Đo lường - cảm biến
Cảm biến vận tốc, gia tốc và độ rung
Giới thiệu
• Máy phát tốc • Encoder • Gia tốc kế áp điện • Đo độ rung động
Đo lường – Cảm biến
Cảm biến vận tốc điện từ
Điện áp ra tỉ lệ trực tiếp với vận tốc của thanh nam châm vĩnh cửu (theo nguyên lý cảm ứng điện từ)
Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện từ đo vận tốc
Gần tương tự như cảm biến vi sai LVDT, nhưng là loại cảm biến thụ động
Đo lường – Cảm biến
Máy phát tốc - Tachometer
• Dùng để đo vận tốc quay, ví dụ đo vận tốc của rotor
máy điện
• Phân loại: máy phát tốc tiếp xúc và không tiếp xúc • Nguyên lý hoạt động: - Máy phát tốc tính tốc độ bằng việc đo thời thời gian
giữa các xung nhận được
- Máy phát tốc tính tốc độ bằng việc đo tần số của các
xung nhận được
- Máy phát tốc có thể là một máy phát điện gắn đồng
trục với trục đối tượng quay, phát ra điện áp tỉ lệ thuận với tốc độ quay
Đo lường – Cảm biến
Tachometer
• Sơ đồ khối của máy phát tốc số
Display
Microcontroller
Optical / Magnetic Sensor
Signal Conditioning
External Port (to controller)
Memory
Đo lường – Cảm biến
5
Tachometer
Cảm biến quang hoặc cảm biến từ dùng để tạo chuỗi xung vuông tỉ lệ với tốc độ quay của đối tượng
Cảm biến quang: - Đĩa với các vạch đen-trắng kết hợp với 1 module hồng ngoại để tạo xung - Đĩa kim loại với các rãnh hoạt động như Optical Encoder
Cảm biến từ: - Cảm biến Hall: dùng hiệu ứng Hall để tạo các xung tỉ lệ với tốc độ - Cảm biến từ (thụ động): dùng nguyên lý từ trở thay đổi để tạo xung
Cấu trúc cảm biến từ trở thay đổi
Cấu hình cơ bản
Đo lường – Cảm biến
Cảm biến đo tốc độ (vị trí) trục quay
Sensor Schematic
Đo lường – Cảm biến
Encoder
Đo lường – Cảm biến
Cảm biến gia tốc - Accelerometer
• Accelerometer hoạt động như một hệ thống lò xo với cấu
trúc khung có đặc tính chống rung
• Dùng để đo gia tốc, đơn vị đo (m/s2) hay g (lực trọng
trường)
• Cảm biến gia tốc có dạng đo 1 trục hoặc 3 trục
Đo lường – Cảm biến
Cảm biến gia tốc - Accelerometer
• Hoạt động dựa theo sự thay đổi của điện trở (kiểu áp trở - piezoresistive): điện áp ra của cầu điện trở tỉ lệ với gia tốc đo
+ Signal + Power - Power - Signal
Fixed Resistors
Sensing Resistor #1
Mass
Đo lường – Cảm biến
Flexure Sensing Resistor #2
Cảm biến gia tốc - Accelerometer
Power Ground Signal
• Hoạt động dựa theo sự thay đổi của điện dung (kiểu tụ điện): sử dụng kỹ thuật điều chế tần số thông qua sự thay đổi của cầu tụ điện
Built-In Electronics Fixed Capacitors ~
Insulator Sensing Capacitor #1
Mass Flexure
Đo lường – Cảm biến
Sensing Capacitor #2 Insulator
Cảm biến gia tốc - Accelerometer
• Hoạt động dựa theo nguyên lý sợi quang: Lượng ánh sáng thu thập tỉ lệ thuận với gia tốc đo được
Power Ground Signal
Built-In Electronics
Transmitter
Receiver Receiver
Reflective Surface
Đo lường – Cảm biến
Mass Flexure Flexure
Cảm biến gia tốc - Accelerometer
• Hoạt động dựa theo hiệu ứng áp điện
F
của vật liệu điện môi
+
+ - + - + - + - + - + - Piezoelectric Material
• Hiệu ứng áp điện: Tín hiệu điện được tạo ra bởi vật liệu điện môi dưới một áp lực cơ học
-
F
Preload Ring Seismic Mass
- - - -
- - - -
+ + + +
+ + + +
Piezoelectric Crystal (d26-Quartz) (d15-Piezoceramic)
Center Post
Signal (+)
Ground (-)
Đo lường – Cảm biến
Optional Built-In Electronics
Cảm biến gia tốc - Accelerometer
• Một điện áp nhỏ được tạo ra khi có áp lực lên phần tử áp điện (piezoelectric). Điện áp này sẽ tỉ lệ thuận với lực tác động lên phần tử cảm nhận.
Đo lường – Cảm biến
Ứng dụng
• Đo tốc độ động cơ • Đo độ rung (ví dụ, dùng trong điện thoại) • Đo rung động và va chạm có định hướng • Chẩn đoán lỗi của máy điện dựa vào phân tích
độ rung
Đo lường – Cảm biến
