Thiếtkế nguyênlý mạch xử lý, tín hiệu đo lường tần số,biên độ dao động rung,Nghiên cứu thiết kế và chế tạo ,thiết bị rung khử ứng suất dư, ứng dụng cho chi tiết cơ khí ,dạng hàn và đúc, có trọng lượng ,và kích thước lớn
BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ “Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ khí tự động hóa” MÃ SỐ: KC.03.27/11-15 BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ SỐ 3.3 Thiết kế nguyên lý mạch xử lý tín hiệu đo lường tần số biên độ dao động rung ĐỀ TÀI/DỰ ÁN SXTN: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị rung khử ứng suất dư ứng dụng cho chi tiết khí dạng hàn đúc có trọng lượng kích thước lớn” Mã số: KC.03.27/11-15 Cơ quan chủ trì đề tài/dự án: Học viện KTQS Chủ nhiệm đề tài/dự án: TS Nguyễn Văn Dương Người thực chuyên đề (Họ tên chữ ký) Trần Công Thành Hà Nội – 2014 MỤC LỤC Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ DAO ĐỘNG RUNG 1.1 Khái niệm dao động rung 1.2 Tính chất dao động rung 1.3 Các nguyên nhân tạo nên Dao động rung CHƯƠNG PHÂN TÍCH TÍN HIỆU DAO ĐỘNG RUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO 2.1 Phân tích Dao động rung 2.2 Đánh giá Dao động rung 2.3 Tỷ lệ tuyến tính logarit 2.4 Mô tả Dao động rung máy 2.5 Nguyên lý làm việc thiết bị đo Dao động rung CHƯƠNG THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA THIẾT BỊ ĐO DAO ĐỘNG RUNG 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị rung khử ứng suất dư 3.2 Sơ đồ khối thiết bị đo dao động rung 3.3 Nguyên lý khối chức 3.2.1 Khối nguồn: 3.2.2 Khối cảm biến 3.2.3 Khối xử lý tín hiệu khuếch đại trung gian 3.3 Khối chuyển đổi ADC giao tiếp máy tính KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC MỞ ĐẦU a) Mục đích nghiên cứu Chuyên đề thực với mục đích sau đây: - Tìm hiểu tổng quan dao động rung; - Phân tích tín hiệu dao động rung phương pháp đo; - Thiết kế nguyên lý mạch xử lý tín hiệu đo lường tần số biên độ dao động rung b) Giới hạn phạm vi nghiên cứu Nội dung chuyên đề tập trung nghiên cứu sở lý thuyết tính hiệu dao động rung, lựa chọn xử lý tín hiệu đo, Thiết kế nguyên lý mạch xử lý tín hiệu đo lường tần số biên độ dao động rung CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ DAO ĐỘNG RUNG 1.1 Khái niệm dao động rung Dao động rung đơn giản di chuyển qua lại máy phận máy Tất thành phần máy di chuyển qua lại hay dao động qua lại Dao động rung Dao động rung có nhiều dạng khác Một thành phần máy dao động khoảng cách lớn nhỏ, nhanh chậm cảm nhận âm nhiệt Dao động rung máy thường cố ý tạo nhờ thiết kế máy tùy vào mục đích sử dụng máy sàng rung, phễu nạp liệu, băng tải, máy đánh bóng, máy dầm đất, v.v… Hình 1.1 Dao động rung máy để đo dao động rung phải có dụng cụ đo, thông thường công nghiệp dao động rung đo cảm biến phương pháp tiện lợi truyền tín hiệu Dao động rung xa không ảnh hưởng tới làm việc hệ thống cần xác định dao động rung 1.2 Tính chất dao động rung Dao động rung Dao động tuần hồn, Dao động rung ngẫu nhiên Dao động rung tắt dần Trong phổ biến Dao động rung tuần hồn Dao động rung máy có tính tuần hồn, xác định qua ba thông số bản: chuyển vị, vận tốc, gia tốc Mối quan hệ chuyển vị gia tốc vận tốc ứng với tần số Dao động rung, cho thấy: - Chuyển vị cao tần số thấp, cần đo chuyển vị tần số Dao động rung thấp - Vận tốc có giá trị khơng đổi tần số thay đổi thể rõ khoảng tần số trung bình Vì vậy, đo vận tốc Dao động rung thường áp dụng giám sát Dao động rung liên tục - Gia tốc cao tần số Dao động rung cao Vì vậy, đo gia tốc thường áp dụng giám sát rung đơng có tần số Dao động rung lớn Nếu đo gia tốc Dao động rung suy vận tốc chuyển vị phép tích phân Tuy nhiên để có gia tốc cách lấy vi phân từ vận tốc tín hiệu dễ bị nhiễu tính chất mạch điện tử vi phân khơng chống nhiễu tốt mạch tích phân Dao động rung ngẫu nhiên, thường xảy cách tự nhiên đặc trưng trình chuyển động bất thường khơng lặp lại cách xác Dao động rung tức thời, Dao động rung không liên tục (tắt dần) Dao động rung xung va đập Xung va đập Dao động rung có tần số cao rung động tắt dần Đo xung va đập phương pháp phân tích Dao động rung phổ biến 1.3 Các nguyên nhân tạo nên Dao động rung Có nhiều nguyên nhân khác gây Dao động rung cho thiết bị, máy hệ thống sản xuất như: - Mất cân - Không đồng trục - Các mối lắp ghép bị lỏng - Cộng hưởng dao động - Trục bị cong - Thiết bị không phù hợp Dưới đề cập đến số ngun nhân gây Dao động rung, từ phát đưa giải pháp tạo Dao động rung - Mất cân : Sự phân bố khối lượng không đồng phận quay gây nên cân Sự phân bố khối lượng khơng đồng mơ hình hóa điểm gọi đốm nặng Giá trị cân = trọng lượng cân × khoảng cách từ tâm quay đến vị trí trọng lượng cân Hoặc: Giá trị cân = trọng lượng đĩa quay x khoảng cách tâm quay với đĩa tâm Hình 1.2 Nguyên lý tạo dao động Như trình bày hình 1.3 cân nghiêm trọng thường tạo biên độ cao bất thường vận tốc tới hạn biên độ giảm xuống sau vượt qua vận tốc tới hạn Tuy nhiên sau giảm xuống biên độ lớn so với biên độ rơto cân Hình 1.3 Đáp ứng trạng thái rotor Khi đốm nặng diện mặt phẳng đơn gọi cân tĩnh Khi đốm nặng diện mặt phẳng gọi cân động Trong trường hợp này, đặt trục lên đồ gá khơng thấy tình trạng cân Lực ly tâm không cân gây Dao động rung Đây sở để thiết kế chọn thiết bị tạo dao động chuyên đề trước Căn tính chất đặc điểm dao động rung thiết bị rung chọn ta cần có phương án đo dao động rung Chuyên đề tập trung Nghiên cứu Thiết kế nguyên lý mạch xử lý tín hiệu đo lường tần số biên độ dao động rung CHƯƠNG PHÂN TÍCH TÍN HIỆU DAO ĐỘNG RUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO 2.1 Phân tích Dao động rung Theo phép phân tích Fourier đường cong tuần hồn bất kỳ, cho dù phức tạp đến đâu, biểu diễn tập hợp đường cong hình sin túy Số phần tử tập hợp vô hạn Số phần tử lớn, đường cong có trùng khớp với đường cong cần phân tích a = a1 + a2 Năm 1965 hai nhà bác học J W Cooley J W Tukey đề xuất cách chuyển phép phân tích Fourier sang dạng logarit gọi phương pháp chuyển đổi Fourier nhanh FFT (Fast Fourier Transformation) Phương pháp công cụ hiệu để phân tích Dao động rung với trợ giúp máy tính 2.2 Đánh giá Dao động rung Các đơn vị đo lường Dao động rung thường là: mm, mm/s, m/s2 Ngoài để đánh giá Dao động rung người ta áp dụng số giá trị đo như: giá trị đỉnh (Xp), “đỉnh đến đỉnh” (Xp-t-p), trị tuyệt đối giá trị trung bình giá trị mức quân phương (RMS) Giá trị Xp-t-p Xp tương ứng với đỉnh chuyển vị Hai giá trị thích hợp cho Dao động rung điều hòa đơn giản, chúng phụ thuộc vào độ lớn tức thời Dao động rung không cho thấy đặc tính Dao động rung khoảng thời gian - Trị tuyệt đối giá trị trung bình xác định theo cơng thức sau: Mặc dù thông số xác định khoảng thời gian chu kỳ T hay xác định giới hạn quan tâm Tuy nhiên giá trị không quan hệ trực tiếp đến thông số vật lý Dao động rung thường dùng - Giá trị RMS xác định khoảng thời gian định sử dụng phổ biến Giá trị cho công thức sau: T a ( t ).dt T ∫ ar m.s = Trong đó: ar.m.s giá trị hiệu dụng gia tốc rung r.m.s, tính mét giây bình phương a(t) gia tốc rung, tính mét giây bình phương T khoảng thời gian đo, tính giây Giá trị RMS có quan hệ trực tiếp đến thành phần lượng Dao động rung sử dụng phổ biến thiết bị đo Dao động rung 2.3 Tỷ lệ tuyến tính logarit Trong thực tế, khoảng giá trị Dao động rung rộng vận tốc gia tốc Dao động rung thường đo thang tuyến tính hay thang logarit với đơn vị đo dB Cụ thể sau: Mức gia tốc rung La, tính dexiben, tính theo cơng thức sau: La = 20 log (A/Ao) Trong đó: A gia tốc rung, tính mét giây bình phương, đo trực tiếp máy theo giá trị r.m.s tính theo biểu thức sau: A= [∑ A n x 10 an / 10 ] 1/ An giá trị gia tốc rung hiệu dụng tần số n Hz; tính mét giây bình phương; an hệ số theo dải tần số n Hz; Ao = 10-5 m/s2 Ngoài kỹ thuật đo Dao động rung nhiều kiểu thang đo khác tùy trường hợp cụ thể mà sử dụng loại thang đo phù hợp 2.4 Mô tả Dao động rung máy Để phân tích xác Dao động rung, cần thiết phải mô tả Dao động rung theo cách thức quán đảm bảo độ tin cậy Sự phân tích Dao động rung dựa mơ tả số mô tả lời nói, giúp cho việc phân tích truyền đạt xác Có hai số quan trọng mô tả Dao động rung máy biên độ (amplitude) tần số (frequency) Biên độ mô tả mức độ Dao động rung tần số mô tả tốc độ dao động Dao động rung Cả biên độ tần số Dao động rung cung cấp sở cho việc xác định thông số Dao động rung Biên độ Dao động rung độ lớn Dao động rung Một máy với biên độ Dao động rung lớn có chuyển động dao động mạnh, nhanh lớn Vì mà biên độ lượng Dao động rung Nói chung, mức độ hay biên độ Dao động rung liên hệ tới: (a) khoảng chuyển động Dao động rung (b) tốc độ chuyển động (c) lực kết hợp với chuyển động Nhưng hầu hết trường hợp, tốc độ biên độ vận tốc (velocity amplitude) máy cho thông tin hữu ích tình trạng máy Vậy vận tốc gì? Nó đơn giản tốc độ đo theo chiều xác định Hình 2.1 Vận tốc quay theo thời gian Biên độ vận tốc biểu diễn theo thuật ngữ peak value (giá trị đỉnh) RMS (root-mean-square value – giá trị hiệu dụng) Biên độ vận tốc tối đa hay đỉnh (peak) Dao động rung đơn giản giá trị tốc độ Dao động rung maximum (peak) có dao động chu kỳ thời gian Trái ngược với biên độ vận tốc tối đa, biên độ vận tốc RMS Dao động rung cho biết lượng Dao động rung Năng lượng Dao động rung cao, biên độ RMS lớn Cụm từ “root-mean-square“ thường viết tắt RMS biên độ RMS luôn thấp biên độ tối đa hay biên độ đỉnh (peak amplitude) 11 Hình 2.3 Thơng tin biểu đồ sóng Những thơng tin mà dạng sóng cho biết, phụ thuộc vào khoảng thời gian độ phân giải dạng sóng (waveform) Thời khoảng waveform tổng chu kỳ thời gian qua mà biết từ waveform Trong hầu hết trường hợp, vài giây đủ Độ phân giải waveform số đo mức độ chi tiết waveform xác định số điểm liệu mơ tả hình dạng waveform Nếu nhiều điểm biểu đồ waveform chi tiết - Biểu đồ dạng phổ: Một loại biểu diễn khác thường sử dụng phổ biến phân tích Dao động rung biểu đồ phổ (spectrum) Một spectrum biểu đồ biểu diễn tần số thành phần Dao động rung với biên độ tần số Hình ví dụ spectrum vận tốc Nhưng thành phần máy mà lại có đồng thời Dao động rung nhiều tần số 12 Hình 2.4 Thơng tin biểu đồ dạng phổ Trả lời nằm thực tế rằng, Dao động rung máy, khác với chuyển động dao động đơn giản lắc, khơng có chuyển động Dao động rung đơn giản mà thông thường bao gồm nhiều chuyển động Dao động rung xảy đồng thời Lấy ví dụ: spectrum vận tốc gối đỡ thường cho thấy vòng bi Dao động rung không tần số mà nhiều tần số khác Sự Dao động rung vài tần số chuyển động chi tiết vòng bi, ngồi tần số khác tác động bánh có tần số khác quay tròn cánh quạt làm mát motor Một spectrum cho thấy tần số mà xảy Dao động rung nên cơng cụ phân tích Dao động rung hữu ích Bằng việc phân tích tần số riêng thành phần máy Dao động rung biên độ tương ứng với tần số đó, tìm có liên phân tích Dao động rung Ngược lại, waveform lại không cho thấy cách rõ ràng tần số mà xảy Dao động rung Thay vào đó, waveform lại biểu diễn giá trị tổng thể overall Cho nên không dễ dàng đánh giá dao động rung biểu đồ waveform Cho nên ngoại trừ có vài trường hợp đặc biệt, spectrum đóng vai trò cơng cụ quan trọng cho việc phân tích Dao động rung Các thông tin mà spectrum chứa đựng phụ thuộc vào giá trị Fmax (tần số maximum) độ phân giải (resolution) spectrum Fmax giới hạn tần số spectrum biểu diễn Giá trị Fmax phụ thuộc vào tốc độ vận hành máy Tốc độ vận hành cao Fmax phải cao Độ 13 phân giải spectrum số đo mức độ chi tiết spectrum, xác định số đường phổ mô tả hình dạng biểu đồ spectrum Càng nhiều đường phổ mức độ chi tiết spectrum cao 2.5 Nguyên lý làm việc thiết bị đo Dao động rung Spectrum (biểu đồ dạng phổ) Khi đo Dao động rung máy thường đo spectrum Dao động rung, mà spectrum thành phần Dao động rung nói cho biết thơng tin có giá trị đạt độ xác Những điều cần phải ý để đảm bảo số đo xác : - Cách gắn cảm biến đo Dao động rung - Xác định cần cài đặt thông số đo - Cách lấy số đo cách có hệ thống Trước lấy số đo Dao động rung, ta phải gắn cảm biến mà theo dõi Dao động rung máy đo Có nhiều loại cảm biến đo Dao động rung khác Tuy nhiên loại gia tốc kế accelerometer thường sử dụng có nhiều ưu điểm loại khác Gia tốc kế cảm biến mà tạo tín hiệu điện mà tỉ lệ với gia tốc thành phần Dao động rung Hình 2.5 Sơ đồ thu thập liệu dao động rung Vậy gia tốc thành phần Dao động rung số đo lượng 14 thay đổi vận tốc thành phần Dao động rung Tín hiệu gia tốc tạo gia tốc kế gắn thiết bị đo Dao động rung chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu vận tốc Phụ thuộc vào lựa chọn người sử dụng, tín hiệu biểu diễn thành biểu đồ dạng sóng vận tốc hay biểu đồ phổ vận tốc Một phổ vận tốc chuyển đổi từ biểu đồ waveform vận tốc công thức toán học gọi Fast Fourier Transform hay FFT (gọi chuyển đổi Fourier) - Xử lý liệu Khi đo Dao động rung có nhiều dạng phổ đo sau đo lấy trung bình để dạng phổ trung bình Một dạng phổ trung bình biểu diễn cách thức Dao động rung tốt mà phép xử lý trung bình làm tối thiểu ảnh hưởng thay đổi ngẫu nhiên hay xung nhiễu thường có Dao động rung Giá trị trung bình tuyến tính đề nghị cho hầu hết trường hợp Giá trị trung bình số mũ thường sử dụng cách thức dao động rung thay đổi đáng kể theo thời gian Thông số xác định số dạng phổ liền sử dụng để tính trung bình, dạng phổ sử dụng lớn, xung nhiễu giảm dạng phổ biểu diễn xác Hình 2.6 Xử lý liệu bình quân Tuy nhiên, số lần trung bình lớn liệu cần thu thập nhiều, thời gian để có biểu đồ dạng phổ trung bình Số lần lấy trung bình đủ cho hầu hết trường hợp Dữ liệu thu thập không sử dụng trực tiếp để tạo dạng phổ mà thường đưa sửa chữa trước để phục vụ cho yêu cầu q trình xử lý FFT (Fast Fourier Transform trình chuyển đổi liệu thành biểu đồ dạng phổ) Dữ liệu 15 thường sửa chữa phép tính nhân hệ số hiệu chỉnh Điều ngăn ngừa đường phổ không bị nhòe hay rò sang khác Thơng số mà xác định cách thức mà dạng phổ hiển thị kê với đơn vị tính Để xác định cách dạng phổ biểu diễn, tỉ lệ chia dạng phổ cần xác định Tỉ lệ chia dạng phổ xác định cách chi tiết dạng phổ thấy dễ dàng xác định thông số “Amplitude scale” tỉ lệ biên độ Trong hầu hết trường hợp, “Amplitude scale” tuyến tính Để xác định cách mà dạng phổ hiển thị, cần xác định loại biên độ sử dụng Ở phần trước xác định có loại biên độ biên độ đỉnh “peak” biên độ hiệu dụng rms Nếu sử dụng biên độ đỉnh hay biên độ “0peak”, dạng phổ biểu diễn tốc độ tối đa đạt thành phần dao động rung tần số dao động rung khác Mặt khác, sử dụng biên độ hiệu dụng “rms”, thay vào biểu diễn lượng lượng dao động rung tần số khác Đối với dạng phổ dao động rung, biên độ đỉnh tần số riêng xác bậc hai lần (1,4 lần) biên độ hiệu dụng rms tần số Vì loại biên độ sử dụng không thật quan trọng mà thực chuyển đổi đơn vị nhanh chóng (Đối với phổ, biên độ đỉnh bậc hai biên độ hiệu dụng rms Mối quan hệ khơng có giá trị biểu đồ dạng sóng waveform) Hình 2.7 Giá trị biên độ hiệu dụng Chúng ta nên sử dụng loại biên độ cho điểm đo để tránh hiểu sai Một chuyển đổi từ biên độ rms sang biên độ đỉnh gây gia tăng biên độ dao động rung mà đánh giá sai giá trị dao động rung Mặt khác, 16 chuyển đổi từ biên độ đỉnh sang biên độ hiệu dụng rms khơng thấy gia tăng thực biên độ Dao động rung Tóm lại, việc thiết kế thiết bị đo dao động rung cần xác định thông số biên độ (amplitude) tần số (frequency) Bên cạnh gia tốc thành phần dao động rung thông số đo lượng thay đổi vận tốc thành phần dao động rung Tín hiệu gia tốc tạo gia tốc kế gắn thiết bị đo dao động rung chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu vận tốc Phụ thuộc vào lựa chọn, tín hiệu biểu diễn thành biểu đồ dạng sóng vận tốc hay biểu đồ phổ vận tốc Một phổ vận tốc chuyển đổi từ biểu đồ dạng sóng vận tốc cơng thức tốn học gọi Fast Fourier Transform hay FFT (gọi chuyển đổi Fourier) 17 CHƯƠNG THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA THIẾT BỊ ĐO DAO ĐỘNG RUNG 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị rung khử ứng suất dư Cảm biến Tín hiệu điều khiển Thiết bị tạo dao động Thiết bị đo dao động rung Hiển thị đo lường Phản hồi ổn định tần số Tín hiệu thị đo lường Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị rung Nguyên lý chung hệ thống điều khiển thiết bị rung khử ứng suất dư sau: Cảm biến gia tốc cảm biến thông số dao động đưa thiết bị đo xử lý tín hiệu, Thiết bị đo dao động rung cho ta giá trị thông số biên độ đưa vào thị đo, đồng thời lấy tín hiệu biên độ tần số phản hồi hệ thống điều khiển tạo tín hiệu điều khiển thiết bị dao động với tần số mong muốn 3.2 Sơ đồ khối thiết bị đo dao động rung Khối cảm biến Khối xử lý tín hiệu Khối khuếch đại Khối chuyển đổi ADC Khối nguồn Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống đo Dao động rung Khối hiển thị đo điều khiển 18 - Khối Cảm biến: Đây phận cảm biến gia tốc kế (biến tín hiệu khơng điện thành tín hiệu điện) - Khối xử lý tín hiệu: Khối có nhiệm vụ xử lý tín hiệu đầu vào đưa vào khuếch đại - Khối khuyếch đại trung gian: Bộ phận có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu từ Sensor sau xử lý tín hiệu - Khối chuyển đổi tương tự số: Khối Analog(tín hiệu liên tục) sang Digital (tín hiệu số) có nhiệm vụ phân tích tín hiệu tương tự cần đo mã hố tín hiệu đưa sang thị số - Khối hiển thị: Khối có nhiệm vụ đọc tín hiệu hiển thị số liệu đo, khối kênh đo - Khối nguồn: Khối có nhiệm vụ cung cấp điện áp (nguồn nuôi) cho tất khối tạo nguồn ổn định 3.3 Nguyên lý khối chức 3.2.1 Khối nguồn: - Một máy biến áp: với sơ cấp lấy điện 220V, f = 50Hz Thứ cấp chia làm hai cuộn có điểm chung Đây biến áp trung tính - diod tạo thành chỉnh lưu cầu - Dùng IC ổn áp 7812, 7912 tạo nguồn E1 = ± 12V dùng IC ổn áp 7805 tạo nguồn E2 = + 5V 19 - Dùng tụ hoá để lọc Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 3.2.2 Khối cảm biến Cảm biến rung cảm biến dịch chuyển, cảm biến tốc độ cảm biến gia tốc để đảm bảo độ xác chọn cảm biến gia tốc kế chuyển đổi sang vận tốc tần số qua phép lấy tích phân cho ta độ xác lấy vi phân để chuyển gia tốc, ta mô tả nguyên lý hoạt động chúng mơ hình hệ học có bậc tự Cảm biến gồm phần tử nhạy cảm (lò xo, tinh thể áp điện…) nối với khối lượng rung đặt chung vỏ hộp chuyển động rung khối lượng M tác động lên phần tử nhạy cảm cảm biến chuyển thành tín hiệu điện đầu Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý cảm biến đo gia tốc rung 1) Khối rung, 2) Vỏ hộp, 3) Phần tử nhạy cảm, 4) Giảm chấn Gọi h0 tung độ điểm a vỏ hộp, h tung độ điểm b khối lượng rung Khi khơng có gia tốc tác động lên vỏ hộp tung độ a b Dịch chuyển tương đối khối lượng M so với vỏ hộp xác định biểu thức : z = h – h0; phương trình cân lực có dạng : 20 Cz - phản lực lò xo - lực ma sát nhớt - lực gia tốc khối M gây nên Hay : Từ công thức ta nhận thấy cấu tạo cảm biến để đo đại lượng sơ cấp m1 (độ dịch chuyển h0, vận tốc dh0/dt gia tốc d2h0/dt) phụ thuộc vào đại lượng chọn để làm đại lượng đo thứ cấp m (z, dz/dt d2z/dt2) dải tần số làm việc Dải tần số làm việc định số hạng vế phải phương trình chiếm ưu (Cz, Fdz/dt Md2z/dt2) Trên thực tế cảm biến thứ cấp thường sử dụng : - Cảm biến đo vị trí tương đối khối lượng rung M so với vỏ hộp - Cảm biến đo lực cảm biến đo biến dạng - Cảm biến đo tốc độ tương đối Dùng toán tử laplace (p) mơ tả hoạt động cảm biến rung động biểu thức sau : - Mp2h0 = Mp2 Hoặc: Với: tần số riêng M lò xo có độ cứng C hệ số tắt dần Độ nhạy cảm biến tính tỉ số đại lượng điện đầu s đại lượng đo sơ cấp m1 Trong : - S1 = m2/m1 độ nhạy đại lượng đo sơ cấp - S2 = s/m2 độ nhạy cảm biến thứ cấp 3.2.3 Khối xử lý tín hiệu khuếch đại trung gian Xử lý tín hiệu, khuếch đại biên độ chỉnh lưu hiển thị LCD Khâu So sánh tạo xung tần số điều khiển Chỉnh lưu lấy biên độ điều khiển PLC 21 Chỉnh lưu lấy biên độ hiển thị Hình 3.5 Sơ đồ khối xử lý tín hiệu khuếch đại trung gian Hình 3.5 Sơ đồ khối xử lý tín hiệu & khuếch đại 3.2.3.1 Mạch xử lý tín hiệu chỉnh lưu hiển thị LCD Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu chỉnh lưu hiển thị LCD Tín hiệu nhận sau cảm biến gia tốc dạng xung dạng phức tạp bao gồm thành phần tuần hoàn và giá trị bất qui tắc Để đưa vào khâu khuếch đại hiển thị đo lường điều khiển ta phải tiến hành xử lý tín hiệu phương pháp lọc tín hiệu Mạch lọc thụ động có ưu điểm đơn giản, nhiên hệ số truyền đạt nhỏ bị tổn hao RC, phụ thuộc nhiều vào tải, khó phối hợp tổng trở với mạch ghép Muốn hạn chế độ suy giảm phải lắp nhiều mắt lọc liên tiếp, lúc tần số cắt lọc khác với tần số cắt mắt lọc Cách khắc phục nhược điểm sử dụng mạch lọc tích cực Cụ thể đưa mắt lọc RC vào đường hồi tiếp Op-Amps để tăng hệ số truyền đạt, tăng hệ số phẩm chất, đồng thời làm giảm ảnh hưởng tải cách dùng tầng đệm để phối hợp trở kháng 22 Tín hiệu sau cảm biến qua tụ lien lạc C13 vào khâu khuếch đại khơng đảo U2a Tín hiệu lọc thông qua lọc thông cao thụ động C14, C15, C16 R20 lọc tần số nhiễu cao tần Qua tụ liên lạc C12 vào lọc tích cực U2B có khâu lọc tích cực dạng Twin-T khâu hồi tiếp lọc thơng thấp Tín hiệu mang thơng tin gia tốc đưa qua khâu tích phân U1D, R15, C9, R19 cho ta tín hiệu mang thơng tin vận tốc dao động, Opamp có điện offset lớn ngõ (Điện ngõ cao điện ngõ vào 0V) Vra nhận sai số đáng kể, R19 mắc song song (R16-C9) mục đích tạo hồi tiếp âm cho tần số thấp khắc phục sai số tín hiệu ngõ Sau khâu tích phân tín hiệu đưa đến mạch chỉnh lưu xác U1B, D1, D2 lấy thành phần dương đưa vào khâu tích phân U1C, C1, R4 cho ta thông tin giá trị biên độ dao động đưa đến hiển thị LCD cổng O/P Đồng thời tín hiệu mang thơng tin vận tốc sau khâu tích phân U1D lấy cổng Port đưa mạch xử lý tín hiệu biên độ điều khiển biên độ hiển thị đo 3.2.3.2 Mạch xử chỉnh lưu tín hiệu biên độ điều khiển Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu tín hiệu biên độ điều khiển Tín hiệu từ cổng Port mang thơng tin vận tốc đưa vào đầu vào I/P qua tụ liên lạc C19 vào khâu chỉnh lưu xác U3A, D3, D4 lấy giá trị dương so sánh với điện áp mẫu (cổng 5), tín hiệu sau so sánh tích phân qua khâu C17, R32 lấy thơng tin biên độ giao động đưa vào khâu phối hợp trở kháng U4C, qua khâu khuếch đại U4A, U4D, vào khâu phối hợp trở kháng U4B đưa tín hiệu biên độ điều khiển qua cổng P3 Cổng PORT3 đưa đến P5 chọn thang đo (thay đổi hệ số khuếch đại) 3.2.3.3 Mạch chỉnh lưu tín hiệu biên độ hiển thị đo 23 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu tín hiệu biên độ đo lường Ở mạch tương tự mạch xử chỉnh lưu tín hiệu biên độ điều khiển Tín hiệu đầu lấy qua cổng P4 đưa đến hiển thị đo lường 3.2.3.4 Mạch xử lý tín hiệu tạo xung tần số điều khiển Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu tạo xung tần số điều khiển Tín hiệu sau cảm biến đưa vào cổng I qua khâu đệm phối hợp trở kháng U7B vào khâu khuếch đại U7A chỉnh lưu qua D7 vào khâu đệm U8A đưa O/P vào P2 tín hiệu xung tần số điều khiển 3.3 Khối chuyển đổi ADC giao tiếp máy tính 24 Hình 3.10 Sơ đồ mạch biến đổi ADC giao tiếp máy tính KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chủ nhiệm đề tài/dự án (ký ghi rõ họ tên) Đại diện CQ chủ trì (ký tên đóng dấu) 25 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Danh mục tài liệu tham khảo (Chỉ bao gồm tài liệu trích dẫn, sử dụng đề cập tới để nghiên cứu bàn luận báo cáo) ... hiệu biên độ điều khiển qua cổng P3 Cổng PORT3 đưa đến P5 chọn thang đo (thay đổi hệ số khuếch đại) 3. 2 .3. 3 Mạch chỉnh lưu tín hiệu biên độ hiển thị đo 23 Hình 3. 8 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu... 3. 2.1 Khối nguồn: 3. 2.2 Khối cảm biến 3. 2 .3 Khối xử lý tín hiệu khuếch đại trung gian 3. 3 Khối chuyển đổi ADC giao tiếp máy tính ... độ hiển thị Hình 3. 5 Sơ đồ khối xử lý tín hiệu khuếch đại trung gian Hình 3. 5 Sơ đồ khối xử lý tín hiệu & khuếch đại 3. 2 .3. 1 Mạch xử lý tín hiệu chỉnh lưu hiển thị LCD Hình 3. 6 Sơ đồ nguyên lý