1. Tần số riêng: (f0)
Tần số riêng f0 là đại lượng đặc trưng cho cảm biến, được biểu diễn bằng công thức : f0 =21π .( 1 1 ) đ g M M M k + + Trong đó: k – Hệ số phản kháng M – Khối quán tính Mg – Khối giá đỡ Mđ – Khối chuyển động 2. Tần số cộng hưởng: (fc)
Tần số cộng hưởng là tần số mà tại đó đặc tính có biên độ cực đại. Tần số cộng hưởng được tính bằng công thức:
fc = f0 1−2ε2
Với ε : Hệ số tắt dần
3. Ảnh hưởng của cảm biến đến đối tượng đo:
Do các cảm biến hay các gia tốc kế đều có khối lượng khá lớn vì thường làm bằng kim loại nặng và có thể bao gồm cả nam châm, cuộn dây hay tấm kim loại ..v..v. Nên khi gắn vào đối tượng đo các gia tốc kế sẽ làm ảnh hưởng tới tốc độ của đối tượng đo và dẫn tới kết quả không chính xác.
Lực tác dụng lên đối tượng đo được biểu diễn bằng công thức : F = Mđ.a
Khi có gắn gia tốc kế thì lực tác động không thay đổi và lúc này được tính bằng công thức:
F = (Mđ + Mg).a'
với a' là gia tốc của hệ đối tượng đo + gia tốc kế
a' = a M M M a đ đ . +
Sự thay đổi gia tốc của đối tượng đo tỉ lệ với khối lượng của gia tốc kế. Khối lượng của gia tốc kế càng lớn thì gia tốc của đối tượng sau khi gắn càng nhỏ hơn so với gia tốc cần đo của đối tượng khi chưa gắn gia tốc kế.
=> Vậy để hạn chế ảnh hưởng của gia tốc kế tới đối tượng đo và nâng cao chính xác cho kết quả đo thì cần chế tạo gia tốc kế sao cho có khối lượng nhỏ nhất. Có thể bằng cách thiết kế nhỏ lại hoặc dùng những chất liệu nhẹ như làm vỏ hộp, thanh dao động ...
* Một số hình ảnh các loại cảm biến gia tốc khác
Hình 25: Một số cảm biến gia tốc khác
** Một số ứng dụng của cảm biến gia tốc
Hình 26: Mô hình ứng dụng cảm biến gia tốc
Cùng với thắt lưng bảo vệ, hệ thống túi khí đã trở thành một phần không thể thiếu trên ô tô ngày nay. Theo số liệu thống kê, hệ thống túi khí đã giúp giảm tới 30% sự nguy hiểm chết người có thể xảy đến khi va chạm trực diện.
Khi xe đang chạy với một vận tốc nhất định, thì mọi đối tượng trên xe cũng chuyển động theo cùng với vận tốc đó. Tuy nhiên, khi va chạm đột ngột xảy ra, vận tốc xe đột ngột giảm về 0, nhưng do lực quán tính, người trên xe vẫn chuyển động tới với vận tốc cũ, dẫn tới người lái văng mạnh phía trước, phần ngực và mặt sẽ bị đập vào tay lái. Hệ thống túi khí ra đời nhằm giảm thiểu tác động va chạm đó.
Hình 27: Sơ đồ hệ thống ứng dụng cảm biến gia tốc
Về cơ bản, hệ thống túi khí gồm 3 thành phần túi khí, bộ cảm biến và hệ thống bơm túi khí. Túi khí được làm từ chất liệu sợi nylon và được lắp đặt gói gọn trong vô lăng tay lái và bảng điều khiển phía trước. Trong một số xe cao cấp, túi khí còn được lắp đặt 2 bên cạnh xe. Bộ cảm biến: Khi xe va chạm vật cản với tốc độ 16-24 km/h, bộ cảm biến tự động kích hoạt hệ thống bơm túi khí. Bộ cảm biến cảm nhận va chạm thông qua một gia tốc kế được lắp đặt một chip xử lý siêu nhỏ. Hệ thống bơm túi khí: Giúp tạo phản ứng hóa học giữa NaN3 và KNO3, tạo thành khí N2 bơm căng các túi khí. Túi khí được bung ra với vận tốc 322 km/h. Cách 1 giây sau khi bung, các túi khí sẽ tự động xẹp xuống. Quá trình từ lúc bộ cảm biến sensor phát hiện va chạm đến khi túi khí được bơm đầy chỉ diễn ra trong vòng 1 phần 25 giây.
Thống kê cho thấy, 40% chấn thương nghiêm trọng là do chịu lực va chạm từ bên. Vì vậy, hiện nay, các nhà sản xuất đang nghiên cứu và triển khai các túi khí bảo vệ người trong xe khi bị va chạm từ bên. Tuy nhiên, chế tạo túi khí bên khó khăn hơn rất nhiều so với khi va chạm trực diện, một phần do khi va chạm trực diện, lực tác dụng bị hấp thụ một phần bởi cản trước cùng động cơ lắp trước, đồng thời phải mất 30-40 ms trước khi tác động đến người lái. Nhưng khi chịu va chạm bên, lực tác động chỉ bị hấp thụ một phần rất nhỏ bởi cánh cửa, vì vậy túi khí bên phải bung ra trong thời gian ngắn hơn nhiều mới có thể bảo vệ được người lái cũng như người ngồi trên xe, trong thời gian 5-6 ms.
Hình 28: Cảm biến gia tốc 3 trục
Dựa trên chất nền silicon và được chế tạo theo công nghệ gia công cơ khí vi mô có độ chính xác cao, HAAM Series có độ nhạy cao tới 400 mV/G (Vcc="3V)." Do có độ nhạy phát hiện 3 trục cao, thiết bị có thể phát hiện, thậm chí ngay cả những gia tốc động rất nhỏ tại trục X,Y và Z và đồng thời đưa ra kết quả dữ liệu gia tốc nghiêng và gia tốc trọng lượng. Những ứng dụng điển hình gồm bảo vệ ổ cứng của một máy tính để bàn, máy nghe nhạc MP3 và điện thoại di động thông minh. Trong trường hợp bạn đánh rơi di động, PDA hay máy nghe nhạc MP3, nó có thể tạo ra một báo động cảnh báo cho bạn biết nhằm giảm nguy cơ mất mát. Gia tốc được định mức ± 2G. Độ nhạy sinh ra là 400 mV/G. Sự cân bằng điện áp là 1.5V ± 0.075V. Tiêu thụ điện năng tối đa 1 mA. Nhiệt độ hoạt động từ 0 đến +70oC. Sức chịu va đập hơn 4.000G.
c. Cân bằng hai bánh xe
Hình 30: Mạch điều khiển có dùng cảm biến gia tốc
Cảm biến gia tốc được sử dụng là loại ADXL202A dùng để đo góc nghiêng tĩnh dựa trên sự cảm sự biến đổi của gia tốc tĩnh.
LỜI KẾT
Cảm biến gia tốc và rung là nguồn thông tin ban đầu của máy móc quyết định năng suất, chất lượng sản phẩm an toàn. Điều quan trọng là cảm biến phải được lựa chọn đúng để đảm bảo thông tin tín hiệu đáng tin cậy. Điều này lưu ý kỹ thuật phác thảo một số các thông số quan trọng phải được kiểm tra trước khi lựa chọn cảm biến gia tốc và rung công nghiệp. Quá trình này sẽ làm tăng hiệu quả chương trình giám sát độ rung của bạn và cải thiện năng suất của thiết bị và nhân viên nhà máy.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đo lường thiết bị điện và đại lượng đo lường
(Tác giả : Nguyễn Văn Hòa)
1) http://www.societyofrobots.com/sensors_accelerometer.shtml 2) http://daosy.multiply.com/journal/item/29
3) http://autovietnam.wordpress.com/2007/04/04/he-thong-tui-khi/