Cảm biến đo dịch chuyển bằng sóng đàn hồi

Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi Bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Nguyên lý đo dịch chuyển sóng đàn hồi Tốc độ truyền sóng đàn hồi v chất rắn ~ 103m/s Thời gian truyền sóng hai điểm vật rắn cách khoảng l xác định biểu thức: Biết tốc độ truyền sóng v đo thời gian truyền sóng tP ta xác định khoảng cách l cần đo: Sơ đồ khối thiết bị đo dịch chuyển sóng đàn hồi biểu diễn hình 12.3 Thời gian truyền sóng tP từ tín hiệu xuất máy phát đến tiếp nhận máy thu đo máy đếm xung Máy đếm hoạt động bắt đầu phát sóng đóng lại tín hiệu đến máy thu Hình 12.3: Sơ đồ khối thiết bị đo dịch chuyển sóng đàn hồi Gọi số xung đếm N chu kỳ xung đếm t , ta có: 1/4 Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi Khi đó: (12.1) Cảm biến sử dụng phần tử áp điện Trong cảm biến áp điện, sóng đàn hồi phát thu nhờ sử dụng hiệu ứng áp điện Hiệu ứng áp điện tượng vật liệu áp điện (thí dụ thạch anh) bị biến dạng tác dụng lực học có chiều định, mặt đối diện xuất lượng điện tích trái dấu, ngược lại tác động điện trường có chiều thích hợp, vật liệu áp điện bị biến dạng Để đo dịch chuyển ta sử dụng hai dạng sóng đàn hồi: - Sóng khối: dọc ngang - Sóng bề mặt Sóng khối dọc truyền cho phần tử vật rắn dịch chuyển dọc theo phương truyền sóng tạo nên nén lại giãn nở lớp vật rắn Sóng kích thích phần tử áp điện rung theo bề dày (hình 12.4a) Sóng khối ngang gây nên dịch chuyển vuông góc với phương truyền sóng, tạo chuyển động trượt tương đối lớp vật rắn Sóng kích thích phần tử áp điện rung theo mặt cắt (hình 12.4b) 2/4 Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi Hình 12.4: Các dạng sóng đàn hồi a) Sóng dọc b) Sóng ngang c) Sóng bề mặt dạng điện cực kích thích Sóng bề mặt truyền lớp bề mặt vật rắn, biên độ chúng không độ sâu 2λ bề mặt Sóng bề mặt gồm thành phần sóng dọc thành phần sóng ngang Nguồn kích thích sóng bề mặt hệ điện cực kiểu lược cài phủ lên bề mặt vật liệu áp điện (hình 12.4c) Khoảng cách hai kề điện cực phải λ để gây biến dạng có điện áp V pha đặt vào để tăng hiệu ứng chúng Máy thu sóng bề mặt có cấu tạo tương tự máy phát gắn cố định vào bề mặt vật rắn, có sóng bề mặt qua, điện cực làm biến dạng bề mặt vật rắn gây nên điện áp hiệu ứng áp điện Cảm biến âm từ Sóng đàn hồi phát nhờ sử dụng hiệu ứng Wiedemam: tượng xoắn ống trụ sắt từ chịu tác dụng đồng thời từ trường dọc từ trường ngang Sóng đàn hồi thu sở sử dụng hiệu ứng Vilari: sức căng học làm thay đổi khả từ hoá độ từ thẩm vật liệu sắt từ Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cảm biến âm từ trình bày hình 12.5 Cấu tạo cảm biến gồm ống sắt từ (1), nam châm di động (2) trượt dọc ống gắn với vật cần xác định vị trí Dây dẫn (3) nằm trục ống nối với máy phát xung (4) Máy thu (5) có lõi từ nối học với ống Hình 12.5: Sơ đồ nguyên lý cảm biến âm từ 1) ống sắt từ 2) Nam châm 3) Dây dẫn 4) Máy phát xung 5) Đầu thu Nguyên lý hoạt động cảm biến: Máy phát (4) cung cấp xung điện truyền qua dây dẫn (3), xung truyền với vận tốc ánh sáng (c), từ trường sinh có đường sức đường tròn đồng tâm với trục ống Khi sóng điện từ truyền đến vị trí nam châm 3/4 Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi (2), kết hợp hai từ trường làm cho ống bị xoắn cục bộ, xoắn cục truyền ống dạng sóng đàn hồi với vận tốc v Khi sóng đàn hồi đến máy thu (5) làm thay đổi độ từ hoá gây nên tín hiệu hồi đáp Gọi tP thời gian từ phát xung hỏi đến nhận xung hồi đáp, v .. .Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi Khi đó: (12.1) Cảm biến sử dụng phần tử áp điện Trong cảm biến áp điện, sóng đàn hồi phát thu nhờ sử dụng hiệu ứng áp... cắt (hình 12.4b) 2/4 Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi Hình 12.4: Các dạng sóng đàn hồi a) Sóng dọc b) Sóng ngang c) Sóng bề mặt dạng điện cực kích thích Sóng bề mặt truyền lớp bề mặt vật... trục ống Khi sóng điện từ truyền đến vị trí nam châm 3/4 Cảm biến đo dịch chuyển sóng đàn hồi (2), kết hợp hai từ trường làm cho ống bị xoắn cục bộ, xoắn cục truyền ống dạng sóng đàn hồi với vận