cảm biến đo độ dịch chuyển

Kính chào thầy và các bạn
đến với bài thuyết trình của
nhóm
Đề tài : Cảm biến đo độ dịch chuyển


Cảm biến đo độ
dịch chuyển

Khái
niệm

Phân
loại

Cấu tạo
Nguyên
lí

Ứng
dụng


Khái Niệm
Việc kiểm tra vị trí chuyển động đóng vai trò vô cùng quan trọng trong kĩ thuật .
Cũng như trong máy móc hay các công cụ.

Làm sao để có thể xác định được ?
Dụng cụ xác định sự dịch chuyển của một vật khi
chịu tác động mà được xác định thông qua một số đại
lượng vật lí có thể đo được.

Cảm biến đo độ dịch chuyển


Phân loại
- Điện thế kế điện trở :
+ Điện thế dùng con chạy cơ học
+ Điện thế kế không dùng con trỏ cơ học : con trỏ quang và con trỏ từ
- Cảm biến điện cảm :
+ Cảm biến tự cảm : có khe từ biến thiên và lõi từ di động
+ Cảm biến hỗ cảm
- Cảm biến điện dung :
+ Cảm biến tụ điện đơn
+ Cảm biến tụ kép vi sai
- Cảm biến quang :
+ Quang phản xạ
+ Quang soi thấu
- Cảm biến đo dịch chuyển bằng song đàn hồi :
+ Cảm biến sử dụng phần tử điện áp
+ Cảm biến âm từ


Cấu tạo và nguyên lí
I.

Cảm biến sự dịch chuyển dùng điện trở

a)

Con chạy cơ học :

Gồm một điện trở cố định Rn và một tiếp xúc điểm có thể di chuyển gắn với chuyển
động cần đo. Vị trí con chạy tỷ lệ với giá trị điện trở tại đầu ra của tiếp xúc điểm.
Dịch chuyển thẳng :

R(l)=Rn

Dịch chuyển quay :

R(α)=Rn

1) điện trở 2) con chạy


Cấu tạo:
- Các điện trở được chế tạo có dạng cuộn dây hoặc băng dẫn
- Các điện trở cuộn dây thường 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 thủy tinh, gốm hoặc nhựa) giữa các vòng dây cách điện bằng
emay hoặc lớp oxit bề mặt
- Các địn trở dạng băng dẫn được chế tạo bằng chất dẻo trộn bột dãn điện là cacbon hoặc kim loại cỡ hạt ~10 -2
µm .
- Các con chạy phải đảm bảo tiếp xúc điện tốt, điện trở tiếp xúc phải nhỏ và ổn định.

Đặc tính:
- Các điện trở được chế tạo với các giá trị Rn nằm trong khoảng 1k đến 100k
- Độ phân giải cỡ 10µm
- Tuổi thọ của con chạy 106 lần với dạng xoay và 108 lần với dạng dịch chuyển
- Độ tuyến tính ở đầu đường chạy hoặc cuối đường chạy : độ tuyến tính kém

b) Không dùng con chạy cơ học :
+ Điện thế dùng con trỏ quang
Nguyên lí : điện thế kế tròn dùng con trỏ quang điot phát
quang (1), băng đo (2), băng tiếp xúc (3), và băng quang dẫn (4),
Băng điện trở đo được phân cách với bang tiếp xúc bởi một băng
quang dẫn rất mảnh làm bằng CdSe trên đó có con trỏ quang dịch
chuyển khi trục của điện thế kế quay. Điện trở của vùng quang
dẫn giảm đáng kể trong vùng được chiếu sáng tạo nên liên kết
giữa băng đo và băng tiếp xúc.

1)Điot phát quang 2)băng đo 3)băng tiếp xúc
4)băng quang dẫn


+ Điện thế dùng con trỏ từ
Nguyên lí một điện thế kế từ gồm hai từ điện trở R1 và R2 mắc nối tiếp và
một nam châm vĩnh cửu (gắn với trục quay của điện thế kế) bao phủ lên một phần
điện trở R1 và R2 .
Điện áp nguồn Es được đặt giữa hai điểm (1) và (3), điện áp đo Vm lấy từ
điểm chung (2) và một trong hai đầu (1) và (3).


II. Cảm biến sự dịch chuyển dùng điện dung :
Nguyên lí làm việc là thay đổi gái trị điện dung dưới tác động dịch chuyển làm thay đổi vị trí 2 bản cực.
Cảm biến sẽ đặc trưng bởi độ nhạy :
+ độ nhạy điện dung : Sc =∆C / ∆x
+ độ nhạy điện kháng : Sz =∆Z / ∆x
Điện dung sẽ phụ thuộc vào tiết diện, khoảng cách hai bản
tụ và điện môi giữa 2 bản tụ C(x) = f(A,x,є) :

C(x)=

: hằng số điện môi của môi trường
: hằng số điện môi của chân không
A: diện tích nằm giữa 2 điện cực
x: khoảng cách giữa hai bản cực


III. Cảm biến sự dịch chuyển dùng điện cảm.
Xv tác động làm phần ứng 3 dịch chuyển ->
khe hở không khí thay đổi -> thay đổi từ trở của
lõi thép -> điện cảm và tổng trở của cảm biến
cũng thay đổi theo.
Điện cảm

n: số vòng dây
R: từ trở khe hở không khí.
S: tiết diện thực của khe hở
không khí.
=> Điện cảm sẽ phụ thuộc vào khoảng cách khe
hở không khí

1)Lõi sắt 2) cuộn dây
3)phần ứng di chuyển được 4)khe hở không khí


IV . Cảm biến quang
a) Cảm biến quang phát xạ
Nguyên lí : hoạt động trên nguyên tắc dọi phản
quang : đầu thu quang đặt cùng phía với nguồn

phát. Tia sáng từ nguồn phát qua thấu kính hội tụ
đập tới một thước đo chuyển động cùng vật khảo
sát, trên thước có những vạch chia phản quang và
không phản quang kế tiếp nhau, khi tia sang gặp
phải vạch chia phản quang sẽ bị phản xạ trở lại thu
quang.


b) Cảm biến quang soi thấu
Nguyên lí: khi thước đo (gắn với đối tượng khảo sát, chạy giữa thấu kính hội tụ và lưới chia) có
chuyển động tương đối so với nguồn sáng sẽ làm xuất hiện một tín hiệu ánh sang hình sin. Tín hiệu
này được thu bởi các tế bào quang điện đặt sau lưới chia. Các tín hiệu đầu ra của cảm biến được
khuếch đại trong một bộ tạo xung điện tử tạo thành xung tín hiệu xung dạng chữ nhật.


V. Cảm biến đo độ dịch chuyển bằng sóng đàn hồi.
a) Nguyên lí chung :
Thời gian truyền sóng Tp từ khi tín hiệu xuất hiện ở máy phát đến khi nó được tiếp
nhận ở máy thu được đo bằng máy đếm xung. Máy đếm hoạt động khi bắt đầu phát sóng và
đóng lại khi tín hiệu đến được máy thu.

Gọi số xung dếmđược là N và chu kì của xung đếm là th ,ta có :
Tp = N.th
Khi đó: l = v.N.th


b) Cảm biến sử dụng phần tử áp điện :
Để đo dịch chuyển ta sử dụng hai dạng song đàn hồi :
- Sóng khối : dọc và ngang
- Sóng bề mặt

Nguyên lí : Sóng bề mặt truyền trong lớp bề mặt
của vật rắn , biên độ của chúng hầu như bằng không ở
độ sâu 2λ dưới bề mặt. Sóng bề mặt gồm một thành
phần sóng dọc và một thành phần sóng ngang. Nguồn
kích thích sóng bề mặt là một hệ điện cực kiểu răng
lược cài nhau phủ lên bề mặt vật liệu điện áp.


c) cảm biến âm từ :
Nguyên lí hoạt động của cảm biến : Máy phát (4) cung cấp một xung điện truyền qua dây
dẫn (3), xung này truyền với vận tốc áng sáng (c), từ trường do nó sinh ra có đường sức là đường
tròn đồng tâm với trục ống. Khi sóng điện từ truyền đến vị trí nam châm (2), sự kết hợp của hai
từ trường làm cho ống bị xoắn cục bộ, xoắn cục bộ này truyền trong ống dưới dạng sóng đàn hồi
với vận tốc v. Khi sóng đàn hồi đến máy thu (5) nó làm thay đổi độ từ hóa gây nên tín hiệu hồi
đáp.


Ứng dụng
- Cảm biến hồng ngoại giám sát việc rửa tay và tiệt trùng trc khi vào phòng bệnh.
- CB quang dùng để tìm vi khuẩn trong không gian. Quét đếm số người qua lại phòng bệnh.
- CB điện dung:
+ Chế tạo Cảm Biến áp suất dựa trên nguyên lý điện dung được ứng dụng để đo huyết áp.
+ Dùng trong sinh lý học để xác định âm thanh tim.
+ Sử dụng nguyên lý phát hiện tia hồng ngoại ứng dụng để tạo ra thiết bị phân tích khí C02.
+ Đo thể tích tâm thu trong bơm máu kiểu màng ngăn được.
- CB siêu âm: đo mực chất lỏng trong bồn; đo độ chùng của vật liệu; đo độ cao của đồ vật


Bài thuyết trình của
nhóm đến đây là kết

thúc
Cảm ơn thầy cô và các bạn đã chú ý lắng nghe