỉnh nội dung GIÁO TRÌNH hồn chỉnh Mặc dù cố gắng biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, cô giáo, bạn đọc để gia hồn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Trường Cao đẳng cộng đồng Đồng Tháp, sở 1, số 2, Trần Phú, P.3, TP Sa Đéc, Đồng Tháp Sa đéc, ngày 10 tháng 10 năm 2017 Biên soạn Nguyễn Thành Nhơn i ii MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU i MỤC LỤC ii GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN v Bài Đặc tính cảm biến 1 Cảm biến nhiệt 1.1 Cặp nhiệt 1.2 Nhiệt điện trở (thermistors) 1.3 Cảm biến nhiệt bán dẫn (Tiếp giáp bán dẫn P-N) Cảm biến quang (photosensors) 2.1 LED (Light Emitting Diode) Phototransistors 2.2 Quang trở (CdS) Solar cells (pin mặt trời) Cảm biến vòng quay (Rotary sensors) 3.1 Bộ mã hóa vịng quay (rotary encoder) loại từ 3.2 Bộ mã hóa vịng quay loại quang Cảm biến rung (Vibration sensors) 4.1 Cảm biến siêu âm (ultrasonic sensors) 4.2 Cảm biến rung (Vibration sensors) 10 Cảm biến khí (Gas sensors) 11 Cảm biến độ ẩm (Humidity Sensors) 12 Cảm biến áp suât (Pressure Sensors) 12 Cảm biến trọng lượng (Weight sensors) 13 Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensors) 15 10 Cảm biến HALL (Hall Sensors) 18 11 Cảm biến công tắc 19 Bài Mạch xử lý ngõ cảm biến 22 Mạch thuật toán OP-AM 22 1.1 Mạch khuếch đại Op-Amp 22 1.2 Bù ngõ DC 22 ii iii 1.3 Khuếch đại vi sai (mạch trừ) 23 1.4 Mạch so sánh điện áp 23 1.5 Mạch lặp lại điện áp 23 Mạch cầu 24 Bộ chuyển đổi A/D D/A 24 3.1 Bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D) 24 3.2 Bộ chuyển đổi số sang tương tự (D/A) 25 Bài cảm biến nhiệt 27 Thực hành cảm biến nhiệt trở RTD 27 1.1 Thực nghiệm với cảm biến nhiệt Pt 100 27 1.2 Thực nghiệm với cảm biến nhiệt điện trở NTC 29 1.3 Thực nghiệm với cảm biến nhiệt điện trở PTC (positive temperature coefficient) 30 Thực hành cảm biến cặp nhiệt (TC) 30 Thực hành cảm biến nhiệt độ với vật liệu silic 32 Cài đặt điều khiển nhiệt độ 35 Bài cảm biến quang 45 Cảm biến quang 45 Thực hành cảm biến quang 51 Một số ứng dụng cảm biến quang điện 54 Cài đặt cảm biến quang 55 Bài cảm biến tiệm cận – Cảm biến đo khoảng cách 59 Cảm biến tiệm cận điện cảm: 59 Cảm biến tiệm cận điện dung 62 Các thực hành ứng dụng loại cảm biến tiệm cận 63 3.1 Thực hành với cảm biến tiệm cận điện cảm 63 3.2 Thực hành với cảm biến tiệm cận điện dung 64 3.3 Thực hành với cảm biến siêu âm 65 Bài Cảm Biến Áp Suất Và Cảm Biến Khối Lượng 68 Cảm biến áp suất 68 iii iv Cảm biến khối lượng: 69 Bài Cảm biến độ ẩm cảm biến từ 80 Cảm biến độ ẩm 80 cảm biến từ 82 Bài Cảm biến đo vận tốc vịng quay góc quay 85 Đo tốc độ vòng quay xác định hướng 85 Xác định vị trí góc số vịng quay phút (RPM) 86 Tài liệu cần tham khảo 92 iv v GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN TÊN MƠ ĐUN: KỸ THUẬT CẢM BIẾN Mã mơ đun: MĐ17 Vị trí, tính chất mơ đun: - Vị trí: Mơ đun bố trí dạy sau học xong mơn học, mô đun như: Mạch điện tử, điện tử bản, đo lường điện - điện tử - Tính chất: Là mô đun chuyên môn, rèn luyện cho người họ: phân tích, lắp kết nối mạch điện ứng dụng cảm biến theo yêu cầu kỹ thuật Mục tiêu mô đun: Kiến thức: + Phân tích, giải thích cấu tạo, nguyên lý hoạt động cảm biến thông dụng lĩnh vực: điện tử, kỹ thuật điện tử, điện cơng nghiệp + Phân tích, giải thích ngun lý mạch điện cảm biến điều khiển cho cảm biến + Phân tích, giải thích thơng số kỹ thuật cho loại cảm biến - Kỹ + Lắp, đấu nối đo thông số đặc trưng cảm biến lĩnh vực: điện tử, kỹ thuật điện tử, điện công nghiệp + Cài đặt thông số đặc trưng cho cảm biến lĩnh vực: điện tử, kỹ thuật điện tử, điện công nghiệp - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính an tồn, tỷ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc, thẩm mỹ, vệ sinh cơng nghiệp, hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính xác khoa học tác phong công nghiệp Nội dung mô đun: Thời gian (giờ) Số TT Tên mô đun Bài 1: Đặc tính cảm biến Khái niện chung Đặc tính cảm biến v Tổng số Lý thuyết Thực hành, Kiểm tra thí nghiệm, (thường thảo luận, xuyên, tập định kỳ) vi Bài 2: Mạch xử lý ngõ cảm biến 2 23 20 Mạch khuếch đại Mạch cầu Mach đóng ngắt Chuyển đổi A/D D/A Bài 3: Cảm biến nhiệt Thực hành cảm biến nhiệt trở RTD Thực hành cảm biến cặp nhiệt (TC) Thực hành cảm biến nhiệt độ với vật liệu silic Cài đặt điều khiển nhiệt độ Bài thực hành ứng dụng loại cảm biến nhiệt độ điều khiển đóng ngắt tải Kiểm tra Bài 4: Cảm biến quang 1 Cảm biến quang dẫn Thực hành cảm biến quang Cài đặt cảm biến quang Một số ứng dụng cảm biến quang điện Bài 5: Cảm biến tiệm cận – Cảm biến đo khoảng cách Cảm biến tiệm cận điện cảm Cảm biến tiệm cận điện dung Cảm biến đo khoảng cách Cài đặt cảm biến quang Các thực hành ứng dụng loại cảm biến tiệm cận Kiểm tra Bài 6: Cảm biến áp suất khối vi 1 vii lượng Cảm biến áp suất Cảm biến khối lượng 3.Thực hành cảm biến áp suất khối lương Kiểm tra Bài 7: Cảm biến độ ẩm cảm biến từ 1 Cảm biến độ ẩm Cảm biến từ (Hall) Thực hành cảm biến độ ẩm từ Kiểm tra Bài 8: Cảm biến đo vận tốc vịng quay góc quay 1 Đo tốc độ vòng quay xác định hướng Xác định vị trí góc số vòng quay phút (RPM) Thực hành cảm b iến đo vận tốc vịng quay góc quay Thi/ kết thúc môn 75 vii 15 56 Bài ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN Mã bài: MĐ 15-1 Giới thiệu Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng khơng có tính chất điện cần đo thành đại lượng điện đo xử lý Các đại lượng cần đo (m) thường khơng có tính chất điện nhiệt độ, áp suất, … tác động lên cảm biến cho ta đặc trưng (s) mang tính chất điện điện áp, điện tích, dịng điện trở kháng chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng đo Đặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo (m): s = f(m) (1) Người ta gọi (s) đại lượng đầu phản ứng cảm biến, (m) đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc đại lượng cần đo) Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị (m) Các đặc trưng cảm biến: - Độ nhạy cảm biến - Sai số độ xác - Độ nhanh thời gian hồi đáp Một số loại cảm biến sử dụng công nghiệp: Cảm biến nhiệt; cảm biến quang; Cảm biến quay; Cảm biến rung; Cảm biến khí gas; Cảm biến độ ẩm; Cảm biến áp suât; Cảm biến trọng lượng; Cảm biến tiệm cận; cảm biến HALL; Cảm biến công tắc, Mục tiêu: - Kiến thức: + Phân tích, giải thích đặc tính kỹ thuật cho loại cảm biến - Kỹ + Nhận dạng loại cảm biến công nghiệp + Xác định thông số đặc trưng cho cảm biến công nghiệp - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính an tồn, tỷ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc, thẩm mỹ, vệ sinh cơng nghiệp, hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính xác khoa học tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Cảm biến nhiệt 1.1 Cặp nhiệt < Cơ sở lý thuyết> Cặp nhiệt điện cặp dây dẫn không giống nối với hai điểm Khi nhiệt độ hai mối nối thay đổi giá trị điện áp thay đổi đươc tính theo đơn vị (mV), sức điện động sinh mối nối hiệu ứng nhiệt điện GT-KTCB-MĐ15 44 o Nối 24V (bộ nguồn) - chân COM2 ngõ Relay2 (module hiển thị nhiệt độ) o Nối NO2 ngõ Relay2 (module hiển thị nhiệt độ) - Chân + (khối quạt làm mát) o Nối 0V (bộ nguồn) - chân - (quạt làm mát) o Nối chân + ngõ Analog (module hiển thị nhiệt độ) - Chân + (khối công suất sợi đốt) o Nối chân - ngõ Analog (module hiển thị nhiệt độ) - Chân - (khối công suất sợi đốt) o Nối chân L (ngõ 220VAC nguồn) - chân L module hiển thị nhiệt độ chân L khối công suất sợi đốt o Nối chân N (ngõ 220VAC nguồn) - chân N module hiển thị nhiệt độ chân N khối công suất sợi đốt (ii) Bậc nguồn, cài đặt thông số PID-500 giá trị nhà sản xuất (iii) Cài đặt Cài đặt điều khiển nhiệt độ PID-500 cho Nhiệt độ ổn định 50oC, Sai số ± 1oC Ghi lại thông số cài đặt cài đặt GT-KTCB-MĐ15 45 Bài CẢM BIẾN QUANG Mã bài: MĐ 15-4 GIỚI THIỆU Cảm biến quang sử dụng để chuyển thơng tin từ ánh sáng nhìn thấy tia hồng ngoại (IR) tia tử ngoại (UV) thành tín hiệu điện Do sử dụng rộng rãi công nghiệp với nhiều ứng dụng khác Mục tiêu - Kiến thức: + Phân tích, giải thích cấu tạo, Nguyên lý cảm biến quang + Phân tích, giải thích nguyên lý mạch điện cảm biến quang điều khiển cho cảm biến quang + Phân tích, giải thích thơng số kỹ thuật cho loại cảm biến quang - Kỹ + Lắp, đấu nối đo thông số đặc trưng cảm biến quang + Cài đặt thông số đặc trưng cho cảm biến quang - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính an tồn, tỷ mỉ, cẩn thận, nghiêm túc, thẩm mỹ, vệ sinh cơng nghiệp, hình thành tư khoa học phát triển lực làm việc theo nhóm + Rèn luyện tính xác khoa học tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Trình bày sở lý thuyết thực hành lịnh kiện LED phát quang; transistor quang; CdS; phần tử cách ly quang (photocouplers); Bộ cảm biến quang (Cảm biến quang loại thu phát độc lập ; Cảm biến quang loại thu phát chung) số ứng dụng cảm biến quang thông dụng Cảm biến quang 1.1 LED cảm biến transistor quang < Cơ sở lý thuyết LED cảm biến transistor quang > (Xem mục LED cảm biến transistor quang) Thực nghiệm LED Transistor quang Mục đích: Nghiên cứu đặc tính cảm biến Transistor thu quang mạch chuyển đổi điện áp điện tử NỘI DUNG GT-KTCB-MĐ15 46 (a) Tran Khoảng cách (mm) (b) (c) Hình 4.1 Sơ đồ thực nghiệm Led Transistor quang (i) (ii) (iii) (iv) (v) Không cấp nguồn cho mạch, kết nối theo sơ đồ hình 4.1a Lắp LED Transistor Trên Rail điều chỉnh khoảng cách, hình 4.1b Khoảng cách đối tượng 5mm Cấp nguồn cho LED mức 3volt Đo độ dẫn cực thu (C) cực phát (E) Transistor quang Di chuyển dần cảm biến thu, lần 5mm Đo độ dẫn Transistor quang Vẽ đường biểu diễn liên hệ khoảng cách độ dẫn Điện mạch thực nghiệm GT-KTCB-MĐ15 47 Hình 4.2 (vi) Đặc tuyến độ dẫn điện khoảng cách mạch 1.8 Tăng điện áp cấp LED Volt, thực lại bước (iv) So sánh cường độ trường hợp, trường hợp tốt (1) Đối với khoảng cách cho trước tăng điện áp phân cực LED phát (2) Đối với điện áp phân cực LED cho trước giảm khoảng cách thu phát (vii) Kết nối theo sơ đồ hình 4.1c mắc volt kế ngõ Transistor quang (viii) Chỉnh điện áp phân cực LED phát 3V, hệ số khuếch đại op am =1 Mỗi lần tăng khoảng cách đầu thu phát 5mm, xác định điện áp ngõ Photosensor vẽ đường biểu diễn mối quan hệ Tìm tỷ lệ điện áp ngõ với khoảng cách Hình 4.3 Đặc tuyến V-mm Đặt khoảng cách nguồn phát thiết bị thu 10mm Dùng giấy tay che nguồn phát xem thay đổi điện áp ngõ Trong trường hợp ngõ thay đổi, giải thích sao? Thay đổi nguồn cấp cho LED phát 3Vp-p/100hz, điều chỉnh oscilloscope 100hz tín hiệu 3V đặt khoảng cách LED phát Transistor quang (AB) 5mm (hình 4.4) (ix) GT-KTCB-MĐ15 48 Osc Hình 4.4 (x) Mạch thực hành quang transistor Đo điện áp ngõ đỉnh – đỉnh osc đo điện áp ngõ với đồng hồ đa (VOM), với khoảng 5mm Vẽ đường biểu diễn kết đồ thị Hình 4.5 Đặc tuyến Volt – khoảng cách (xi) Thay đổi tần số tín hiệu nguồn phát 1khz, lặp lại bước (x) Thay đổi điện áp tín hiệu Vp-p = 5V, làm lại bước (x), (xi) (xii) Đặt khoảng cách nguồn phát thiết bị thu 10mm Dùng giấy tay che nguồn phát xem thay đổi điện áp ngõ Trong trường hợp ngõ thay đổi, giải thích sao? Tóm tắt: (1) Điện áp ngõ vào ánh sáng ngõ nguồn sáng quan hệ tuyến tính khơng giới hạn Chính vậy, đầu vào nguồn tăng hệ số hai, điện áp ngõ nhận tăng hệ số hai Về độ sáng khoảng cách tăng hệ số hai, ngõ nhận giảm hệ số ¼, hay tỷ lệ nghịch bình phương khoảng cách (2) Các đặc tính tần cao hệ thống truyền tải đặc trưng áp dụng sóng vng với đầu vào.Trong trường hợp cạnh sắc nét bị mất, điều có nghĩa đáp ứng tần số ccao hệ thống bị (xấu) Đặc tính tần số cao tốt quan trọng cho truyền thơng quang GT-KTCB-MĐ15 49 (3) Photosensors nên cách ly từ đèn chiếu sáng không mong muốn Đối với mục đích photosensors điển hình sử dụng dị hồng ngoại Ngồi ra, thuật điều chế xung sử dụng thay thế.Cũng phù hợp lọc làm giảm tiếng ồn có hiệu Thực nghiệm LED Diode thu phát hồng ngoại Mục đích: Nghiên cứu đặc tính cảm quang (LED Diode thu phát hồng ngoại) mạch chuyển đổi điện áp điện tử NỘI DUNG (Thay Transistor thu quang LED thu quang thực lại bước thực nghiệm mục 1.1 trên) Hình 4.6 Mạch thu phát ngõ kiểu PNP Hình 4.7 GT-KTCB-MĐ15 Mạch thu phát ngõ kiểu NPN 50 Hình 4.8 1.2 Mạch thu phát dạng xung vuông CdS phần tử cách ly quang (photocouplers) < Cơ sở lý thuyết CdS phần tử cách ly quang (photocouplers) > (Xem mục: CdS phần tử cách ly quang) Thực nghiệm chuyển mạch CdS Mục đích: Nghiên cứu đặc tính cảm biến quang trở CdS mạch chuyển đổi điện áp điện tử NỘI DUNG Ω (a) (b) GT-KTCB-MĐ15 51 CdS Lamp Khoảng cách (mm) (c) Hình 4.9 Mạch thực nghiệm CdS (i) Khơng cấp nguồn, nối mạch hình (ii) Đặt khoảng cách Lamp CdS 20mm, cấp nguồn cho Lamp 3Vdc (iii) Đo điện trở CdS RCdS = ohm, tăng dần chậm điện áp cấp nguồn Lamp từ -> 5V, quan sát điện trở CdS nhận xét? (iv) Dùng giấy chắn nguồn sáng từ nguồn lamp đến CdS, lặp lại bước ii, iii (v) Khơng cấp nguồn, nối mạch hình b (vi) Đặt khoảng cách Lamp CdS 5mm, che CdS khơng cho nguồn sáng ngồi tác động vào (vii) Cấp nguồn, điều chỉnh VR1 cho Voutput = 0V, VR2 = 100kΩ nguồn Vdd = 3V (viii) Tăng dần điện áp Vdd từ 3V đến 5V, bậc 0,5V Đo điện áp ngõ mạch khuếch đại Op Am Nhận xét thu phát có tuyến tính khơng? Tóm tắt: (1) Mặc dù cảm biến CdS thiết bị chậm, có băng thơng rộng, làm cho thích hợp cho truyền tín hiệu analog Cảm biến CdS với công suất tương đối lớn (vài oat), điều khiển relay mà khơng khuếch đại tín hiệu cảm biến (2) Một photocouple dùng nơi cách ly an toàn cần thiết hai điểm khác mạch Tính cần thiết để bảo vệ thiết bị vận hành (C) Những sai hỏng thường gặp, nguyên nhân khắc phục Thực hành cảm biến quang Cấu trúc cảm biến quang bao gồm: Bộ Phát quang (LED); Bộ Thu quang (phototransistor, photodiode) xử lý tín hiệu GT-KTCB-MĐ15 52 Hình 4.10 Cấu trúc cảm biến quang Mạch xử lý tín hiệu đầu ra: Mạch đầu chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON/OFF khuếch đại Khi lượng ánh sáng thu vượt mức ngưỡng xác định, tín hiệu cảm biến kích hoạt Mặc dù số loại cảm biến hệ trước tích hợp mạch nguồn dùng tín hiệu tiếp điểm rơ-le (relay) phổ biến, ngày loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu bán dẫn (PNP/NPN) Một số cảm biến quang cịn có tín hiệu tỉ lệ phục vụ cho ứng dụng đo đếm 2.1 Cảm biến quang loại thu phát độc lập (Tách biệt) Sơ đồ kết nối thí nghiệm: Hình 4.11 Sơ đồ kết nối thực nghiệm cảm biến quang dạng thu phát riêng GT-KTCB-MĐ15 53 o Nối 24V (bộ nguồn) - chân V+(Brown) (cảm biến) -24V (Control unit) - chân A1,9 (relay) o Nối 0V (bộ nguồn) - chân 0V (cảm biến)(Blue) - 0V (Control unit) - chân – đèn o Nối ngõ (cảm biến)(Black) - chân A2 (relay) o Nối chân + tải đèn - chân (Relay) Bật công tắc nguồn chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động quan sát relay, đèn 2.2 Cảm biến quang loại thu phát chung (1) Dạng phản xạ - khuếch tán Sơ đồ kết nối thí nghiệm: Hình 4.12 Sơ đồ kết nối thực nghiệm cảm biến quang dạng thu phát riêng o Nối 24V (bộ nguồn) - chân V+ (Brown) (cảm biến) -24V (Control unit) - chân A1,9 (relay) o Nối 0V (bộ nguồn) - chân 0V (cảm biến) (Blue) - 0V (Control unit) - chân – đèn o Nối ngõ (cảm biến) (Black) - chân A2 (relay) GT-KTCB-MĐ15 54 o Nối chân + tải đèn - chân (Relay) Bật công tắc nguồn chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động quan sát relay, đèn (2) Dạng phản xạ gương Sơ đồ kết nối thí nghiệm: Hình 4.13 Sơ đồ kết nối thực nghiệm cảm biến quang dạng thu phát riêng o Nối 24V (bộ nguồn) - chân V+(Brown) (cảm biến) -24V (Control unit) - chân A1,9 (relay) o Nối 0V (bộ nguồn) - chân 0V (cảm biến) (Blue) - 0V (Control unit) - chân – đèn o Nối ngõ (cảm biến) (Black) - chân A2 (relay) o Nối chân + tải đèn - chân (Relay) Bật công tắc nguồn chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động quan sát relay,đèn Một số ứng dụng cảm biến quang điện 3.1 Mạch ứng dụng CdS chuyển mạch Relay Mục đích: Nghiên cứu ứng dụng mạch điều khiển relay quang trở CdS GT-KTCB-MĐ15 55 Sơ đồ mạch Ánh sáng 10Ω Hình 4.14 Mạch điều khiển relay theo trời sáng tối (i) Khơng nối nguồn, lắp mạch hình 4-13 (ii) Cấp nguồn cho mạch, dùng giấy che quang trở CdS chỉnh VR1 cho đèn chuyển từ OFF sang ON Đo điện áp chân Transistor (iii) Không che CdS quang sát trang thái đèn Đo điện áp chân Transistor (iv) Dựa bước (ii), (iii) giải thích hoạt động mạch Cài đặt cảm biến quang 4.1 Cấu trúc cảm biến màu kính FAO Thấu kính thu kính FAO (đỏ, xanh qua, xanh dương (đỏ qua, xanh phản xạ) phản xạ) Vật LED đỏ LED xanh Thấu kính phát LED Monitor xanh dương photodiode Hình 4.15 Cấu tạo cảm biến phân loại màu Cảm biến màu phát ánh sáng đỏ (R), xanh (G), xanh dương (B) tới vật cảm biến, sau nhận ánh sáng phản xạ về, phân tích tỉ lệ ánh sáng R, G, B để phân biệt màu vật GT-KTCB-MĐ15 56 Hình 4.16 Biến đổi tín hiệu cảm biến phân loại màu thành số 4.2 Nguyên tắc hoạt động cảm biến màu Khi ánh sáng đập vào bề mặt vật phần ánh sáng bị phản xạ, phần bị bề mặt hấp thụ truyền dẫn vào vật Tỷ lệ bước sóng phản xạ phụ thuộc vào góc tới, đặc tính lý hóa bề mặt phân cực ánh sáng Do phân bố phổ ánh sáng phản xạ cho ta thông tin đặc tính lý hóa bề mặt Có nhiều kỹ thuật khác khai thác thơng tin tín hiệu ánh sáng phản xạ : Kỹ thuật phân tích phổ: dùng máy phân tích phổ để đánh giá tính chất bề mặt chiếu sáng Kỹ thuật phổ ảnh: quan tâm đến đặc tính hóa học miền ánh sáng xuyên qua Kỹ thuật nhận dạng hình ảnh tĩnh : sử dụng ba màu R (Red) – màu đỏ, bước sóng 700nm; G (Green) – xanh cây, bước sóng 546nm; B (Blue) – xanh da trời, bước sóng 436nm phối hợp với tạo nên màu Sắc ký : lĩnh vực liên quan đến nhận dạng tạo màu vật 4.3 Thực nghiệm với cảm biến màu Omron Hình 4.17 Cảm biến màu E3X-DAC-S Nguyên lý: Bộ cảm biến màu sử dụng ba tham số, RGB, để xử lý ánh sáng phản xạ Nó phát thơng tin màu từ phơi để nhận dạng xác khác biệt màu sắc Thiết bị yêu cầu cho nhóm thực hành Bộ thực hành cảm biến thí nghiệm màu: Tải kết nối relay trung gian 24Vdc đèn hiển thị 24 Vdc : GT-KTCB-MĐ15 57 Bộ nguồn 24Vdc : NỘI DUNG (i) Khơng bậc nguồn Kết nối theo sơ đồ hình 4.12 Hình 4.18 Sơ đồ kết nối thực nghiệm cảm biến màu o Nối 24V (bộ nguồn) - chân V+(Brown) (cảm biến) -24V (Control unit) -Chân 9(Relay) o Nối 0V (bộ nguồn) - chân 0V (cảm biến)(Blue) - 0V (Control unit) - chân 13 (relay) -Chân 0V(đèn) o Nối ngõ (cảm biến)(Black) - chân 14 (relay) o Nối chân +24VDC tải đèn - chân (Relay) (ii) Bật công tắc nguồn, chỉnh biến trở thay đổi tốc độ động vị trí (0) Đặt vạch đĩa màu đỏ thẳng hàng với cảm biến (iii) Cài đặt cảm biến để học màu (theo hướng dẫn kèm theo sản phẩm) (iv) Xoay núm điều chỉnh tốc độ động theo chiều kim đồng hồ quan sát trạng thái LED (v) Dừng động cơ, đặt vạch đĩa màu xanh (vàng) thẳng hàng cảm biến Lặp lại bước (iii), (iv) GT-KTCB-MĐ15 58 GT-KTCB-MĐ15 ... -1 90 -1 80 -1 70 -1 60 -1 50 -1 40 -1 30 Ω 18 ,49 22,80 27,08 31, 32 35,53 39, 71 43,87 48,00 °C 10 20 30 40 50 60 70 GT-KTCB-M? ?15 Ω 10 0,00 10 3,90 10 7,79 11 1,67 11 5,54 11 9,40 12 3,24 12 7,07 °C 200 210 220... 72,33 76,33 80, 31 84,27 88,22 92 ,16 96,09 80 90 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0 19 0 13 0,89 13 4,70 13 8,50 14 2,29 14 6,06 14 9,82 15 3,58 15 7, 31 1 61, 04 16 4,76 16 8,46 17 2 ,16 280 290 300 310 320 330... 316 ,80 319 ,99 323 ,18 326,35 329, 51 332,66 335,79 °C Ω 800 810 820 830 840 850 375, 51 378,48 3 81, 45 384,40 387,34 390,26 -1 20 -1 10 -1 00 - 90 - 80 - 70 - 60 - 50 - 40 - 30 - 20 - 10 52 ,11 56 ,19