Bài giảng Đo lường - Cảm biến - Chương 5: Cảm biến vận tốc, gia tốc và độ rung

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 Đo lường – Cảm biến Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện từ đo vận tốc Điện áp ra tỉ lệ trực tiếp với vận tốc của thanh nam châm vĩnh cửu (theo nguyên lý cảm ứng điện từ) Gần tương tự như cảm biến vi sai LVDT, nhưng là loại cảm biến thụ động 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 Đo lường – Cảm biến 5 Optical / Magnetic Sensor Signal Conditioning Microcontroller Memory Display External Port (to controller) Tachometer Đo lường – Cảm biến 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 Sensor Schematic Cảm biến đo tốc độ (vị trí) trục quay 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 Đo lường – Cảm biến + Power - Signal+ Signal - Power Mass Sensing Resistor #1 Flexure Sensing Resistor #2 Fixed Resistors Cảm biến gia tốc - Accelerometer • 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 Đo lường – Cảm biến Power SignalGround Mass Sensing Capacitor #1 Built-In ElectronicsFixed Capacitors ~ Sensing Capacitor #2 Flexure Insulator 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 Đo lường – Cảm biến Power SignalGround Mass Transmitter Built-In Electronics Receiver Flexure Flexure Receiver Reflective Surface Cảm biến gia tốc - Accelerometer • Hoạt động dựa theo hiệu ứng áp điện của vật liệu điện môi • Hiệu ứng áp điện: Tín hiệu điện được tạo ra bởi vật liệu điện môi dưới một áp lực cơ học Đo lường – Cảm biến F F + - Piezoelectric Material + + + + + + - - - - - - Preload RingSeismic Mass Center Post Signal (+) Optional Built-In Electronics Ground (-) Piezoelectric Crystal (d26-Quartz) (d15-Piezoceramic) - - - - - - - - + + + + + + + + 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