Chuong 7 cam bien do gia toc van toc va rung

1. VII. Cảm biến đo vận tốc, gia tốc và rung
1. Cảm biến đo vận tốc
2. Cảm biến đo gia tốc
3. Cảm biến đo rung

2. 1. Cảm biến đo vận tốc
a) Giới thiệu
Vận tốc (tuyến tính/dài):
Thể hiện mức độ thay đổi vị trí của đối tượng
Là một đại lượng vectơ: có hướng và độ lớn
• Hướng chỉ hướng di chuyển của vật
• Độ lớn (tốc độ) xác định mức độ nhanh của đối tượng
di chuyển
Đơn vị đo: chiều dài/thời gian (km/h, m/s, …)
Vận tốc góc:
Thể hiện mức độ thay đổi vị trí góc của đối tượng
Là đại lượng vectơ
Đơn vị đo: góc quay/thời gian (vòng/phút, rad/s)

3. 1. Cảm biến đo vận tốc
b) Đo vận tốc tuyến tính
Nguyên lý đo
Dựa vào cảm ứng điện từ
Dựa vào sai lệch dịch chuyển
Dựa vào dịch chuyển Doppler
Chuyển từ vận tốc tuyến tính sang vận tốc góc

4. 1. Cảm biến đo vận tốc
b) Đo vận tốc tuyến tính
Cảm biến vận tốc điện từ
Khi cuộn dây di chuyển hoặc
nam châm di chuyển thì từ
trường biến thiên trong cuộn
dây và sinh ra một hiệu điện
thế cảm ứng
e0 = BLV
B: Cường độ từ trường
L: Chiều dài cuộn dây
V: vận tốc di chuyển

5. 1. Cảm biến đo vận tốc
b) Đo vận tốc tuyến tính
Dựa vào sai lệch dịch chuyển

6. 1. Cảm biến đo vận tốc
b) Đo vận tốc tuyến tính
Dựa vào dịch chuyển Doppler
Phát sóng tới
vật, sau đó nhận
sóng phản hồi.
Đo bước sóng
phản hồi  tính
ra vận tốc

7. 1. Cảm biến đo vận tốc
b) Đo vận tốc tuyến tính
Chuyển từ vận tốc tuyến tính sang vận tốc góc
Thảo luận:
- Nguyên lý súng bắn tốc độ của CSGT?
- Nguyên lý đồng hồ tốc độ của xe?

8. 1. Cảm biến đo vận tốc
c) Đo vận tốc gốc
Máy phát tốc – Tachogenerator
Tạo ra điện áp tỉ lệ với vận tốc góc của trục quay ngõ vào
DC: tạo ra một mức điện áp tỉ lệ với tốc độ.
AC: tạo ra một điện áp AC với tần số tỉ lệ với tốc độ.

9. 1. Cảm biến đo vận tốc
c) Đo vận tốc gốc
Tốc độ kế xung
Từ trở biến thiên
1) Đĩa quay (bánh răng)
2) Cuộn dây 3) Nam châm vĩnh cửu
Cấu tạo:
- Đĩa quay
- Cuộn dây có lõi sắt từ
- Nam châm vĩnh cửu
- Đĩa quay
Hoạt động:
Khi đĩa quay → khe hở δ biến thiên
→ từ trở mạch từ biến thiên → Φ
qua cuộn dây biến thiên → trong
cuộn dây xuất hiện s.đ.đ cảm ứng
(e) có tần số (f) tỉ lệ với tốc độ quay
(n): f=n.p (p: số răng trên đĩa)
Biên độ E phụ thuộc hai yếu tố:
- Khoảng cách giữa cuộn dây và đĩa
quay: khoảng cách càng lớn E càng
nhỏ.
- Tốc độ quay: Tốc độ quay càng lớn, E
càng lớn.

10. 1. Cảm biến đo vận tốc
c) Đo vận tốc gốc
Tốc độ kế xung
Quang
1) Nguồn sáng 2) Thấu kính hội tụ
3) Đĩa quay 4) Đầu thu quang
- Nguồn sáng là một diot phát quang
- Đĩa quay: đặt giữa nguồn sáng và đầu
thu, có các lỗ bố trí cách đều trên một
vòng tròn.
- Đầu thu là một photodiode hoặc
phototranzitor.
Hoạt động
- Khi đĩa quay, đầu thu chỉ chuyển mạch
khi nguồn sáng, lỗ, nguồn phát sáng
thẳng hàng.
- Đầu thu quang nhận được một thông
lượng ánh sáng thay đổi và phát tín hiệu
có tần số tỉ lệ với tốc độ quay nhưng
biên độ không phụ thuộc tốc độ quay.

11. 1. Cảm biến đo vận tốc
c) Đo vận tốc gốc
Tốc độ kế xung
Encoder là gì?

12. 2. Cảm biến đo gia tốc
Phương pháp đo:
Gia tốc nhỏ có dao động trọng tâm tần số thấp (f = 0 ÷
~20 Hz): dùng cảm biến đo dịch chuyển và cảm biến
đo biến dạng.
Gia tốc rung (tần số vài trăm Hz): dùng cảm biến từ
trở biến thiên, cảm biến đo biến dạng (kim loại hoặc
áp điện trở).
Gia tốc rung ( tần số trung bình và tương đối cao:
~10kHz): dùng gia tốc kế áp trở hoặc áp điện.
Gia tốc khi va đập, gia tốc tốc có dạng xung: dùng cảm
biến gia tốc có dải thông rộng về cả hai phía tần số
thấp và cao.

13. 2. Cảm biến đo gia tốc
Gia tốc kế áp trở (Piezoresistive Acceleration)
Gia tốc kế áp điện (Piezoelectric Acceleration)

14. Các tinh thể áp điện có thể được cắt hay căng
theo các cách:
Cắt
Uốn
Nén
2.1 Gia tốc kế áp điện

15. PRELOAD STUD
PIEZOELECTRIC
CRYSTAL(S)
HOUSING
SEISMIC
MASS
ELECTRODE
SIGNAL (+)
+ + + + + +
+ + + + + +
- - - - - - -
- - - - - - -
BUILT-IN
ELECTRONICS
GROUND (-)
Dạng nén

16. PRELOAD STUD INCREASES
STIFFNESS OF ELEMENT
CAUSING HIGH RESONANCE
+ + + + + +
+ + + + + +
- - - - - - -
- - - - - - -
THERMAL TRANSIENTS
CAUSE METALS TO
EXPAND AND CONTRACT
STRESSING CRYSTALS
ALONG SENSITIVE AXIS
STRAIN WAVES TRAVEL
UNIMPEDED DIRECTLY
INTO CRYSTAL
Dạng nén

17. + + + + + + +
- - - - - - - -
PIEZOELECTRIC
CRYSTALSEISMIC
MASS
HOUSING
SIGNAL (+)
BUILT-IN
ELECTRONICS
GROUND (-)
Dạng uốn

18. + + + + + + +
- - - - - - - -
PIEZOELECTRIC CRYSTAL
HAS NO PRELOAD
RESULTING IN
A LOW RESONANCE
STRAIN WAVES ARE
SHUNTED BY FULCRUM
TEMPERATURE CHANGES
CAN ONLY REACH ELEMENT
BY RADIATION. THERMAL
STRESS IS ALONG
NON-SENSITIVE
AXIS
Dạng uốn

19. +
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
GROUND (Case)
SIGNAL
MASS
BUILT-IN
ELECTRONICS
PIEZOELECTRIC
CRYSTAL
HOUSING
PRE-LOAD
RING
Dạng cắt

20. +
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
STRAIN WAVES ARE
SHUNTED AT POST
THERMAL TRANSIENTS
CAUSE STRESSES
ALONG THE
NONSENSITIVE
AXIS
Dạng cắt

21. 2.2 Gia tốc kế áp trở
Cấu tạo:

22. 3. Cảm biến đo rung
Rung động là hiện tượng thường gặp trong kỹ thuật,
ảnh hưởng rất lớn đến tính năng làm việc, độ an toàn
và tuổi thọ của máy móc, thiết bị.
Độ rung được đặc trưng bởi độ dịch chuyển (z), tốc
độ (v) hoặc gia tốc (a) ở các điểm trên vật rung.
⇒ Đo rung: đo một trong những đặc trưng trên.
⇒Cảm biến đo rung: cảm biến đo dịch chuyển, cảm
biến đo tốc độ hoặc cảm biến đo gia tốc.