Cảm biến dịch chuyển

Seminar:

CẢM BIẾN DỊCH CHUYỂN

Nhóm 3


Các loại cảm biến dịch chuyển (displacement sensor
and transducer):
1. Cảm biến điện trở (resistive sensor)
2. Cảm biến cảm ứng (inductive sensor)
3. Cảm biến tụ (capacitive sensor)
4. Cảm biến áp điện (Piezoelectric sensor)
5. Cảm biến siêu âm (Ultrasonic sensor)
6. Cảm biến từ (Magnetic sensor)
7. Cảm biến giao thoa lazer (Laser Interferometer
sensor)
8. Cảm biến mật mã quang (Optical encoder sensor)


Các loại cảm biến dịch chuyển (displacement sensor
and transducer):
1. Cảm biến điện trở (resistive sensor)
2. Cảm biến cảm ứng (inductive sensor)
3. Cảm biến tụ (capacitive sensor)
4. Cảm biến áp điện (Piezoelectric sensor)
5. Cảm biến siêu âm (Ultrasonic sensor)
6. Cảm biến từ (Magnetic sensor)
7. Cảm biến giao thoa lazer (Laser Interferometer
sensor)
8. Cảm biến mật mã quang (Optical encoder sensor)

Cảm biến dịch chuyển điện trở
Resistive displacemen sensor

Thông thường là loại đo điện thế (potentiometer)

Điện kế thế dịch
chuyển tịnh tiến

Điện kế thế dịch
chuyển tròn


Cảm biến dịch chuyển điện trở
Resistive displacemen sensor

x- Khoảng di chuyển;

l- Chiều dài biến trở

Ro- điện trở toàn phần
αx-Góc di chuyển ; α : Góc quay toàn phần


Cảm biến đo góc-Goniometer


Cảm biến đo góc-Goniometer

Nguyên lý cảm biến đo góc-Goniometer
Plastic ribbons
Connecting rods

Parallelogram
linkage

Knee joint

Vi
Vout = k θ

Triaxial
goniometer

(a)

(b)

Một cảm biến đo góc được gắn chặt vào ống chân và bắp vế để đo chuyển
động xoay tròn của đầu gối:
Vi: là điện thế cấp vào ;
Vout: là điện áp ra, tương ứng với góc chuyển động của đầu gối


Cảm biến đo góc-Goniometer


Cảm biến dịch chuyển điện trở

Resistive displacemen sensor

Resistive respiration belt: đai trở kháng theo
dõi hô hấp


Các loại cảm biến dịch chuyển (displacement sensor
and transducer):
1. Cảm biến điện trở (resistive sensor)
2. Cảm biến cảm ứng (inductive sensor)
3. Cảm biến tụ (capacitive sensor)
4. Cảm biến áp điện (Piezoelectric sensor)
5. Cảm biến siêu âm (Ultrasonic sensor)
6. Cảm biến từ (Magnetic sensor)
7. Cảm biến giao thoa lazer (Laser Interferometer
sensor)
8. Cảm biến mật mã quang (Optical encoder sensor)


Cảm biến dịch chuyển cảm ứng
Inductive displacemen sensor




LVDT (linear variable differential transformer _ bộ biến đổi vi sai
tuyến tính) là dụng cụ đo độ dịch chuyển hoạt động dựa trên nguyên
lý của máy biến thế.
LVDT bao gồm 2 thành phần chính: 1 lõi di động và các cuộn dây
tĩnh.

Cảm biến dịch chuyển cảm ứng
Inductive displacemen sensor






Cấu trúc của LVDT
Cuộn dây nằm giữa là cuộn sơ cấp (primary coil) được cung cấp
bởi nguồn AC.
Hai cuộn dây còn lại là cuộn thứ cấp (secondary coils) có tác dụng
nhận từ thông phát ra từ cuộn sơ cấp và tạo ra suất điện động xoay
chiều trên 2 cuộn dây này.
Một lõi di động trên các trục của cuộn dây, lõi này gắn vào vật cần
đo chuyển động.


Cảm biến dịch chuyển cảm ứng
Inductive displacemen sensor
Hoạt động:




Cuộn dây sơ cấp của LVDT là
P, được cung cấp năng lượng
từ nguồn AC, tạo ra thông

lượng tới các cuộn dây thứ
cấp S1, S2 -> tạo ra suất điện
động.
Điện áp đo được ở ngõ ra là
điện áp xoay chiều, co giá trị:

Eout = E1 − E2


Với E1, E2 là điện áp xoay
chiều được tạo ra trên 2 cuộn
dây thứ cấp.


Cảm biến dịch chuyển cảm ứng
Inductive displacemen sensor




Trường hợp 1: Khi lõi dịch chuyển về
phía cuộn S1, điện áp E1 tăng, điện áp
E2 giảm do lượng từ thông được tập
trung nhiều về phía cuộn dây S1:
Điện áp ngõ ra so với điện áp ngõ trên
cuộn sơ cấp:


Cảm biến dịch chuyển cảm ứng
Inductive displacemen sensor



Trường hợp 2: lõi nằm cân bằng
như hình vẽ, điện áp trên 2 cuộn
dây thứ cấp bằng nhau, ta có:

Eout = E1 − E2 = 0


Cảm biến dịch chuyển cảm ứng
Inductive displacemen sensor




Trường hợp 3: khi lõi dịch về phía
cuộn thứ cấp S2, ta có E1 giảm, E2
tăng.
Điện áp ngõ ra so với điện áp trên
cuộn sơ cấp:


Cảm biến dịch chuyển cảm ứng
Inductive displacemen sensor








Độ tuyến tính của phương
pháp LVDT được biểu diễn
trên đồ thị.
Khi lõi dịch chuyển càng xa
vị trí cân bằng, biên độ điện
áp tại ngõ ra càng tăng.
Biên độ điện áp chỉ tuyến
tính với độ dịch chuyển của
lõi khi lõi nằm trong 1
khoảng giới hạn. Khi lõi càng
tiến gần các vị trí giới hạn thì
phép đo không còn tuyến
tính nửa.
Phạm vi tuyến tính LVDT từ
1mm
đến 50cm (sai
số tuyến tính 0.25 %).

±1mm


Cảm biến dịch chuyển cảm ứng
Inductive displacemen sensor

Mạch lấy tín hiệu ra


Cảm biến dịch chuyển cảm ứng

Inductive displacemen sensor
Các ứng dụng
 Được sử dụng trong ống thông của bộ chuyển đổi huyết
áp.
 Khảo sát sự co cơ, xác định độ co của gân và dây
chằng.
 Trong thiết bị trợ tim,
khảo sát sự co thắt của tim.


Cảm biến dịch chuyển cảm ứng
Inductive displacemen sensor


Các loại cảm biến dịch chuyển (displacement sensor
and transducer):
1. Cảm biến điện trở (resistive sensor)
2. Cảm biến cảm ứng (inductive sensor)
3. Cảm biến tụ (capacitive sensor)
4. Cảm biến áp điện (Piezoelectric sensor)
5. Cảm biến siêu âm (Ultrasonic sensor)
6. Cảm biến từ (Magnetic sensor)
7. Cảm biến giao thoa lazer (Laser Interferometer
sensor)
8. Cảm biến mật mã quang (Optical encoder sensor)


Cảm biến dich chuyển tụ điện
Capacitive sensors - Displacement

C(x): điện dung của tụ

Hằng số điện môi của chất cách điện

A: diện tích nằm giữa hai bản cực

Hằng số điện môi của chân không

D: khoảng cách giữa hai bản cực


Cảm biến dich chuyển tụ điện
Capacitive sensors - Displacement
Điện dung của tụ thay đổi do một trong ba giá trị εr, A hay x thay đổi


Cảm biến dich chuyển tụ điện
Capacitive sensors - Displacement

w: chiều ngang
wx: độ dịch chuyển phụ thuộc vào chuyển động của bản cực