2.
3.1.3.2 Cảm biến sử dụng strain gauges khác
3.1.3.2.1 Thiết kế dụng cụ
Đối với các thử nghiệm về ma sát, cần sử dụng một vài đƣờng kính để lƣợng hóa ảnh hƣởng của đƣờng kính dụng cụ lên ma sát. Dụng cụ ban đầu đƣợc thiết kế bởi Alex Szekeres, ban đầu, nó chỉ sử dụng dụng cụ có đƣờng kinh 12,7 mm để tạo hình. Trục dụng cụ đƣợc thiết kế nhƣ hình 3.4 có thể đỡ đƣợc vài dụng cụ có đƣờng kính giống nhau bằng cách thay thế đầu và vai định vị. Nó đƣợc chế tạo từ thép dụng cụ O1, vật liệu này có khả năng chịu đƣợc biến dạng ở nhiệt độ cao. Hơn nữa, độ cứng của nó cao (63 HRC) và độ chịu mài mòn cho phép duy trì bề mặt tạo hình của nó trong thời gian lâu hơn. Đầu tạo hình có thể thay thế đƣợc đƣợc thể hiện nhƣ trên hình 3.5 bên dƣới. Sự khác nhau giữa đầu bán cầu là đƣờng kính của chúng nằm trong khoảng 4,7626; 6,35 và 9,525 mm [21].
HVTH: Đinh Văn Đức Trang 53 Khi tìm hiểu hiệu ứng springback trong quá trình tạo hình tấm bằng SPIF [3], các tác giả Hongyu Wei, Wenliang Chen, and Lin Gao cũng lƣu ý đến hiện tƣợng biến dạng của dụng cụ khi chịu các lực tác dụng hƣớng kính và hƣớng tâm đƣợc minh họa nhƣ hình 3.6 bên dƣới.
Hình 3.6 Sơ đồ mô tả biến dạng của dụng cụ
Biến dạng này đƣợc tính theo công thức:
3 3 r F l x EI (3.6)
Trong đó: x: biến dạng do lực Fr gây ra l: chiều dài công xông của dụng cụ
E: mô đun đàn hồi của dụng cụ
I : mômen quá tính của trục theo phƣơng uốn
Lực tới hạn mà dụng cụ có thể chịu đƣợc Pth=Fn max
2 2 4 th EI P l (3.7) 3.1.3.2.2 Thiết kế cảm biến
Hình 3.7 là kết cấu của dụng cụ để thiết kế cảm biến ban đầu. Dụng cụ này đƣợc dùng để ghi lại biến dạng trong phƣơng pháp SPIF, một thành phần dọc trục và hai thành phần gây uốn. Mặc dầu nó tạo kết quả duy nhất, tuy nhiên vẫn có nhiều chi
HVTH: Đinh Văn Đức Trang 54 tiết của hệ thống đo có vấn đề nghiêm trọng. Thiết kế đầu tiên dùng vòng trƣợt để kích thích mạch cầu Wheatstone và tín hiệu ra thông qua dây dẫn bị trễ. Thiết kế này hiệu quả về giá trị ở thời điểm tạo ra tín hiệu nhƣng cũng bị ảnh hƣởng bởi nhiễu. Tiếp xúc của chổi quét rôto trong vòng trƣợt là nguồn gây nhiễu chính. Tần số nhiễu và biên độ tăng lên khi tốc độ của trục chính tăng lên. Điều này đƣợc phát hiện trong nghiên cứu của Szekeres. Với những kết quả này, trục chính cần quay ở tốc độ khoảng 1500 (vòng/phút). Tốc độ này đạt tối đa khoảng 2000 (vòng/phút) đối với vòng trƣợt cơ và sẽ dần dần dẫn đến hƣ hỏng do mòn. Mặc dù cáp có vỏ bọc đƣợc sử dụng để làm giảm bớt nhiễu do dây dẫn, nhƣng nhiễu vẫn tiếp tục tồn tại do sự hiện diện của các cơ cấu điện và từ trƣờng trong bộ chuyển đổi vùng lân cận, có thể loại bỏ hoàn toàn một số nhiễu bằng bộ điều phối tín hiệu Vishay model 2010. Những bộ điều phối này làm việc tƣơng đối tốt để tạo ra sự kích thích cũng nhƣ tín hiệu tƣơng tự đến. Tuy nhiên mỗi băng tần có giá thành khá cao so với những lợi ích thu đƣợc từ việc sử dụng chúng. Chúng cũng đƣợc yêu cầu kết nối bằng cáp mà cáp thì rất không lý tƣởng trong môi trƣờng có dụng cụ quay ở vận tốc cao [21].
Điều quan tâm đến bộ mã hóa đầu tiên là trọng lƣợng và kích cỡ. Chúng thêm vào một trọng lƣợng 1,1 kg cho trục chính trong khi thêm 50 mm vào chiều dài trục. Với trọng lƣợng thêm vào này, dụng cụ vƣợt quá trọng lƣợng đề nghị đối với trục chính máy phay. Một vài thay đổi đƣợc thực hiện với dụng cụ có sẵn để cải thiện hiệu quả và chất lƣợng tín hiệu.
HVTH: Đinh Văn Đức Trang 55
HVTH: Đinh Văn Đức Trang 56