Định nghĩa cảm biến, phân loại cảm biến Định nghĩa: Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lư
Trang 1Nội dung ôn thi
Lý thuyết:
1. Định nghĩa cảm biến, phân loại cảm biến
Định nghĩa: Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý
và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng có thể đo và xử lý được, hoặc dùng để điều khiển các thiết bị
Nguyên lý chung: biến đổi đại lượng cần đo thành tín hiệu điện nhờ các hiệu ứng cơ -
điện hoặc các hiệu ứng điện từ thuần túy
Các bộ cảm biến được phân loại theo đặc trưng sau đây:
o Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng kích thích
o Phân loại theo dạng kích thích
o Phân loại theo phạm vi sử dụng
o Phân loại theo thông số mô hình mạch thay thế
o Phân loại theo các dạng cảm biến
+ Vật lý: Cơ, Hình học, Nhiệt, Thủy lực, Điện, Quang
+ Hóa học: Khí, Điện hóa, Trắc quang (Photometric),Các phương pháp Hóa Lý, Phân tích sinh học (Bioanalys)
o Phân loại theo cách giao tiếp của cảm biến với đối tượng
+ Không tiếp xúc :Noncontacting (noninvasive)
+ Tiếp xúc trên da: Skin surface (contacting)
+ Đưa vào trong: Indwelling (xâm lấn tối thiểu - minimally invasive)
+ Đưa sâu vào trong: Implantable (xâm lấn - invasive)
o Phân loại theo các đại lượng Vật lý và Cảm biến
+ Hình học: Sức căng, Thời gian truyền sóng âm
+ Động học: Đầu đo vận tốc, Đầu đo gia tốc
+ Lực: Đầu đo tải trọng
+ Thủy lực: Cảm biến thủy lực, Cảm biến dòng chảy
+ Nhiệt độ: Nhiệt kế, Cảm biến dòng nhiệt
2. Nêu các đặc tính chung của cảm biến quang
- Dòng điện vùng tối: điện tích tự do, nhiệt độ
• Ảnh hưởng độ nhạy, sai số
• Giảm Io
- Nhận được ánh sáng thích hợp, sinh ra dòng Ip
- Dòng điện tổng hợp: I = Io + Ip
- Độ nhạy: S= =
- Bộ nhạy quang:
• Độ nhạy
• Độ phân giải
• Độ ồn
• Độ nhạy phổ
• Thời gian phản ứng
- Sợi quang dẫn: dẫn truyền ánh sáng dùng phản xạ toàn phần, lõi sợi
thủy tinh chiết suất lớn hơn chiết suất vỏ ( Itới > I giới hạn)
=> Mục đích: bảo toàn năng lượng ánh sáng
Trang 2Tạo chùm ánh sángChọn ánh sáng phù hợp Hấp thụ một loại ánh sáng đơn sắc Đo cường độ phát sángTạo ra màu dung dịch
3. Nêu cấu tạo, hoạt động của các cảm biến trong phép đo những thông
số của dòng chất lỏng chuyển động.
1. Phép đo áp suất: Những cảm biến đo áp suất sử dụng trong Y Sinh (biomedical)
như đo huyết áp
Cấu trúc gồm: Cổng áp, mái vòm, màng đàn hồi, 4 cảm biến đo sức căng dây,
vỏ, dây dẫn điện và thông hơi
Hoạt động: Cấu trúc này được sử dụng cho trường hợp chất lỏng có thể tiếp
xúc trực tiếp với cảm biến Trong trường hợp này chất lỏng cần đo sẽ được đưa vào một buồng có vách ngăn với môi trường xung quanh Ở phía đối diện với lối vào của chất lỏng là một màng đàn hồi.Khi có một áp lực nén lên màng đàn hồi nó sẽ làm cho màng dịch chuyển Độ dịch chuyển này được đo bằng các cảm biến dịch chuyển
2. Phép đo luồng chất khí và lỏng (vận tốc, lưu lượng): Phép đo các thông số của luồng chuyển động của chất khí và lỏng trong cơ thể con người là một trong những phép
đo khó nhất của kỹ thuật Y Sinh
Cấu tạo: Như vậy, đa số những cảm biến luồng bắt buộc phải có ống dẫn với
một diện tích mặt cắt ngang đặc biệt Loại cảm biến luồng được thường xuyên
sử dụng trong hệ thống Y Sinh là lưu lượng kế điện từ.Thiết bị này gồm có một nam châm phát ra một từ trường vuông góc với chiều chuyển động của chất lỏng (ví dụ như máu) Một cặp điện cực điện thế sinh học rất nhỏ gắn liền đối với thành ống sao cho đường kính của thành ống nối hai điện cực vuông góc với phương của từ trường
Hoạt động: Khi có luồng chất lỏng chảy qua ống (ví dụ như máu), những Ion
chuyển động theo dòng chảy của bị từ trường làm lệch đi theo chiều ngang và làm xuất hiện trên cặp điện cực một hiệu điện thế
4. Nội dung của phương pháp so màu quang điện, so đồ khối thiết bị đo
quang
Đo màu quang điện: Nội dung của phương pháp: xác định nồng độ của
dung dịch cần nghiên cứu dựa trên việc so sánh cường độ màu với dung dịch tiêu chuẩn
có nồng độ xác định dựa trên hiệu ứng quang điện
Sơ đồ khối máy đo quang:
Trang 35. Nêu cấu tạo, hoạt động của các loại cặp nhiệt điện
Cặp nhiệt điện (Can nhiệt).
Khi nhiệt độ trên hai đầu của một cặp dây dẫn hay dây làm từ chất bán dẫn khác nhau
có sự chênh lệch, giữa chúng sẽ xuất hiện một hiệu điện thế tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ Cặp nhiệt điện được tạo ra bằng cách nối một dây kim loại hay hợp kim A với dây kim loại hay hợp kim B như trong Hình 3.2 Đầu nối sẽ là đầu cảm nhận nhiệt độ, đầu còn lại là đầu đo
Hình 3.2 Mạch đo cho một cặp nhiệt điện khi dụng cụ đo điện áp (vôn kế) mắc vào
điểm giữa của một trong những dây cặp nhiệt điện (a) và mắc tại tại đầu tiếp xúc lạnh (b)
Khi những đầu nối này có nhiệt độ khác nhau, trên von kế sẽ xuất hiện hiệu điện thế tương ứng với độ chênh lệch nhiệt độ Hiệu ứng Seebeck chỉ xảy ra khi dây A và B khác nhau
về bản chất, nghĩa là có hệ số Seebeck khác nhau Điện áp này có thể được biểu diễn gần
đúng (trong một khoảng nhiệt độ nhỏ) qua phương trình tuyến tính
V = SAB (Ts – Tr) ở đây SAB là hệ số Seebeck cho cặp nhiệt điện chế tạo từ kim loại
hay hợp kim A và B
Trong kỹ thuật Y Sinh những cặp nhiệt điện có thể được làm từ những dây dẫn rất mảnh có thể đặt thẳng vào trong mô hoặc đặt trong lòng những ống kim loại nhỏ dạng kim tiêm đưa vào dưới da để đo nhiệt độ tức thời tại các mô
Bảng 3.3 Những cặp nhiệt điện thông dụng
Hệ số Seebeck,
C
V/o
µ
Khoảng đo,
C
o
S
T
K
I
E
Platin/Platin10%Rhodi
Đồng/Constantan
Chromel/Alumel
Sắt/Constantan
Chromel/Constantan
6 50 41 53 78
0 – 1700 -190 – 400 -200 - 1370 -200 - 760 -200 - 970
Bài tập:
- Tất cả các dạng bài tập đã cho (lý thuyết + thực hành)