Cảm biến dịch chuyển

Trang 1

Nhóm 3

Trang 2

Các loại cảm biến dịch chuyển (displacement sensor and transducer):

1 Cảm biến điện trở (resistive sensor)

2 Cảm biến cảm ứng (inductive sensor)

3 Cảm biến tụ (capacitive sensor)

4 Cảm biến áp điện (Piezoelectric sensor)

5 Cảm biến siêu âm (Ultrasonic sensor)

6 Cảm biến từ (Magnetic sensor)

7 Cảm biến giao thoa lazer (Laser Interferometer

sensor)

8 Cảm biến mật mã quang (Optical encoder sensor)

Trang 3

sensor)

Trang 4

Cảm biến dịch chuyển điện trở

Resistive displacemen sensor

Thông thường là loại đo điện thế (potentiometer)

Điện kế thế dịch

chuyển tịnh tiến Điện kế thế dịch chuyển tròn

Trang 5

α x -Góc di chuyển ; α : Góc quay toàn phần x- Khoảng di chuy ể n; l- Chiều dài biến trở

R o - điện trở toàn phần

Trang 6

Cảm biến đo góc-Goniometer

Trang 8

Vout: là điện áp ra, tương ứng với góc chuyển động của đầu gối

Nguyên lý cảm biến đo góc-Goniometer

Trang 10

Cảm biến dịch chuyển điện trở Resistive displacemen sensor

Resistive respiration belt: đai trở kháng theo dõi hô hấp

Trang 11

sensor)

Trang 12

Cảm biến dịch chuyển cảm ứng

Inductive displacemen sensor

 LVDT (linear variable differential transformer _ bộ biến đổi vi sai

tuyến tính) là dụng cụ đo độ dịch chuyển hoạt động dựa trên nguyên

lý của máy biến thế.

 LVDT bao gồm 2 thành phần chính: 1 lõi di động và các cuộn dây tĩnh.

Trang 13

 Cuộn dây nằm giữa là cuộn sơ cấp (primary coil) được cung cấp bởi nguồn AC.

 Hai cuộn dây còn lại là cuộn thứ cấp (secondary coils) có tác dụng nhận từ thông phát ra từ cuộn sơ cấp và tạo ra suất điện động xoay chiều trên 2 cuộn dây này.

 Một lõi di động trên các trục của cuộn dây, lõi này gắn vào vật cần

đo chuyển động.

Trang 14

Cảm biến dịch chuyển cảm ứng Inductive displacemen sensor Hoạt động:

 Cuộn dây sơ cấp của LVDT là

P, được cung cấp năng lượng

từ nguồn AC, tạo ra thông

lượng tới các cuộn dây thứ

cấp S1, S2 -> tạo ra suất điện

động.

 Điện áp đo được ở ngõ ra là

điện áp xoay chiều, co giá trị:

 Với E1, E2 là điện áp xoay

chiều được tạo ra trên 2 cuộn

dây thứ cấp.

out

Trang 15

phía cuộn S1, điện áp E1 tăng, điện áp E2 giảm do lượng từ thông được tập trung nhiều về phía cuộn dây S1:

 Điện áp ngõ ra so với điện áp ngõ trên cuộn sơ cấp:

Trang 16

Cảm biến dịch chuyển cảm ứng Inductive displacemen sensor

 Trường hợp 2: lõi nằm cân bằng

như hình vẽ, điện áp trên 2 cuộn

dây thứ cấp bằng nhau, ta có:

out

Trang 17

 Trường hợp 3: khi lõi dịch về phía

cuộn thứ cấp S2, ta có E1 giảm, E2 tăng.

 Điện áp ngõ ra so với điện áp trên

cuộn sơ cấp:

Trang 18

Cảm biến dịch chuyển cảm ứng

Inductive displacemen sensor

 Độ tuyến tính của phương

pháp LVDT được biểu diễn

trên đồ thị.

 Khi lõi dịch chuyển càng xa

vị trí cân bằng, biên độ điện

áp tại ngõ ra càng tăng.

 Biên độ điện áp chỉ tuyến

tính với độ dịch chuyển của

lõi khi lõi nằm trong 1

khoảng giới hạn Khi lõi càng

Trang 19

Mạch lấy tín hiệu ra

Trang 20

 Trong thiết bị trợ tim,

khảo sát sự co thắt của tim

Trang 22

sensor)

Trang 23

C(x): điện dung của tụ

A: diện tích nằm giữa hai bản cực

D: khoảng cách giữa hai bản cực

Hằng số điện môi của chất cách điện Hằng số điện môi của chân không

Trang 24

Điện dung của tụ thay đổi do một trong ba giá trị εr, A hay x thay đổi

Cảm biến dich chuyển tụ điện

Capacitive sensors - Displacement

Trang 25

w: chiều ngang

wx: độ dịch chuyển phụ thuộc vào chuyển động của bản cực

Trang 26

Hằng số điện môi vật liệu điện môi Hằng số điện môi của chất điện môi đổi chỗ

Trang 28

Độ nhạy của cảm biến tụ: K

2 0

x

A x

C

r

ε ε

Độ nhạy tăng khi tăng diện tích bản cực và giảm khoảng cách x

Trang 29

thường sử dụng để đo hô hấp hay theo dõi sự dịch chuyển của bệnh nhân trên giường bệnh.

Cảm biến tụ điện

có độ phân giải

<0.1nm.

Đáp ứng động trên 300µm

Trang 30

Trang 31

Đo áp suất

giữa chân

và giày

Trang 32

Trang 34

sensor)

Trang 35

có tính chất hóa học gần giống gốm (ceramic) và nó có hai hiệu ứng

thuận và nghịch như khi áp vào nó một trường điện thì nó biến đổi hình dạng và ngược lại khi dùng lực cơ học tác động vào nó thì nó tạo ra dòng điện Nó như một bộ chuyển đổi biến đổi trực tiếp từ năng lượng điện sang năng lượng cơ học và ngược lại.

Trang 36

Cảm biến dich chuyển áp điện

Piezoelectric displacement sensors

• Các loại vật liệu dùng trong cảm biến áp điện: Quartz (SiO2), Lithium

Niobate (LiNbO3) và Lithium Tantalate (LiTaO3) Ngoài ra còn có gốm áp điện và polyme

Trang 37

vo

Electrode

Trang 38

Trang 39

Ứng dụng: ống nghe điện (electric stethoscope)

Trang 40

Trang 42

sensor)

Trang 43

Mô hình một hệ thống siêu âm dành cho đo lường khoảng cách

Trang 44

Cảm biến dịch chuyển siêu âm Ultrasonic displacement sensor

PDC(Parking Distance Control)

Trang 46

Cảm biến dịch chuyển siêu âm

Ultrasonic displacement sensor

Hiệu ứng Doppler đo vận tốc dòng chảy của máu

Trang 47

Blood vessel Doppler

angle

Scan head

Skin surface Image plane

RF

AF amplifier converterF/V

Computer

Trang 48

sensor)

Trang 49

Cảm biến Magnetostrictive

Trang 50

Cảm biến dịch chuyển từ

Magnetic displacement sensor

chịu tác dụng đồng thời của một từ trường dọc và từ trường ngang

Trang 51

Sức căng cơ học

của vật liệu sắt từ

Thay đổi khả năng từ hoá và độ từ thẩm của vật liệu sắt từ

Trang 52

Trang 54

Trang 55

với tâm nằm trên trục của ống Khi sóng điện từ truyền đến nam châm, sự kết hợp của hai từ trường sẽ làm cho ống xoắn cục bộ (hiệu ứng Wiedemann) Xoắn cục bộ này sẽ truyền đi dưới dạng xoắn đàn hồi với vận tốc V Khi sóng đến máy thu nó làm thay đổi độ từ hoá (hiệu ứng Villari) gây nên tín hiệu đáp ứng.

Nếu gọi tp là khoảng thời gian từ khi phát xung đến khi nhận được xunng đáp ứng thì:

tp = L

V

L: khoảng các từ nam châm đến đầu thu

Tp: được đo bằng phương pháp đếm xung

Các đặc trưng cơ bản:

Tầm đo: 10mm – 20m Độ phi tuyến: <0.02%

Không tiếp xúc Nhiệt độ: 55 – 125C

Trang 56

Trang 58

Trang 59

F=q.(vxB) (q=1.6.10^-19C) Chuyển động ngược chiều nhau của các hạt mang điện cũng sinh ra một lực:

F=qE=qV/d (d=đường kính mạch máu)

Do hai lực này cân bằng nhau nên ta có:

V=dvB

Từ đây ta có thể xác định được vận tốc v của dòng máu

Trang 60

sensor)

Trang 62

Cảm biến dịch chuyển giao thoa laser

Laser Interferometer Displacement Sensors

*Nguyên lý: nguồn laze bức xạ ra dòng ánh sáng (3) lại được phân thành hai tia

(2) và (1) nhờ gương lệch 1 Tia sáng (2) phản xạ từ gương 1 đến gương 2 và phản xạ trở lại chiếu vào tế bào quang điện

Tia sáng (1) cũng đi qua gương 1 đến đối tượng đo và phản xạ lại qua gương 1 đến tế bào quang điện Tại tế bào quang điện, hai tia (1) và (2) xếp chồng Khi đối tượng đo di chuyển, tổng cường độ sáng của 2 tia laze thay đổi Nhờ thiết bị tính toán có thể xác định được khoảng dịch chuyển của đối tượng đo.

Gương lệch 1

Gương 2

Giao thoa Michelson

Trang 63

Lx: khoảng dịch chuyển của đối tượng đo k: số chu kì của chùm laze

λ: bước sóng tia laze Đối vơi loại cảm biến này chỉ đo khoảng dịch chuyển cỡ 1m và

có sai số 0.1-1 µ m

Trang 64

sensor)

Trang 66

Cảm biến dịch chuyển mã hoá quang

Optical encoder displacement sensor

Cảm biến dịch chuyển mã hoá quang học: đo được dịch chuyển theo hai

chiều, đó là một thước gồm nhiều dải khắc vạch, quan hệ với nhau theo một

mã nhất định Thường người ta sử dụng mã nhị phân Thước mã hoá nhị phân được bố trí như sau:

Phần bôi đen là số 0 và phần không bôi đen là

số 1.

Hình vẽ bên phải là thước mã hoá đo dịch chuyển góc, đánh số thập phân tương ứng với sự dịch chuyển góc của thước mã hoá

Trang 67

1-Đĩa mã hoá 2-Nguồn sáng 3-Thấu kính hội tụ 4-Tế bào quang điện 5-Bộ phận xử lý và mã hoá

Trang 68

Cảm biến dịch chuyển mã hoá quang

Optical encoder displacement sensor

Dx: Khoảng dịch chuyển

N1: Số thập phân của vị trí ban đầu

N2: Số thập phân của vị trí sau dịch chuyển

do: Giá trị vách chia độ

Độ chính xác rất cao

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	7,62 MB