a) Đầu đo gia tốc: MPU-6050 Cảm biến gia tốc & gyro: Số lƣợng 02 chiếc
Hình 4.1. Hình ảnh gia tốc kế
MPU-6050 là cảm biến của hãng InvenSense. MPU-6050 là một trong những giải pháp cảm biến chuyển động đầu tiên trên thế giới có tới 6 (mở rộng tới 9) trục cảm biến tích hợp trong 1 chip duy nhất.
MPU-6050 sử dụng công nghệ độc quyền MotionFusion của InvenSense có thể chạy trên các thiết bị di động, tay điều khiển...
Thông số kỹ thuật:
MPU-6050 module (3 trục góc + 3 trục gia tốc ) Chip : MPU-6050
Nguồn cấp : 3-5V Chuẩn giao tiếp: I2C
Chip 16bit AD converter, 16-bit data Output Độ phân giải góc : ± 250 500 1000 2000 °/s
Độ phân giải gia tốc : ± 2 ± 4 ± 8 ± 16g Chuẩn giắc cắm 2.54mm
MPU-6050 tích hợp 6 trục cảm biến bao gồm:
+ con quay hồi chuyển 3 trục (3-axis MEMS gyroscope) + cảm biến gia tốc 3 chiều (3-axis MEMS accelerometer)
Ngoài ra, MPU-6050 còn có 1 đơn vị tăng tốc phần cứng chuyên xử lý tín hiệu (Digital Motion Processor - DSP) do cảm biến thu thập và thực hiện các tính toán cần thiết. Điều này giúp giảm bớt đáng kể phần xử lý tính toán của vi điều khiển, cải thiện tốc độ xử lý và cho ra phản hồi nhanh hơn. Đây chính là 1 điểm khác biệt đáng kể của MPU-6050 so với các cảm biến gia tốc và gyro khác.
MPU-6050 có thể kết hợp với cảm biến từ trường (bên ngoài) để tạo thành bộ cảm biến 9 góc đầy đủ thông qua giao tiếp I2C.
Các cảm biến bên trong MPU-6050 sử dụng bộ chuyển đổi tương tự - số (Anolog to Digital Converter - ADC) 16-bit cho ra kết quả chi tiết về góc quay, tọa độ... Với 16-bit bạn sẽ có 2^16 = 65536 giá trị cho 1 cảm biến.
Tùy thuộc vào yêu cầu của bạn, cảm biến MPU-6050 có thể hoạt động ở chế độ tốc độ xử lý cao hoặc chế độ đo góc quay chính xác (chậm hơn). MPU-6050 có khả năng đo ở phạm vi:
+ Con quay hồi chuyển: ± 250 500 1000 2000 dps + Gia tốc: ± 2 ± 4 ± 8 ± 16g
Hơn nữa, MPU-6050 có sẵn bộ đệm dữ liệu 1024 byte cho phép vi điều khiển phát lệnh cho cảm biến, và nhận về dữ liệu sau khi MPU-6050 tính toán xong.
b) Loadcell (cảm biến lực) UDA Keli – số lƣợng 02 chiếc
Hình 4.3. Hình ảnh Loadcell TÍNH NĂNG LOAD CELL
- Tải trọng (Kg): 60
- Cấp chính xác : OIML R60 C3
- Điện áp biến đổi : (2 ± 0.002 ) mV/V - Sai số lặp lại : (≤ ± 0.01) %R.O
- Độ trễ : ≤ ± 0.02 ( ≤ ± 0.03 cho 30 tấn) %R.O
- Sai số tuyến tính: ( ≤ ± 0.02 (≤ ± 0.03 cho 30 tấn) %R.O - Quá tải (30 phút) : ( ≤ ± 0.02 ) %R.O
- Cân bằng tại điểm : ("0" ≤ ± 1) %R.O - Bù nhiệt : ( -10 ~ +40) °C
- Nhiệt độ làm việc :(-20 ~ +60) °C
- Nhiệt độ tác động đến tín hiệu ra: (≤ ± 0.002 )%R.O/°C
- Nhiệt độ tác động làm thay đổi điểm "0" : (≤ ± 0.002 ) %R.O/°C - Điện trở đầu vào : (381 ± 4) Ω
- Điện trở đầu ra : (350 ± 1) Ω
- Điện trở cách điện: ≥ 5000 (ở 50VDC) MΩ - Điện áp kích thích: 6 ~ 15 (DC/AC) V - Điện áp kích thích tối đa : 20 (DC/AC) V - Quá tải an toàn: 150 %
- Quá tải phá hủy hoàn toàn: 300% - Tuân thủ theo tiêu chuẩn: IP67 - Chiều dài dây tín hiệu: 2m
- Màu sắc dây : Đỏ , Đen , Xanh , Trắng
- Phương thức định lượng : cảm biến từ (load cell).
Hình 4.4. Hình ảnh gắn Loadcell lên mô tơ tạo lực kích thích dao động
c) Bộ điều khiển tần số dao động của lực kích thích
Hình 4.5. Bộ điều khiển tần số
Để tạo lực tác dụng lên dầm, tiến hành gắn một mô tơ quay với tần số điều chỉnh bằng bộ điều khiển tần số. Tần số có thể điều chỉnh cao thấp bằng núm xoay và được hiển thị bằng số màu đỏ trong hộp.
d) Bộ chuyển đổi tín hiệu và Chƣơng trình máy tính để đọc dữ liệu
Bộ chuyển đổi tín hiệu được thiết kế để chuyển tín hiệu từ 02 gia tốc kế và 02 Loadcell vào máy tính. Sau đó có một chương trình được thiết kế riêng biệt để nhận và hiển thị kết quả là gia tốc tại 02 vị trí cần đo theo phương thẳng đứng và tải trọng động theo phương thẳng đứng tác dụng lên dầm.
Núm xoay điều chỉnh tần số
Hiển thị tần số dao động
Hình 4.6. Bộ chuyển đổi tín hiệu và kết nối với máy tính
Hình 4.7. Chương trình đọc kết quả Lực kích thích và Gia tốc