Để đo đạc được vị trí xe và góc lệch của thanh chúng ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau sử dụng nguyên lí quang, điện.
4.1.2.1 Phương pháp dùng thước đo kiểu điện trở
Đây là cảm biến dạng điện kế gồm một điện trở cố định, trên đó có 1 tiếp xúc điện có thể di chuyển gọi là con chạy. Điện trở này có dạng cuộn dây kim loại hoặc dạng băng dẫn được chế tạo bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện là carbon hoặc kim loại. Nguyên lý đo của loại cảm biến này dựa trên công thức tính điện trở:
= . (4.3)
Trong đó:
R: điện trở dây
ρ: điện trở suất của dây l: chiều dài dây
S: tiết diện dây
Với ρ và S không đổi, điện trở phụ thuộc và chiều dài l. Hay:
(4.4)
R = K.l
Quan hệ giữa đầu ra của cảm biến và đại lượng đo được với thước đo thẳng:
= . (4.5)
Trong đó:
x: khoảng di chuyển l: chiều dài biến trở R: điện trở toàn phần
4.1.2.2 Phương pháp dùng thước đo laser
Thước đo laser sử dụng một chùm tia laser để xác định khoảng cách đến một đối tượng. Các hình thức phổ biến nhất của máy đo khoảng cách laser hoạt động dựa trên nguyên tắc thời gian bay bằng cách gửi một xung laser trong một chùm tia hẹp hướng thẳng đến đối tượng và đo thời gian được thực hiện bởi xung phản xạ từ mục tiêu và quay trở lại bộ phát xung. Khoảng cách giữa 2 điểm A và B được tính theo công thức:
= (4.6)
Trong đó:
c : Tốc độ của ánh sáng trong không khí
t : Khoảng thời gian ánh sáng di chuyển từ A tới B và quay trở lại A =
Trong đó φ là sự trễ pha gây ra do dịch chuyển của ánh sáng và ω là tần số góc của sóng quang.
Với mô hình của luận văn, thước đo laser có thể gắn trên thân cố định và liên tục đo khoảng cách tới phần xe dịch chuyển.
4.1.2.3 Phương pháp dùng thước đo bằng siêu âm
Đây là phương pháp đo khoảng cách dựa trên nguyên lý thu phát siêu âm. Cảm biến gồm một bộ phát và một bộ thu sóng siêu âm. Sóng siêu âm từ đầu phát truyền đi trong không khí, gặp vật cản (vật cần đo khoảng cách tới) sẽ phản xạ ngược trở lại và được đầu thu ghi lại. Khoảng cách đo được của một số cảm biến loại này nằm trong phạm vi từ 4cm đến 300cm.
Hình 4-6: Nguyên lý đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm
Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là độ chính xác không cao và dễ bị nhiễu do môi trường nên sẽ không được xét đến.
4.1.2.4 Phương pháp dùng bộ mã hóa vòng quay encoder tương đối
Đây là một dụng cụ đo bao gồm một thước mã hoá tương đối và bộ thu phát tia quang học:
- Bộ thu phát quang học:
Bộ phát: là các diode phát tia hồng ngoại(Led) hoặc đèn phát quang, được sử dụng như một nguồn phát sáng. Bộ thu: có thể là một đi ốt quang cho phép dòng điện chạy theo một hướng khi có tia hồng ngoại chiếu tới, tia hồng ngoại tới như một dòng điện base của tranzito. Dòng trên cực C sẽ tỷ lệ với cường độ ánh sáng tới.
Hình 4
- Thước mã hoá: Bao gồ
Loại thước thẳng: gồm c trắng, ánh sáng xuyên qu Hình 4-8 Mỗi lần ánh sáng xuyên sáng và tạo ra một xung dịch chuyển. Dx = Nd0 Trong đó: Dx: Khoảng dịch ch N: Số xung đếm đư
4-7: Nguyên lý một bộ thu phát điển hình m 2 loại: Loại thước thẳng và dạng đĩa tròn. các vạch chia độ. Vạch chia độ có thể là v ua hoặc phản xạ trên các vạch khắc độ.
: Nguyên lý hoạt động thước encoder thẳng qua một vạch, tế bào quang điện nhận được g điện. Bằng cách đếm số xung này ta có t
huyển ược vạch đen, hoặc c một xung ánh thể suy ra được (4.7) download by : skknchat@gmail.com
d0: Giá trị của vạch chia độ
Loại đĩa tròn: đĩa có thể làm bằng nhựa trong hoặc kính với các vạch hướng tâm hoặc nhựa mờ với các khe nhỏ, vì vậy khi đĩa quay thì các vạch này sẽ ngăn hoặc cho tia sáng đi qua tới thiết bị dò quang học.
Hình 4-9: Bộ mã hóa encoder tương đối và nguyên lý hoạt động
Với bộ mã hóa encoder tương tự như Hình 4-9 sẽ có 2 kênh A và B tương ứng với 2 cảm biến. Hai kênh A và B này tạo thành 2 chuỗi xung vuông góc với nhau. Dựa vào thứ tự của 2 chuỗi xung này ta có thể xác định được chiều quay của trục. Công thức xác định góc quay theo radian và độ:
= 2 (4.8)
= 360 Trong đó:
n: Số xung đếm được k: Tổng số vạch
Do có hai kênh A và B độc lập nên sẽ có 2 phương pháp giải mã 1X và 4X. Phương pháp 1X giải mã dựa theo mức của 2 kênh, đĩa có bao nhiêu vạch sẽ tương ứng bấy nhiêu xung. Phương pháp 4X giải mã dựa theo sườn của 2 kênh nên số xung đếm
được sẽ bằng 4 lần số vạch trên đĩa. Nói cách khác độ chính xác của phương pháp 4X gấp 4 lần phương pháp 1X.
Hình 4-10: Giản đồ xung của encoder tương đối
4.1.2.5 So sánh và lựa chọn phương pháp đo cho mô hình
Tổng kết lại ta có sự so sánh giữa các phương pháp như sau:
STT Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm
1 Thước đo kiểu điện trở
Độ chính xác chấp nhận được.
Chế tạo phức tạp. Độ chính xác phụ thuộc kết cấu cơ khí. Có sự mài mòn theo thời gian sử dụng. Chịu ảnh hưởng bởi bụi, bẩn
2 Thước đo laser Độ chính xác cao. Hầu như không nhiễu.
Giá thành rất cao.
3 Thước đo siêu âm
Giá rẻ. Bị ảnh hưởng bởi
nhiễu môi trường. Độ chính xác thấp. 4 Bộ mã hóa encoder tương Giá rẻ, dễ lắp đặt. Không cho biết vị trí
đối Độ chính xác cao Hầu như không nhiễu
tuyệt đối.
Không đo được ở môi trường nhiệt độ cao. Bảng 4-1: Bảng so sánh các phương pháp đo vị trí xe và góc lệch thanh Từ kết quả so sánh ở Bảng 4-1 ta sẽ lựa chọn phương pháp đo số 4 dùng bộ mã hóa encoder tương đối. Tuy nhiên, do loại encoder thẳng dùng cho trục x khó chế tạo nên ta sẽ dùng encoder quay cho cả 2 vị trí cần đo. Với trục x thì dịch chuyển sẽ được biến từ tịnh tiến sang quay bằng các kết cấu cơ khí (đai, bánh đai). Với cách làm này thì sẽ phát sinh thêm sai số tích lũy do phần cơ khí nhưng hầu như không đáng kể, giá trị đo được vẫn đủ đáp ứng yêu cầu của bài toán (Coi yêu cầu ban đầu là lấy sai số trục x < 0.05mm).
Nhược điểm không cho biết được vị trí chính xác của xe sẽ được xử lí bằng phần mềm trong mỗi lần khởi động. Sai số tích lũy do tín hiệu điện sẽ được xử lí bằng cách sử dụng encoder có thêm kênh tham chiếu Z (Mỗi vòng quay sẽ tạo ra một xung).