Bài giảng Đo lường - Cảm biến: Cảm biến vị trí và dịch chuyển

Chia sẻ: Liêm Phan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

280
lượt xem 61
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cảm biến đo vị trí dạng điện trở, cảm biến điện dung, cảm biến vi sai, cảm biến dựa vào dòng điện xoáy,... là những nội dung chính trong "Cảm biến vị trí và dịch chuyển" thuộc bài giảng Đo lường - Cảm biến. Mời các bạn cùng tham khảo để có thêm tài liệu phục vụ nhu cầu học tập và nghiên cứu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Đo lường - Cảm biến: Cảm biến vị trí và dịch chuyển

Đo lường - cảm biến Cảm biến vị trí và dịch chuyển
Giới thiệu • Vị trí và dịch chuyển thường được hiểu như việc đo lường khoảng cách hay đường đi từ một điểm tới một điểm khác. • Đòi hỏi các phép đo chính xác và các hàm truyền tuyến tính đối với các cảm biến liên quan. • Để làm được các phép đo này, có thể dùng các cảm biến như - Potentiometric Sensor - Gravitational Sensors - Capacitive Sensors - Inductive and Magnetic Sensors: - Optical sensors, ultrasonic sensors, … Đo lường – Cảm biến
Cảm biến đo vị trí dạng điện trở Potentiometric Sensor Điện áp V tỉ lệ với độ dịch chuyển d Mặc dù đơn giản nhưng cảm biến điện trở vẫn có một số nhược điểm: - Cần một tải cơ đáng kể - Cần có một cơ cấu kết nối với vật thể - Tốc độ chậm - Ma sát và điện áp kích thích có thể làm nóng cảm biến - Sự ổn định về môi trường không cao Đo lường – Cảm biến
Gravitational Sensors Một số dạng cảm biến thông dụng dùng trọng lực: - Cảm biến dạng phao - Cảm biến đo độ nghiêng (như hình) Đo lường – Cảm biến
Cảm biến điện dung - Capacitive Sensors Nguyên lý hoạt động cơ bản của cảm biến điện dung là dựa trên sự thay đổi hình học, ví dụ như thay đổi khoảng cách giữa các bản điện cực, hoặc là sự thay đổi điện dung dựa vào sự xuất hiện các vật liệu dẫn điện hay điện môi Đo lường – Cảm biến
Cảm biến điện dung • Proximity sensor – Cảm biến lân cận dạng điện dung Gồm các dạng cơ bản: - Dạng 1: Cho phép khoảng cách giữa các bản cực dịch chuyển (hình a). Vị trí của thiết bị dịch chuyển tạo ra sự thay đổi vị trí điện môi và điều này làm thay đổi điện dung C Điện dung tỉ lệ nghịch với chuyển động Đầu ra tuyến tính nếu khoảng cách cảm nhận nhỏ Đo lường – Cảm biến
Cảm biến điện dung • Proximity sensor – Cảm biến lân cận dạng điện dung - Dạng 2: Cảm nhận bởi sự dịch chuyển điện môi (hình b). Đầu ra tuyến tính và tỉ lệ với độ rộng của tụ điện, có tầm đo dịch chuyển lớn - Dạng 3: Cảm nhận bởi sự dịch chuyển của toàn bộ tụ điện (hình c) (không cần tiếp xúc cơ khí với vật thể). Bề mặt vật thể đóng vai trò như một bản cực tụ điện Đo lường – Cảm biến
Cảm biến điện dung
Cảm biến vi sai LVDT • Cảm biến dịch chuyển dựa trên nguyên lý máy biến áp. • Hoạt động theo 1 trong hai cách: – Khoảng cách giữa 2 cuộn dây của một máy biến áp được thay đổi – Hệ số kết nối giữa hai cuộn dây được thay đổi bằng việc dịch chuyển lõi thép trong khi 2 cuộn dây được giữ cố định Đo lường – Cảm biến
LVDT - Linear Variable Differential Transformer Gồm 1 cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp được cấp nguồn sine ổn định tại tần số hằng số (>= 10 lần tần số dịch chuyển của lõi) Ngõ ra tuyến tính nếu độ dịch chuyển nhỏ Đo lường – Cảm biến
LVDT - Linear Variable Differential Transformer • Ngõ ra bằng 0 nếu lõi thép nằm ở trung tâm • Lõi chuyển động sang phải hay trái sẽ làm đổi chiều (cực tính) ngõ ra • Dựa theo nguyên lý máy biến áp có từ trở thay đổi • Có thể phát hiện được cả khoảng cách và chiều chuyển động Đo lường – Cảm biến
Eddy Current Sensors – Cảm biến dựa vào dòng điện xoáy Dòng điện xoáy sẽ tạo một từ trường ngược chiều từ trường kích thích của cuộn dây. Điều này làm cho trở kháng Z của cuộn dây thay đổi Cảm biến dòng xoáy gồm 4 bộ phận: cuộn dây, đối tượng, mạch giao tiếp điện tử, và khối xử lý tín hiệu Đo lường – Cảm biến
Eddy Current Sensors – Cảm biến dựa vào dòng điện xoáy Trở kháng cuộn dây Z là hàm của khoảng cách với đối tượng kim loại a. Do đó việc đo độ thay đổi trở kháng cũng chính là đo khoảng dịch chuyển của vật thể Đo lường – Cảm biến
Eddy current sensors Đo lường – Cảm biến
Eddy current sensors Đo lường – Cảm biến
Encoder tăng – Incremental Encoder Cấu trúc của Inc. Encoder: - Các tín hiệu ra: A, B, Z - Các xung A và B: Có nhiều độ phân giải khác nhau cho mỗi vòng quay Ví dụ 2048 P/R (pulses per revolution) A và B lệch pha nhau 90 - Xung Z: Đưa ra một xung cho mỗi vòng quay Các tín hiệu ra của Inc. Encoder A B Z Đo lường – Cảm biến
Đo lường – Cảm biến
Encoder tăng – Incremental Encoder A D Q F/R D F/F Chiều quay: Kiểm tra chiều quay sử dụng D Flip Flop B [1] Chiều quay thuận - A sớm pha 90 so với xung B  Ngõ ra của D F/F là “1” A B F/R [2] Chiều quay nghịch - B sớm pha 90 so với A  Ngõ ra của D F/F là “0” A B F/R Đo lường – Cảm biến
Encoder tuyệt đối – Absolute Encoder Cấu trúc của Abs. Encoder - Nhiều lớp: ví dụ, 12-bit absolute encoder 12 lớp  Ưu điểm - Giá trị số hóa cho các vị trí - Vị trí tuyệt đối có thể nhận được tại mọi thời điểm  Khuyết điểm - Nhiều tín hiệu ra - Giá thành cao so với Inc. Encoder - Số bit liên quan tới giá thành và độ phân giải Đo lường – Cảm biến
Angle Binary Decimal 0-45 000 0 45-90 001 1 90-135 010 2 135-180 011 3 180-225 100 4 225-270 101 5 270-315 110 6 315-360 111 7 Đo lường – Cảm biến