Your SlideShare is downloading. ×
Chương 4. cảm biến đo vị trí và dịch chuyển
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Chương 4. cảm biến đo vị trí và dịch chuyển

12,615

Published on

Chương 4. cảm biến đo vị trí và dịch chuyển

Chương 4. cảm biến đo vị trí và dịch chuyển

Published in: Education
0 Comments
9 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
12,615
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
561
Comments
0
Likes
9
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide
  • V: vận tóc sóng siêu âm (343 m/s trong không khí) t: thời gian từ lúc phát đến lúc thu
  • Transcript

    • 1. Wednesday, September 11, 2013 1 Chương IV. Cảm biến vị trí và dịch chuyểnChương IV. Cảm biến vị trí và dịch chuyển 1. Cảm biến vị trí tiếp xúc  Công tắc hành trình (Limit Switchs)  Điện thế kế điện trở (Potentiometers) 1. Cảm biến vị trí không tiếp xúc  Cảm biến từ (Magnetic Sensors)  Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensors)  Cảm biến tiệm cận (Promixity Sensors)  Cảm biến quang điện (Photoelectric Sensors) -Đơn giản -Rẻ tiền -Làm việc bền - Môi trường khắc nghiệt -Đắt tiền hơn
    • 2. Wednesday, September 11, 2013 2 1.1 Công tắc hành trình Có nhiều loại công tắc hành trình, có được dùng trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau Gia công vật liệu Nhà máy bia Máy đóng gói Thiết bị đúc Thiết bị nâng chuyển … Công tắc hành trình có thể được đặt với nhiều thiết bị chấp hành như cần trượt, cần xoay, cần lắc, ...
    • 3. Wednesday, September 11, 2013 3 1.1 Công tắc hành trình
    • 4. Wednesday, September 11, 2013 4 1.1 Công tắc hành trình
    • 5. Wednesday, September 11, 2013 5 1.1 Công tắc hành trình Ưu điểm Đáng tin cậy, chịu được va chạm và dễ sử dụng Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu Hoạt động đơn giản (ON/OFF) Nhược điểm Tuổi thọ ngắn, bị hao mòn
    • 6. Wednesday, September 11, 2013 6 1.2 Điện thế kế điện trở Cấu tạo và nguyên lý làm việc Rm, , Lm Rx, l Đo dịch chuyển thẳng 12 Rm Rα Đo dịch chuyển quay α > 360o 1 2 mx R L l R = m m RR α α =αm m RR α α =α αM Rα Rm Đo dịch chuyển quay α < 360o 12 α αm
    • 7. Wednesday, September 11, 2013 7 1.2 Điện thế kế điện trở Cấu tạo và nguyên lý làm việc Gồm một điện trở cố định (Rm) và một tiếp xúc điện (con chạy) liên kết với đối tượng. Khi đối tượng di chuyển, con chạy di chuyển theo, điện trở đo phụ thuộc vào vị trí con chạy. Đo điện trở ⇒ vị trí Điện trở dạng dây cuộn: được chế tạo từ các hợp kim Ni - Cr, Ni - Cu , Ni - Cr - Fe, Ag - Pd quấn thành vòng xoắn dạng lò xo trên lõi cách điện (bằng thuỷ tinh, gốm hoặc nhựa), giữa các vòng dây cách điện bằng emay hoặc lớp oxyt bề mặt. Điện trở dạng băng dẫn: được chế tạo bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện là cacbon hoặc kim loại cỡ hạt ~10-2 µm.
    • 8. Wednesday, September 11, 2013 8 1.2 Điện thế kế điện trở Ưu điểm Rẻ tiền Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng Đo được khoảng dịch chuyển lớn Nhược điểm Bị ảnh hưởng của bụi và ẩm Tuổi thọ kém, mau bị hao mòn
    • 9. Wednesday, September 11, 2013 9 2.1 Cảm biến từ Các đặc tính từ có thể được dùng để đo vị trí thông qua việc xác định sự xuất hiện, cường độ hoặc hướng của từ trường Cảm biến từ là nhóm các cảm biến làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển được gắn vào một phần tử của mạch từ gây nên sự biến thiên từ thông qua cuộn đo. Cảm biến từ được chia ra 2 loại: cảm biến tự cảm và cảm biến hỗ cảm
    • 10. Wednesday, September 11, 2013 10 2.1.1 Cảm biến tự cảm a) Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên Cấu tạo và nguyên lý làm việc 2 1. Lõi sắt từ 2. Cuộn dây 3. Tấm sắt từ XV Đo dịch chuyển thẳng 1 2 3 1 3 δ Đo dịch chuyển quay
    • 11. Wednesday, September 11, 2013 11 2.1.1 Cảm biến tự cảm a) Cảm biến tự cảm đơn có khe từ biến thiên Hệ số tự cảm Tổng trở của cảm biến: Khi δ, s thay đổi, L và Z thay đổi. Đo L hoặc Z ⇒ vị trí hoặc độ dịch chuyển W- số vòng dây. Rδ - từ trở của khe hở không khí. δ - chiều dài khe hở không khí. s - tiết diện thực của khe hở không khí. δ µω =ω= sW LZ 0 2 L = f(∆δ) Z5000Hz = f(∆δ) Z500Hz = f(∆δ) Z, L ∆δ
    • 12. Wednesday, September 11, 2013 12 2.1.1 Cảm biến tự cảm b) Cảm biến tự cảm kép có khe từ biến thiên Cấu tạo và nguyên lý làm việc XV XV Đo dịch chuyển thẳng Đo dịch chuyển quay
    • 13. Wednesday, September 11, 2013 13 2.1.1 Cảm biến tự cảm b) Cảm biến tự cảm kép có khe từ biến thiên Hệ số tự cảm Đặc điểm: • Độ nhạy lớn. • Độ tuyến tính cao hơn. L1 = f(δ) L1 - L2 = f(δ) L2 = f(δ) δ L
    • 14. Wednesday, September 11, 2013 14 2.1.1 Cảm biến tự cảm c) Cảm biến tự cảm có lõi từ di động Cấu tạo và nguyên lý làm việc Đặc điểm: • L = f(lf) → phi tuyến, độ nhạy và độ tuyến tính của CB kép cao hơn CB đơn. • Đo được dịch chuyển lớn hơn so với CBTC có khe từ biến thiên l0 lf l XV 1 2 1 1 XV Đơn Kép
    • 15. Wednesday, September 11, 2013 15 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm a) 3 XV 1 2 ~ 4 b) 1 2 3 4 1. Cuộn sơ cấp 2. Gông từ 3. Tấm sắt từ di động 4. Cuộn thứ cấp (cuộn đo) Cấu tạo và nguyên lý làm việc
    • 16. Wednesday, September 11, 2013 16 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Cấu tạo và nguyên lý làm việc Khi cấp dòng xoay chiều ( ) vào cuộn sơ cấp, sinh ra Φ biến thiên → trong cuộn thứ cấp sinh ra sức điện động cảm ứng: Giá trị hiệu dụng của suất điện động tcosI sWW e m 012 ωω δ µ −= δ =ω δ µ −= s kI sWW E 012 ⇒ E = f(s, δ)
    • 17. Wednesday, September 11, 2013 17 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Đặc điểm E = f(s, δ)→ tuyến tính theo (s) và phi tuyến theo (δ) Với (khi XV = 0) Để tăng độ nhạy và độ tuyến tính → CBHC kép lắp vi sai. 2 0 0 0 2 0 2 0 1 E 1 ksE S       δ δ∆ +δ =       δ δ∆ +δ −= δ∆ ∆ =δ 0 0 0 S s Ek s E S = δ = ∆ ∆ = 0 0 0 ks E δ =
    • 18. Wednesday, September 11, 2013 18 2.1.2 Cảm biến hỗ cảm Cảm biến hỗ cảm kép lắp vi sai XV ~ φ1 φ2 ~ XV ~ Dịch chuyển thẳng Dịch chuyển quay
    • 19. Wednesday, September 11, 2013 19 2.1.3 Biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) Cấu tạo Gồm 1 cuộn sơ cấp, 2 cuộn thứ cấp và phần lõi sắt từ Cuộn sơ cấp được cấp nguồn AC, 2 cuốn thứ cấp được mắc ngược nhau
    • 20. Wednesday, September 11, 2013 20 2.1.3 Biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) Hoạt động Ngõ ra là điện áp giữa 2 đầu cuộn thứ cấp phụ thuộc vào vị trí của lõi sắt từ. Khi lõi sắt ở giữa 2 cuộn thứ cấp, sẽ sinh ra điện áp bằng nhau và ngược dấu nhau  điện áp ra bằng 0. Khi vật di chuyển lên hay xuống thì làm cho điện áp của các cuộn thứ cấp tăng hoặc giảm. Đo điện áp ngõ ra để xác định độ dịch chuyển
    • 21. Wednesday, September 11, 2013 21 2.1.3 Biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) Ưu điểm Phát hiện được cả khoảng cách và chiều di chuyển Chính xác Làm việc được trong môi trường khắc nghiệt Ít ảnh hưởng bởi rung động Nhược điểm Không phù hợp cho việc đo khoảng cách lớn Ứng dụng Đo dịch chuyển tuyến tính Đo vị trí
    • 22. Wednesday, September 11, 2013 22 2.2 Cảm biến siêu âm Nguyên lý và cấu tạo Siêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn tần số âmSiêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn tần số âm thanhthanh nghe thấy (trên 20kHz). Thính giác của connghe thấy (trên 20kHz). Thính giác của con người rất nhạy cảm với dải tần số từ âm trầm (vàingười rất nhạy cảm với dải tần số từ âm trầm (vài chục Hz) đến các âm thanh rất cao (gần 20kHz).chục Hz) đến các âm thanh rất cao (gần 20kHz). Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóngCảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm.siêu âm. Cảm biến gồm 2 phần:Cảm biến gồm 2 phần: phần phát ra sóng siêu âm vàphần phát ra sóng siêu âm và phần thu sóng siêu âm phản xạ vềphần thu sóng siêu âm phản xạ về
    • 23. Wednesday, September 11, 2013 23 2.2 Cảm biến siêu âm Nguyên lý và cấu tạo Cảm biến sẽ phát ra 1 sóng siêu âm. Nếu có chướngCảm biến sẽ phát ra 1 sóng siêu âm. Nếu có chướng ngại vật trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ lại vàngại vật trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ lại và tác động lên module nhận sóng.tác động lên module nhận sóng. Đo thời gian từ lúc phát và nhận sóng ta sẽ tính đượcĐo thời gian từ lúc phát và nhận sóng ta sẽ tính được khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vậtkhoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật V: vận tóc sóng siêu âm (343 m/s trong không khí) t: thời gian từ lúc phát đến lúc thu
    • 24. Wednesday, September 11, 2013 24 2.2 Cảm biến siêu âm Ưu điểm Đo được khoảng cách rời rạc của vật di chuyển Ít ảnh hưởng bởi vật liệu và bề mặt Không ảnh hưởng bởi màu sắc Tín hiệu đáp ứng tuyến tính với khoảng cách Có thể phát hiện vật nhỏ ở khaongr cách xa Nhược điểm Sóng phản hồi bị ảnh hưởng của sóng âm thanh tạp âm Cần 1 khoảng thời gian sau mỗi lần sóng phát đi để sẵn sàng nhận sóng phản hồi  chậm hơn CB khác Khó phát hiện vật có mật độ vật chất thấp ở khoảng cách xa
    • 25. Wednesday, September 11, 2013 25 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến
    • 26. Wednesday, September 11, 2013 26 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến
    • 27. Wednesday, September 11, 2013 27 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến
    • 28. Wednesday, September 11, 2013 28 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến
    • 29. Wednesday, September 11, 2013 29 2.2 Cảm biến siêu âm Bố trí cảm biến
    • 30. Wednesday, September 11, 2013 30 2.2 Cảm biến siêu âm Một số ứng dụng
    • 31. Wednesday, September 11, 2013 31 2.2 Cảm biến siêu âm
    • 32. Wednesday, September 11, 2013 32 2.3 Cảm biến tiệm cận Cấu tạo và nguyên lý: Cảm biến tiệm cận sử dụng dao động tần số cao để phát hiện vật khi gần cảm biến Có 2 loại cảm biến tiệm cận: • Loại cảm ứng: phát hiện kim loại từ tính và không từ tính bằng cách tạo ra trường điện từ. • Loại điện dung: phát hiện vật kim loại và không kim loại bằng tạo ra điện trường tĩnh.
    • 33. Wednesday, September 11, 2013 33 2.3 Cảm biến tiệm cận Một số hình ảnh thực tế
    • 34. Wednesday, September 11, 2013 34 2.3.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Cấu tạo: Gồm có 4 thành phần: • Cuộn dây: tạo ra từ trường • Bộ dao động: tạo dao động tần số cao • Mạch kích: Giám sát biên độ của bộ dao động • Ngõ ra: Mở / tắt
    • 35. Wednesday, September 11, 2013 35 2.3.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Hoạt động: Khi đối tượng vi chuyển đến gần cảm biến - đi vào vùng từ trường, xuất hiện dòng điện xoáy trên bề mặt đối tượng, làm giảm biên độ của bộ dao động. Mạch kích giám sát biên độ của bộ giao động và kích thích cho ngõ ra của cảm biến mở (tắt)
    • 36. Wednesday, September 11, 2013 36 2.3.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Đấu dây:
    • 37. Wednesday, September 11, 2013 37 2.3.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng Ưu điểm Chính xác hơn so với các cảm biến khác Có tỉ lệ chuyển đổi cao Có thể làm việc trong môi trường khắc nghiệt Nhược điểm Chỉ phát hiện đối tượng kim loại Tầm hoạt động bị giới hạn
    • 38. Wednesday, September 11, 2013 38 2.3.2 Cảm biến tiệm cận loại điện dung Cấu tạo và hoạt động Bề mặt của cảm biến điện dung có 2 bản cực kim loại có dạng đồng tâm. Khi đối tượng đến gần cảm biến, làm thay đổi điện dung trong mạch dao động và mạch dao động bắt đầu hoạt động. Mạch kích đo biên độ dao động và kích ngõ ra cảm biến thay đổi trạng thái khi biên độ đến mức chỉ định.
    • 39. Wednesday, September 11, 2013 39 2.3.2 Cảm biến tiệm cận loại điện dung Ưu điểm Phát hiện được mọi vật liệu Ổn định và tốc độ cao Độ phân giải tốt Giá thấp Nhược điểm Ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm Khó thiết kế Độ tuyến tính không cao Không chính xác bằng cảm biến loại cảm ứng
    • 40. Wednesday, September 11, 2013 40 2.3 Cảm biến tiệm cận
    • 41. Wednesday, September 11, 2013 41 2.3 Cảm biến tiệm cận Một số ứng dụng
    • 42. Wednesday, September 11, 2013 42 2.3 Cảm biến tiệm cận Một số ứng dụng
    • 43. Wednesday, September 11, 2013 43 2.4 Cảm biến quang điện Cấu tạo Bộ phát sáng: • Thường dùng LED: LED đỏ, LED hồng ngoại, LED lazer, … • Ánh sáng được phát ra theo xung Bộ thu sáng: • Thường dùng Phototransistor • Cảm nhận ánh ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Mạch tín hiệu ra: • Chuyển tín hiệu tỉ lệ từ bộ thu sáng thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại
    • 44. Wednesday, September 11, 2013 44 2.4 Cảm biến quang điện Một số hình ảnh thực tế
    • 45. Wednesday, September 11, 2013 45 2.4 Cảm biến quang điện Hoạt động Thu phát: • Bộ thu và phát tách riêng biệt nhau • Nếu có vật chắn ngang nguồn sáng sẽ có tín hiệu ra • Ưu điểm: khoảng cách phát hiện xa (có thể đến 30 m), độ tin cậy và độ chính xác vị trí cao, phát hiện được mọi vật thể (trừ trong suốt). • Nhược điểm: mất nhiều thời gian cho việc lắp đặt, giá thành cao.
    • 46. Wednesday, September 11, 2013 46 2.4 Cảm biến quang điện Hoạt động Phản xạ gương: • Nguồn sáng phát ra tới gương và phản xạ lại bộ thu • Nếu có vật chắn ngang nguồn sáng sẽ có tín hiệu ra • Ưu điểm: giá thành thấp hơn loại thu phát, dễ lắp đặt và hiệu chỉnh, tin cậy. • Nhược điểm: khoảng cách phát hiện ngắn, vẫn cần 2 điểm lắp đặt cảm biến và gương
    • 47. Wednesday, September 11, 2013 47 2.4 Cảm biến quang điện Hoạt động Phản xạ khuếch tán: • Bộ phát sáng phát nguồn sáng tới đối tượng • Đối tượng này sẽ phản xạ một phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược lại bộ thu sáng, kích hoạt tín hiệu ra • Ưu điểm: giá thành thấp, dễ lắp đặt (chỉ cần 1 điểm lắp đặt duy nhất) • Nhược điểm: khoảng cách phát hiện ngắn và phụ thuộc vào kích thước, bề mặt và hình dáng của đối tượng.
    • 48. Wednesday, September 11, 2013 48 2.4 Cảm biến quang điện Ưu điểm Phát hiện được mọi vật liệu Ổn định và tốc độ cao Độ phân giải tốt Giá thấp Nhược điểm Ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm Khó thiết kế Độ tuyến tính không cao Không chính xác bằng cảm biến loại cảm ứng
    • 49. Wednesday, September 11, 2013 49 2.4 Cảm biến quang điện
    • 50. Wednesday, September 11, 2013 50 2.4 Cảm biến quang điện Một số ứng dụng
    • 51. Wednesday, September 11, 2013 51 2.4 Cảm biến quang điện Một số ứng dụng

    ×