Bài giảng Kỹ thuật cảm biến và đo lường - Chương 7: Đo vận tốc, gia tốc, độ rung

Trang 1 
I. Đo tốc độ động cơ. 
1. Một số phương pháp đo tốc độ động cơ 
1.1 Dùng cảm biến quang đo tốc độ với đĩa mã hóa. 
Encoder là thiết bị có thể phát hiện sự chuyển động hay vị trí của vật. Encoder sử dụng các cảm biến quang để sinh ra chuỗi xung, từ đó chuyển sang phát hiện sự chuyển động. 
Khuyết điểm: cần nhiều lỗ để nâng cao độ chính xác nên dễ làm hư hỏng đĩa quay 
Trang 2 
1.1.1 Đĩa mã hóa tương đối: 
Trang 3 
Gọi T n là thời gian đếm xung, N 0 là số xung trong một vòng (độ phân giải của bộ cảm biến tốc độ, phụ thuộc vào số lỗ), N là số xung trong thời gian T n . 
n (vòng/giây) = 
D 
Clr 
Q 
Q\ 
C 
D 
Clr 
Q 
Q\ 
C 
QT 
QN 
A 
B 
QT 
QN 
QN 
QT 
Trang 4 
1.1.2 Đĩa mã hóa tuyệt đối (absolute encoder): 
Đĩa mã hóa tuyệt đối được thiết kế để khắc phục điều đó, luôn xác định vị trí vật một cách chính xác 
Đĩa Encder tuyệt đối sử dụng nhiều vòng phân đoạn theo hình đồng tâm. 
- Vòng trong cùng xác định đĩa quay đang nằm ở nửa vòng tròn nào 
- Kết hợp vòng trong cùng với vòng tiếp theo sẽ xác định đĩa quay đang nằm ở ¼ vòng tròn nào 
Trang 5 
Ví dụ: Đo tốc độ tuyệt đối 3 rãnh. 
Rãnh trong cùng xác định roto đang quay ở nửa vòng tròn nào. 
Rãnh trong cùng kết hợp với rãnh thứ 2 xác định roto đang quay ở ¼ vòng tròn nào. 
Kết hợp 3 rãnh sẽ biết được roto đang quay ở góc 1/8 nào. 
Để đếm đo vị trí cũng như vận tốc sử dụng đo tốc độ tuyệt đối, người ta dùng bảng mã Gray. 
Ví dụ Gray 2 bit: 
0 
1 
2 
3 
Dec 
Bit 1 
Bit 0 
0 
1 
2 
3 
0 
0 
1 
1 
0 
1 
1 
0 
Bit 0 
Bit 1 
Trang 6 
BINARY OUTPUT 
GRAY CODE OUTPUT  
Trang 7 
Binary Value  
Shifted Value  
Gray Code Value  
A 
B 
A xor B  
0000  
0000  
0000  
0001  
0000  
0001  
0010  
0001  
0011  
0011  
0001   
0010  
0100   
0010  
0110  
0101  
0010  
0111  
0110  
0011   
0101  
0111  
0011  
0100  
1000  
0100  
1100  
1001  
0100   
1101  
1010  
0101  
1111  
1011  
0101  
1110  
1100  
0110  
1010  
1101  
0110  
1011  
1110  
0111  
1001  
1111  
0111  
1000  
Trang 8 
1.2. Đo tốc độ dựa trên cảm biến hiệu ứng Hall 
Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từ trường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung ( thanh Hall ) đang có dòng điện chạy qua. Lúc đó người ta nhận được hiệu điện thế ( hiệu thế Hall ) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall 
Trang 9 
Trang 10 
1.3. Maùy phaùt toác DC 
Suaát ñieän ñoäng toång do maùy phaùt ñieän taïo ra: 
Trong ñoù  laø toác ñoä truïc quay, n laø toång soá daây chính treân roto 
 0 laø töø thoâng xuaát phaùt töø cöïc nam chaâm, N laø soá voøng quay trong moät giaây, đo suất điện động ta sẽ tính được tốc độ quay 
Trang 11 
4. Maùy phaùt toác AC 
+ Duøng maùy phaùt ñoàng boä 
+ Duøng maùy phaùt khoâng ñoàng boä 
Biên độ điện áp ngõ ra máy phát tốc tỷ lệ với tốc độ quay của động cơ 
Trang 12 
II. Đo gia tốc 
Đo gia tốc sử dụng piezoelectric(hiệu ứng áp điện) 
q = d ij .F=d ij .m.a 
q : điện tích nạp 
d ij : hệ số vật liệu của piezoelsectric 
Hệ số dãn nở của PTZ lớn hơn rất nhiều so với thạch anh nên nó có độ nhạy tốt hơn và cấu tạo nhỏ hơn 
Trang 13 
Khối lượng chấn động 
piezoelectric 
Đế gia tốc 
Lực tác động F = ma : phụ thuộc vào gia tốc hoặc khối lượng 
Trang 14 
2. Đo gia tốc sử dụng piezoresistive (hiệu ứng áp trở) 
Điện trở của vật liệu bị thay đổi tùy theo hiệu ứng căng hoặc nén. 
Lực tác động làm biến dạng : F = ma 
M = const sự biến dạng phụ thuộc vào gia tốc 
Trang 15 
3. Đo gia tốc sử dụng điện dung vi sai 
Nguyên lý : sự thay đổi của điện dung tỷ lệ với gia tốc. 
Vật cần đo 
Mạch dao động 
d = d o + m.a/k 
k = hệ số đàn hồi 
Đo tần số ngõ ra mạch và tần số ban đầu khi chưa có dao động gia tốc. 
Trang 16 
4. Đo gia tốc sử dụng biến trở