Gia tốc kế điện dungHình 8.3 Mặt cắt ngang của tụ điện vi sai trong gia tốc kế điện dung a; hình chiếu bằng của một khối chuyển động được gắn bởi bốn lò xo silicon bMột số đặc điểm chính
Trang 2N8 – VẬN TỐC VÀ GIA TỐC
Sinh viên: Trương Văn Quyền
MSSV: 20206689
GVHD: PGS.TS Vũ Xuân Hiền
Tạo ra một hệ thống phức tạp là một nhiệm vụ đơn giản
Tạo ra một hệ thống đơn giản là một nhiệm vụ phức tạp
Trang 38.1 Các đặc điểm của gia tốc kế 8.2 Gia tốc kế điện dung
8.3 Gia tốc kế áp điện trở
8.4 Gia tốc kế áp điện
8.5 Gia tốc kế nhiệt
MỤC LỤC
Trang 4Gia tốc là một đại lượng đặc trưng về mặt động lực học của một vật.
Trong thực tế, vị trí, vận tốc và gia tốc đều có liên quan với nhau.
Vận tốc và gia tốc sẽ không lấy từ máy dò vị trí mà được đo từ các cảm biến đặc biệt.
GIỚI THIỆU CHUNG
Chuyển động với:
• Tần số thấp (0-10Hz): các phép đo vị trí có độ chính xác cao
• Tần số trung bình (<1kHz): ưu tiên đo vận tốc
• Tần số cao với mức độ nhiễu đáng kể: ưu tiên đo gia tốc
Trang 5GIỚI THIỆU CHUNG
Hình 8.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến vận tốc dựa trên hiệu
ứng cảm ứng điện từ (lấy từ công ty Trans-Tek)
Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến vận tốc sử dụng hiệu ứng
cảm ứng điện từ đo lường sự thay
đổi từ trường tạo ra bởi một đối
tượng di chuyển
Một dây dẫn chứa dòng điện được
đặt gần hoặc trên bề mặt đối tượng
di chuyển Khi đối tượng di chuyển,
dòng điện trong dây dẫn cũng thay
đổi
Sự thay đổi của từ trường tạo ra điện
áp hoặc dòng điện ở dây dẫn.Cảm
biến được thiết kế để đo lường
điện áp hoặc dòng điện này
Trang 6GIỚI THIỆU CHUNG
Giới hạn dịch chuyển của lõi nam châm (in.) 0.5 – 24
Độ nhạy (mV/in./s) 35 – 500
Cảm kháng của cuộn dây (kOhm) 2 – 45
Độ tự cảm của cuộn dây (H) 0.06 – 7.5
Tần số đáp ứng (Hz) tải >100 cảm kháng cuộn dây 500 – 1500
Khối lượng (g) 20 – 1500
Bảng 8.1 Thông số định mức của bộ cảm biến vận tốc theo nguyên lý cảm ứng điện từ
(lấy từ công ty Trans-Tek)
Trang 78.1 Các đặc điểm của gia tốc kế
Hình 3.50 Mô hình cơ học của một gia tốc kế (a) và giản đồ lực của vật M (b)
Mô hình toán học của gia tốc kế được biểu diễn bời công thức (3.150)
( là gia tốc đầu vào của thân cảm biến gia tốc)
Trang 88.1 Các đặc điểm của gia tốc kế
* và là các biến đổi Laplace của x(t) và
Đặt
Biến đổi Laplace ngược:
* là xung phụ thuộc vào thời gian của máy đo gia tốc, là biến đổi Laplace ngược của
Trang 98.1 Các đặc điểm của gia tốc kế
Nếu đặt thì phương trình có 2 trường hợp:
• Giảm dao động dưới mức:
• Giảm dao động quá mức:
Các kết quả trên có thể được đánh giá cho các đầu vào gia tốc khác nhau được áp dụng cho
đế gia tốc kế
Trang 108.1 Các đặc điểm của gia tốc kế
Hình 8.2 Dải tần số phản hồi của gia tốc kế là tần số riêng;
là tần số tham chiếu
Khi hiệu chỉnh, một vài đặc trưng của gia tốc kế nên được xác định rõ:
Trang 118.2 Gia tốc kế điện dung
Hình 8.3 Mặt cắt ngang của tụ điện vi sai trong gia tốc
kế điện dung (a); hình chiếu bằng của một khối chuyển động được gắn bởi bốn lò xo silicon (b)
Một số đặc điểm chính của gia tốc kế điện dung:
1.Điện cực: Gia tốc kế điện dung thường có hai
điện cực, một cố định và một linh động Gia tốc
làm thay đổi khoảng cách giữa chúng.
2.Điện dung biến đổi: Điện dung của thiết bị biến
đổi theo thay đổi khoảng cách giữa các điện cực.
Khi diện tích bề mặt tăng, điện dung cũng tăng,
và ngược lại.
3.Đọc dữ liệu: Dữ liệu đo được thông qua thiết bị
đọc điện dung, có thể được chuyển đổi thành giá
trị gia tốc tương ứng.
Trang 128.2 Gia tốc kế điện dung
Hình 8.4 Sơ đồ mạch chuyển đổi điện dung
thành điện áp phù hợp cho tích hợp trên silicon
•
• Các tụ phụ thuộc tuyến tính vào gia tốc kế
đóng vai trò là tụ đầu vào
∆
Tụ đầu vào
Trang 138.3 Gia tốc kế áp điện trở
Sơ đồ nguyên lý của gia tốc kế áp trở1) Khối rung
2) Tầm đàn hồi3) Áp trở
4) Đế
Khi có gia tốc, khối rung sẽ di chuyển, làm thay đổi trạng thái của tầm đàn hồi và đồng thời gây biến dạng cho cảm biến áp trở piezoresistive Thay đổi trở kháng điện này được đo lường và chuyển đổi thành giá trị gia tốc tương ứng
Sự cân bằng giữa khối rung, tầm đàn hồi và áp trở là quan trọng để đảm bảo độ nhạy và độ chính xác của gia tốc kế.
Trang 14Hình 8.6 Sơ đồ cấu tạo cơ bản của gia
tốc kế áp điện Gia tốc của vỏ di chuyển so với khối
lượng, tác dụng lực lên tinh thể Đầu ra tỷ
lệ thuận với gia tốc hoặc mức độ rung
Trang 15Hình 8.6 Sơ đồ cấu tạo cơ bản của gia
tốc kế áp điện Gia tốc của vỏ di chuyển so với khối
lượng, tác dụng lực lên tinh thể Đầu ra tỷ
lệ thuận với gia tốc hoặc mức độ rung
Trang 168.5 Gia tốc kế nhiệt
8.5.1 Gia tốc kế tấm gia nhiệt
Hình 8.7 Gia tốc kế nhiệt.
(a) mặt cắt ngang của bộ phận được nung nóng (b) một thiết kế gia tốc kế không có nắp
Gia tốc kế nhiệt chứa khối lượng địa chấn được treo bằng một công xôn mỏng và được đặt gần với bộ tản
nhiệt hoặc giữa hai bộ tản nhiệt Khoảng trống giữa các thành phần này chứa đầy khí dẫn nhiệt
Khối lượng được làm nóng bằng một thiết bị gia nhiệt lắng đọng hoặc nhúng trên bề mặt đến nhiệt độ xác định Trong điều kiện không có gia tốc, cân bằng nhiệt được thiết lập giữa khối lượng và bộ tản nhiệt: lượng nhiệt
và dẫn đến bộ tản nhiệt thông qua khí từ khối lượng là một hàm của khoảng cách và
Trang 178.5 Gia tốc kế nhiệt
8.5.1 Gia tốc kế tấm gia nhiệt
Hình 8.7 Gia tốc kế nhiệt.
(a) mặt cắt ngang của bộ phận được nung nóng (b) một thiết kế gia tốc kế không có nắp
và lần lượt là hệ số dẫn nhiệt của khí và silicon, và là độ dày của dầm công xôn.
và là chiều rộng và chiều dài của chùm tia, và là công suất nhiệt
Trang 188.5 Gia tốc kế nhiệt
Gia tốc kế tấm gia nhiệt
Hình 8.7 Gia tốc kế nhiệt.
(a) mặt cắt ngang của bộ phận được nung nóng (b) một thiết kế gia tốc kế không có nắp
nhiệt độ dầm đo được dưới dạng tín hiệu điện là thước đo gia tốc Độ nhạy
của cảm biến gia tốc nhiệt (khoảng 1% thay đổi tín hiệu đầu ra trên mỗi g)
nhỏ hơn một chút so với các loại điện dung hoặc áp điện
Trang 19Gia tốc kế điện dung MA1000A
Nguyên Lý Hoạt Động:
Gia tốc kế điện dung MEMS sử dụng cấu trúc điện cực và các
lớp dielectric (cách điện) để đo lường thay đổi dung lượng gắn
liền với sự chuyển động của khối cảm biến
Khi có gia tốc tác động lên cảm biến, khoảng cách giữa các
điện cực thay đổi, dẫn đến thay đổi về dung lượng của cảm
biến
Cấu Trúc Cơ Bản:Cấu trúc cơ bản của gia tốc kế điện dung
MEMS thường bao gồm một khối khối cảm biến và một số điện
cực và lớp dielectric
Cảm Biến MEMS:Gia tốc kế điện dung MEMS là một dạng của
cảm biến MEMS, được tạo ra thông qua công nghệ chế tạo
Micro-Electro-Mechanical Systems
Trang 20Gia tốc kế điện dung MA1000A
Kích Thước Nhỏ Gọn:Một trong những ưu điểm chính của
gia tốc kế điện dung MEMS là kích thước nhỏ gọn và trọng
lượng nhẹ, làm cho chúng lý tưởng để tích hợp vào các thiết
bị di động như điện thoại di động, tai nghe không dây, và các
thiết bị thông minh khác
Ưu Điểm và Ứng Dụng:
1 Gia tốc kế điện dung MEMS thường có độ nhạy cao,
chi phí sản xuất thấp, và có thể tích hợp dễ dàng vào
các ứng dụng tiêu thụ và y tế
2 Các ứng dụng bao gồm đo lường hoạt động vận động
trong điện thoại thông minh, đồng hồ thông minh, và các
thiết bị theo dõi sức khỏe
Trang 21Ứng dụng của gia tốc kế trên thiết bị của Apple
https://cellphones.com.vn/sforum/cam-bien-gia-toc-la-gi
Trang 22Ứng dụng của gia tốc kế
https://dbmstore.net/cam-bien-gia-toc-va-cac-ung-dung/
Trang 23Nguyên lý hoạt động Ưu điểm Hạn chế Gia tốc
kế điện
dung
Sử dụng thay đổi dung lượng giữa hai bản cảm biến khi có sự chuyển động Khi có gia tốc, khoảng cách giữa các bản cảm biến thay đổi, từ đó thay đổi dung lượng và tạo ra một tín hiệu đo.
Nhạy bén, độ chính xác cao, không có các thành phần chuyển động cơ học.
Cần điều chỉnh cẩn thận để tránh tác động từ nhiễu điện từ.
Gia tốc
kế áp
điện trở
Sử dụng cảm biến áp điện trở để đo lường sự thay đổi
về độ chênh lệch hoặc căng trên các cảm biến khi có gia tốc.
Độ nhạy cao, độ chính xác cao. Cần cân nhắc kỹ về độ chính xác và
nhiễu từ các yếu tố môi trường.
Gia tốc
kế áp
điện
Sử dụng hiện tượng piezoelectric, trong đó các tinh thể
có khả năng tạo điện tích khi chịu áp lực Gia tốc tác động lên tinh thể tạo ra một tín hiệu điện.
Độ nhạy cao, độ chính xác tốt ở các tần số cao.
Cần chú ý đến nhiễu
từ các tác động nhiệt và từ môi trường xung quanh.
Khả năng đo giảm đi
ở các tần số cao, cảm biến nhiệt độ nhạy.
TỔNG KẾT
Trang 24THANK YOU !