CamBien 4

Đo lường - cảm biến Cảm biến vị trí dịch chuyển Giới thiệu • Vị trí dịch chuyển thường hiểu việc đo lường khoảng cách hay đường từ điểm tới điểm khác • Đòi hỏi phép đo xác hàm truyền tuyến tính cảm biến liên quan • Để làm phép đo này, dùng cảm biến - Potentiometric Sensor - Gravitational Sensors - Capacitive Sensors - Inductive and Magnetic Sensors: - Optical sensors, ultrasonic sensors, … Đo lường – Cảm biến Cảm biến đo vị trí dạng điện trở Potentiometric Sensor Điện áp V tỉ lệ với độ dịch chuyển d Mặc dù đơn giản cảm biến điện trở có số nhược điểm: - Cần tải đáng kể - Cần có cấu kết nối với vật thể - Tốc độ chậm - Ma sát điện áp kích thích làm nóng cảm biến - Sự ổn định môi trường không cao Đo lường – Cảm biến Gravitational Sensors Một số dạng cảm biến thông dụng dùng trọng lực: - Cảm biến dạng phao - Cảm biến đo độ nghiêng (như hình) Đo lường – Cảm biến Cảm biến điện dung - Capacitive Sensors Nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung dựa thay đổi hình học, ví dụ thay đổi khoảng cách điện cực, thay đổi điện dung dựa vào xuất vật liệu dẫn điện hay điện môi Đo lường – Cảm biến Cảm biến điện dung • Proximity sensor – Cảm biến lân cận dạng điện dung Gồm dạng bản: - Dạng 1: Cho phép khoảng cách cực dịch chuyển (hình a) Vị trí thiết bị dịch chuyển tạo thay đổi vị trí điện môi điều làm thay đổi điện dung C Điện dung tỉ lệ nghịch với chuyển động Đầu tuyến tính khoảng cách cảm nhận nhỏ Đo lường – Cảm biến Cảm biến điện dung • Proximity sensor – Cảm biến lân cận dạng điện dung - Dạng 2: Cảm nhận dịch chuyển điện môi (hình b) Đầu tuyến tính tỉ lệ với độ rộng tụ điện, có tầm đo dịch chuyển lớn - Dạng 3: Cảm nhận dịch chuyển toàn tụ điện (hình c) (không cần tiếp xúc khí với vật thể) Bề mặt vật thể đóng vai trò cực tụ điện Đo lường – Cảm biến Cảm biến điện dung Cảm biến vi sai LVDT • Cảm biến dịch chuyển dựa nguyên lý máy biến áp • Hoạt động theo hai cách: – Khoảng cách cuộn dây máy biến áp thay đổi – Hệ số kết nối hai cuộn dây thay đổi việc dịch chuyển lõi thép cuộn dây giữ cố định Đo lường – Cảm biến LVDT - Linear Variable Differential Transformer Gồm cuộn sơ cấp hai cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp cấp nguồn sine ổn định tần số số (>= 10 lần tần số dịch chuyển lõi) Ngõ tuyến tính độ dịch chuyển nhỏ Đo lường – Cảm biến Eddy current sensors Đo lường – Cảm biến Eddy current sensors Đo lường – Cảm biến Encoder tăng – Incremental Encoder Cấu trúc Inc Encoder: - Các tín hiệu ra: A, B, Z - Các xung A B: Có nhiều độ phân giải khác cho vòng quay Ví dụ 2048 P/R (pulses per revolution) A B lệch pha 90 - Xung Z: Đưa xung cho vòng quay Các tín hiệu Inc Encoder A B Đo lường – Cảm biến Z Đo lường – Cảm biến Encoder tăng – Incremental Encoder A D Q D F/F F/R Chiều quay: Kiểm tra chiều quay sử dụng D Flip Flop B [1] Chiều quay thuận - A sớm pha 90 so với xung B  Ngõ D F/F “1” A B F/R [2] Chiều quay nghịch - B sớm pha 90 so với A  Ngõ D F/F “0” A B F/R Đo lường – Cảm biến Encoder tuyệt đối – Absolute Encoder Cấu trúc Abs Encoder - Nhiều lớp: ví dụ, 12-bit absolute encoder 12 lớp  Ưu điểm - Giá trị số hóa cho vị trí - Vị trí tuyệt đối nhận thời điểm  Khuyết điểm - Nhiều tín hiệu - Giá thành cao so với Inc Encoder - Số bit liên quan tới giá thành độ phân giải Đo lường – Cảm biến Angle Binary Decimal 0-45 000 45-90 001 90-135 010 135-180 011 180-225 100 225-270 101 270-315 110 315-360 111 Đo lường – Cảm biến Encoder tuyệt đối – Absolute Encoder Mã nhị phân Mã Grey (5-bit)  Dữ liệu đầu - Mã Grey dùng để hạn chế sai số đo  Mã Grey - Chỉ bit thay đổi chuyển vị trí Natural Binary Code Gray Code Decimal 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 10 1 1 1 11 1 1 0 0 31 Đo lường – Cảm biến Cảm biến tiếp cận • Cảm biến tiếp cận(điện dung hay điện cảm) dùng để cảm nhận khoảng cách • Hàm truyền phi tuyến • Các cảm biến tiếp cận thường dùng công tắc tác động đạt tới khoảng cách định trước Đo lường – Cảm biến Cảm biến tiếp cận điện cảm • Hoạt động: – Khi cảm biến tới gần bề mặt vật thể, độ tự cảm cuộn dây tăng bề mặt vật thể vật liệu từ – Khi dựa vào việc đo độ tự cảm để suy vị trí khoảng cách Đo lường – Cảm biến Cảm biến Hall d IC  Điện áp đầu phần tử Hall VH  K  IC  B  B d B IC - Điện áp Hall tỉ lệ với từ thông - Chiều điện áp Hall chiều từ thông VH Ví dụ, cảm biến Hall dùng cảm biến quay Đo lường – Cảm biến Cảm biến Hall Cảm biến Hall dùng phát vị trí rotor động BLDC Đo lường – Cảm biến Cảm biến quang dùng đo vị trí Cảm biến tiếp cận dạng phản xạ Thước quang – Linear encoder Đo lường – Cảm biến Thước quang Một mảng photovoltaic cell chuyển đổi tia sáng có cường độ sáng khác thành tín hiệu điện Absolute Incremental Đo lường – Cảm biến Đo khoảng cách dùng siêu âm laser Khoảng cách Lo tới vật thể tính dựa vào vận tốc v góc  Cảm biến siêu âm hoạt động dựa vào việc truyền nhận lượng sóng siêu âm Khi sóng siêu âm truyền tới vật thể, phần lượng bị phản xạ Cảm biến siêu âm dùng môi trường không khí Đo lường – Cảm biến Cảm biến laser ... Encoder - Số bit liên quan tới giá thành độ phân giải Đo lường – Cảm biến Angle Binary Decimal 0 -45 000 45 -90 001 90-135 010 135-180 011 180-225 100 225-270 101 270-315 110 315-360 111 Đo lường –... Encoder: - Các tín hiệu ra: A, B, Z - Các xung A B: Có nhiều độ phân giải khác cho vòng quay Ví dụ 2 048 P/R (pulses per revolution) A B lệch pha 90 - Xung Z: Đưa xung cho vòng quay Các tín hiệu Inc