Đang tải... (xem toàn văn)
tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bộ tự động hóa, điện tử, cơ điện tử, cơ khí chế tạo máy, lập trình nhúng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ
Chương Cảm biến đo vận tốc, gia tốc rung Cảm biến đo vận tốc Cảm biến đo gia tốc Cảm biến đo rung Cảm biến đo vận tốc a) Giới thiệu Vận tốc (tuyến tính/dài): Thể mức độ thay đổi vị trí đối tượng Là đại lượng vectơ: có hướng độ lớn • Hướng hướng di chuyển vật • Độ lớn (tốc độ) xác định mức độ nhanh đối tượng di chuyển Đơn vị đo: chiều dài/thời gian (km/h, m/s, …) Vận tốc góc: Thể mức độ thay đổi vị trí góc đối tượng Là đại lượng vectơ Đơn vị đo: góc quay/thời gian (vòng/phút, rad/s) Cảm biến đo vận tốc b) Đo vận tốc tuyến tính Nguyên lý đo Dựa vào cảm ứng điện từ Dựa vào sai lệch dịch chuyển Dựa vào dịch chuyển Doppler Chuyển từ vận tốc tuyến tính sang vận tốc góc Cảm biến đo vận tốc b) Đo vận tốc tuyến tính Cảm biến vận tốc điện từ Khi cuộn dây di chuyển nam châm di chuyển từ trường biến thiên cuộn dây sinh hiệu điện cảm ứng e0 = BLV B: Cường độ từ trường L: Chiều dài cuộn dây V: vận tốc di chuyển Cảm biến đo vận tốc b) Đo vận tốc tuyến tính Dựa vào sai lệch dịch chuyển Cảm biến đo vận tốc b) Đo vận tốc tuyến tính Dựa vào dịch chuyển Doppler Phát sóng tới vật, sau nhận sóng phản hồi Đo bước sóng phản hồi tính vận tốc Cảm biến đo vận tốc b) Đo vận tốc tuyến tính Chuyển từ vận tốc tuyến tính sang vận tốc góc Thảo luận: - Nguyên lý súng bắn tốc độ CSGT? - Nguyên lý đồng hồ tốc độ xe? Cảm biến đo vận tốc c) Đo vận tốc góc Máy phát tốc – Tachogenerator Tạo điện áp tỉ lệ với vận tốc góc trục quay ngõ vào DC: tạo mức điện áp tỉ lệ với tốc độ AC: tạo điện áp AC với tần số tỉ lệ với tốc độ Tachometer Cảm biến đo vận tốc c) Đo vận tốc góc Tốc độ kế xung Từ trở biến thiên 1) Đĩa quay (bánh răng) 2) Cuộn dây 3) Nam châm vĩnh cửu Cấu tạo: - Đĩa quay - Cuộn dây có lõi sắt từ - Nam châm vĩnh cửu - Đĩa quay Hoạt động: Khi đĩa quay → khe hở δ biến thiên → từ trở mạch từ biến thiên → Φ qua cuộn dây biến thiên → cuộn dây xuất s.đ.đ cảm ứng (e) có tần số (f) tỉ lệ với tốc độ quay (n): f=n.p (p: số đĩa) Biên độ E phụ thuộc hai yếu tố: - Khoảng cách cuộn dây đĩa quay: khoảng cách lớn E nhỏ - Tốc độ quay: Tốc độ quay lớn, E lớn 1 Cảm biến đo vận tốc c) Đo vận tốc góc Tốc độ kế xung Quang - Nguồn sáng diot phát quang - Đĩa quay: đặt nguồn sáng đầu thu, có lỗ bố trí cách vòng tròn - Đầu thu photodiode phototranzitor Hoạt động - Khi đĩa quay, đầu thu chuyển mạch nguồn sáng, lỗ, nguồn phát sáng thẳng hàng 1) Nguồn sáng 2) Thấu kính hội tụ 3) Đĩa quay 4) Đầu thu quang - Đầu thu quang nhận thông lượng ánh sáng thay đổi phát tín hiệu có tần số tỉ lệ với tốc độ quay biên độ không phụ thuộc tốc độ quay 1 Cảm biến đo vận tốc c) Đo vận tốc góc Tốc độ kế xung Encoder gì? Cảm biến đo gia tốc Phương pháp đo: Gia tốc nhỏ có dao động tầm tần số thấp (f = ÷ ~20 Hz): dùng cảm biến đo dịch chuyển cảm biến đo biến dạng Gia tốc rung (tần số vài trăm Hz): dùng cảm biến từ trở biến thiên, cảm biến đo biến dạng (kim loại áp điện trở) Gia tốc rung ( tần số trung bình tương đối cao: ~10kHz): dùng gia tốc kế áp trở áp điện Gia tốc va đập, gia tốc tốc có dạng xung: dùng cảm biến gia tốc có dải thơng rộng hai phía tần số thấp cao 2 Cảm biến đo gia tốc Gia tốc kế áp trở (Piezoresistive Acceleration) Gia tốc kế áp điện (Piezoelectric Acceleration) 2.1 Gia tốc kế áp điện Các tinh thể áp điện cắt hay căng theo cách: Cắt Uốn Nén Dạng nén PRELOAD STUD HOUSING PIEZOELECTRIC CRYSTAL(S) SEISMIC MASS + + ELECTRODE + + - - - + + + + - - - + + - + + - BUILT-IN ELECTRONICS SIGNAL (+) GROUND (-) Dạng nén PRELOAD STUD INCREASES STIFFNESS OF ELEMENT CAUSING HIGH RESONANCE + + - + + - - - + + + + - - - + + - + + - THERMAL TRANSIENTS CAUSE METALS TO EXPAND AND CONTRACT STRESSING CRYSTALS ALONG SENSITIVE AXIS STRAIN WAVES TRAVEL UNIMPEDED DIRECTLY INTO CRYSTAL Dạng nén Dạng uốn SEISMIC MASS PIEZOELECTRIC CRYSTAL + - + + + + + + - - - - - - BUILT-IN ELECTRONICS HOUSING SIGNAL (+) GROUND (-) Dạng uốn + - + + + + + + - - - - - - - PIEZOELECTRIC CRYSTAL HAS NO PRELOAD RESULTING IN A LOW RESONANCE TEMPERATURE CHANGES CAN ONLY REACH ELEMENT BY RADIATION THERMAL STRESS IS ALONG NON-SENSITIVE AXIS STRAIN WAVES ARE SHUNTED BY FULCRUM Dạng cắt BUILT-IN ELECTRONICS PRE-LOAD RING MASS + + + + + - - + + + + + PIEZOELECTRIC CRYSTAL HOUSING SIGNAL GROUND (Case) Dạng cắt + + + + + - - + + + + + THERMAL TRANSIENTS CAUSE STRESSES ALONG THE NONSENSITIVE AXIS STRAIN WAVES ARE SHUNTED AT POST 2.2 Gia tốc kế áp trở Cấu tạo: Cảm biến đo rung Rung động tượng thường gặp kỹ thuật, ảnh hưởng lớn đến tính làm việc, độ an tồn tuổi thọ máy móc, thiết bị Độ rung đặc trưng độ dịch chuyển (z), tốc độ (v) gia tốc (a) điểm vật rung ⇒ Đo rung: đo đặc trưng ⇒Cảm biến đo rung: cảm biến đo dịch chuyển, cảm biến đo tốc độ cảm biến đo gia tốc ... (kim loại áp điện trở) Gia tốc rung ( tần số trung bình tương đối cao: ~10kHz): dùng gia tốc kế áp trở áp điện Gia tốc va đập, gia tốc tốc có dạng xung: dùng cảm biến gia tốc có dải thơng rộng... trưng độ dịch chuyển (z), tốc độ (v) gia tốc (a) điểm vật rung ⇒ Đo rung: đo đặc trưng ⇒Cảm biến đo rung: cảm biến đo dịch chuyển, cảm biến đo tốc độ cảm biến đo gia tốc ... rộng hai phía tần số thấp cao 2 Cảm biến đo gia tốc Gia tốc kế áp trở (Piezoresistive Acceleration) Gia tốc kế áp điện (Piezoelectric Acceleration) 2.1 Gia tốc kế áp điện Các tinh thể áp điện cắt