Cảm biến vị trí và dịch chuyển

CẢM BIẾN VỊ TRÍ VÀ
DỊCH CHUYỂN


Khái Niệm:

Cảm biến là thiết bị đo đếm các đại lượng vật lý không điện thành các

tín hiệu điện sau đó các bộ phận xử lý trung tâm nhận dạng tín hiệu
điện đó để xử lý.
Vị trí là thuật ngữ chỉ tọa độ của một đối tượng với một chuẩn nào đó
được chọn trước. Dịch chuyển là sự chuyển động của đối tượng từ vị
trí này đến vj trí khác với một khoảng cách hoặc một góc quay nào đó.
Có các loại cảm biến như: công tắc giới hạn, điện thế kế điện trở, cảm
biến từ, cảm biến siêu âm, cảm biến tiệm cận, cảm biến quang điện.
2


1. Công tắc hành trình

3


1. Công tắc hành trình
Bao gồm 1 hoặc nhiều cặp tiếp
điểm được điều khiển đóng – mở
dưới tác động cơ học các cặp
tiếp điển có thể ở trạng thái cùng
đóng (cùng mở). dưới tác động
của ngoại lực các cặp tiếp điểm
sẽ thay đổi trạng thái.

4


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)
 Gía thành rẻ.

 Nhược điểm:
Tuổi thọ ngắn, dễ bị hao mòn.
Kích thước tương đối lớn.
 Ứng dụng: Cảm biến này thường được dùng để xác định giới hạn

hành trình hoặc vị trí đối tượng. Có thể được đặt với nhiều thiết bị
chấp hành như cần trượt, cần xoay, cần lắc, ... được dùng trong nhiều
5
điều kiện môi trường khác nhau.


2. Điện thế kế điện trở

 Loại cảm biến này có cấu tạo đơn giản, tín hiệu đo lớn và không
đòi hỏi mạch điện đặc biệt để xử lý tín hiệu.
Tuy nhiên với các điện thế kế điện trở có con chạy cơ học có sự
cọ xát gây ồn và mòn, số lần sử dụng thấp.

Có 2 loại:
Sử dụng con chạy cơ học
Không sử dụng con chạy cơ học.

6


2. Điện thế kế điện trở
 Sử dụng con chạy cơ học
2
Rx, l

Đo dịch chuyển
thẳng
l
Rx = Rm
L

1

α

2 1
Rm, ,
Lm

αm
αM

Rm

1
Rm

Rα

2

Rα

Đo dịch chuyển
quay α < 360o

Đo dịch chuyển
quay α > 360o

α
Rα =
Rm
αm

Rα =

α
Rm
αm

7

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


2. Điện thế kế điện trở

Điện thế kế dùng con trỏ quang.
Trong đó
1) Diot phát quang
2) Băng đo
3) Băng tiếp xúc
4) Băng quang dẫn

9

2. Điện thế kế điện trở

Điện thế kế dùng con trỏ từ.

10


3. Cảm biến siêu âm

Siêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn tần số âm thanh nghe

thấy (trên 20kHz). Thính giác của con người rất nhạy cảm với
dải tần số từ âm trầm (vài chục Hz) đến các âm thanh rất cao
(gần 20kHz).
Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm.

11


3. Cảm biến siêu âm

Nguyên lý hoạt động.

12


3. Cảm biến siêu âm

Ưu điểm:

Nhận biết được tất cả các loại vật liệu.
Ít bị suy giảm trong môi trường nước.

Nhược điểm:

Nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ môi trường.
Không nhận biết được vật trong môi trường chân không.

Ứng dụng: sử dụng để thăm dò đáy biển và đo mực nước. Sử
dụng để đo khoảng cách, chiều cao, vết đứt đồ vật.

13


3. Cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm – SRF05
 Điện áp - 5V
 Dòng thấp - 4mA
 Tần số - 40KHz
 Phạm vi hoạt động - 1cm – 4m
 Loại - 1 chân cho trig/echo hoặc 2 chân tương thích SRF04
 Đầu vào kích khởi - 10uS Min. Mức xung TTL
 Xung va đập - Mức tín hiệu TTL dương , bề rộng đối xứng
 Kích thước - 43mm x 20mm x 17mm
14