Cảm Biến đo Gia Tốc Và Rung - SlideShare

cảm biến đo gia tốc và rung•Download as PPT, PDF•4 likes•9,246 viewsTTony TunFollow

this presentation is made by Lee Joon Hoo(Park Bung Soo)Read less

Read more1 of 41Download nowDownloaded 285 times

More Related Content

cảm biến đo gia tốc và rung

• 1. Trường ĐH GTVT TP.Hồ Chí Minh Bài Thuyết Trình Đề Tài Thiết kế gia tốc cảm biến và rung Nhóm 7 1.Dương Văn Hòa TD12 2.Thái Hoàng Tuấn TD12 3.Phạm Minh Thịnh TD12 4.Nguyễn Trọng Thủy TD12
• 2. Nội dung bài thuyết trình I.Khái niệm,tính chất của gia tốc,rung II.Cảm biến đo gia tốc,rung;phương pháp 1.Phương pháp đo 2.Các đặc trưng của cảm biến 3.Cảm biến gia tốc 3.1:cảm biến đo gia tốc áp trở 3.2:cảm biến đo gia tốc áp điện 4.Cảm biến đo rung III.Ứng Dụng
• 3. I.Khái niệm,tính chất của gia tốc,rung
• 4. I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung gia tốc: - kí hiệu: a hoặc g - đơn vị đo: m/s2 hoặc cũng có thể là Hz - Theo nguyên lý cơ bản của cơ học ,gia tốc là mối quan hệ giữa lực và khối lượng. - Động học:gia tốc được hiểu là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi của vận tốc theo thời gian =>1 vật có gia tốc khi vật đó biến thiên vận tốc VD: xe gắn máy khi tăng tốc sẽ có gia tốc.còn cánh quạt khi quay đều không có gia tốc. 2 ( / ) dv a m s dt =
• 5. I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) Tính chất của gia tốc - Nó là một trong những đại lượng cơ bản dùng để mô tả chuyển động. Cũng như vận tốc, gia tốc là đại lượng hữu hướng (vector) - Chuyển động tăng tốc khi vectơ gia tốc cùng chiều với chiều chuyển động; giảm tốc khi vectơ gia tốc ngược chiều với chiều chuyển động; đổi hướng khi véc tơ gia tốc có phương khác với phương chuyển động.
• 6. I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) - Gia tốc trung bình: +Gia tốc trung bình là biến thiên của vận tốc chia cho biến thiên của thời gian, là đạo hàm của vận tốc theo thời gian, và là đạo hàm bậc hai của vị trí chất điểm theo thời gian 0 tb 0 v v v a t t t − ∆ = = − ∆    
• 7. I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) - Gia tốc tức thời: +Gia tốc tức thời của một vật tại một thời điểm là sự thay đổi về vận tốc trong một khoảng thời gian vô cùng nhỏ quanh thời điểm đó chia cho khoảng thời gian vô cùng nhỏ này. Nó có thể được tính theo công thức trong đó: a là gia tốc v là vận tốc đơn vị m/s t là thời gian đơn vị s. dv a dt =  
• 8. I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) -Gia tốc hướng tâm: +Gia tốc hướng tâm là gia tốc của chuyển động trên một quỹ đạo cong.Gia tốc này hướng vào tâm cong của quỹ đạo và có độ lớn bằng độ lớn của gia tốc ly tâm: trong đó: v là tốc độ tức thời R là độ dài bán kính cong 2 ht v a R =
• 9. I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) Rung - Là dao động cơ học của vật thể đàn hồi,sinh ra khi trọng tâm và trục đối xứng của chúng xê dịch trong không gian hoặc do sự thay đổi có tính chu kỳ hình dạng mà chúng có ở trạng thái tĩnh. - Rung trong công nghiệp là sự di chuyển qua lại của máy hoặc các bộ phận máy - Rung làm thay đổi phổ tần dẫn đến trạng thái mài mòn và mỏi các chi tiết cơ khí
• 10. I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) - Rung động được đặc trưng bởi ba thông số: ■Biên độ dao động λ. ■Biên độ của vận tốc dao động γ. ■Biên độ của gia tốc dao động β. - Mức rung động của vận tốc dao động: Trong đó: γ0= 5.10-8 [m/s]– ngưỡng quy ước biên độ của vận tốc dao động. 0 Lc= 20.log ( ) ; [dB] γ γ
• 11. I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt)
• 12. I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) - Một thành phần máy có thể dao động một khoảng cách lớn hoặc nhỏ, nhanh hoặc chậm và có thể cảm nhận được âm thanh và nhiệt. - Rung động máy thường có thể cố ý được tạo ra nhờ thiết kế của máy và tùy vào mục đích sử dụng của máy như sàng rung, phễu nạp liệu, băng tải, máy đánh bóng, máy dầm đất, v.v…. Nhưng hầu hết, rung động máy là không mong muốn và nó thường gây ra những hư hỏng cho máy.
• 13. II.Cảm biến đo gia tốc,rung và phương pháp đo
• 14. 1. Phương pháp đo  Phương pháp đo: Gia tốc nhỏ có dao động trọng tâm tần số thấp (f = 0 ÷ ~20 Hz): dùng cảm biến đo dịch chuyển và cảm biến đo biến dạng. Gia tốc rung (tần số vài trăm Hz): dùng cảm biến từ trở biến thiên, cảm biến đo biến dạng (kim loại hoặc áp điện trở). Gia tốc rung ( tần số trung bình và tương đối cao: ~10kHz): dùng gia tốc kế áp trở hoặc áp điện. Gia tốc khi va đập, gia tốc tốc có dạng xung: dùng cảm biến gia tốc có dải thông rộng về cả hai phía tần số thấp và cao.
• 15. 2. Các đặc trưng của cảm biến đo gia tốc ) 11 ( 2 1 0 bmM Cf + ∏ = ) 11 ( 2 1 0 sb MmM Cf + + ∏ =
• 16. 2. Các đặc trưng của cảm biến đo gia tốc(tt) )/( 2' cmg MM M cs s + =γγ 2 0 21 ξ−== ffr
• 18. 2. Các đặc trưng của cảm biến đo gia tốc(tt) τ ω 1 =
• 19. 3.1: Gia tốc kế áp điện  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Cấu tạo chung của gia tốc kế áp điện gồm một khối lượng rung M và một phần tử áp điện đặt trên giá đỡ cứng, và toàn bộ được đặt trong một vỏ hộp kín. + Cảm biến loại này có tần số cộng hưởng cao, kết cấu chắc chắn, nhạy với ứng lực của đế.
• 20. 3.1: Gia tốc kế áp điện + Thông thường cần phải đo gia tốc theo hai hướng dọc theo trục nhạy cảm. Tuỳ thuộc vào bản chất lực tác dụng (nén, kéo hoặc cắt) trong bộ cảm biến phải có bộ phận cơ khí tạo ứng lực cơ học đặt trước lên phần tử áp điện để mở rộng dải đo gia tốc theo hai chiều.
• 21. 3.1: Gia tốc kế áp điện + Phần tử áp điện của cảm biến gồm hai phiến áp điện mỏng dán với nhau, một đầu gắn cố định lên vỏ hộp cảm biến, một đầu gắn với khối lượng rung. Cảm biến loại này cho độ nhạy rất cao nhưng tần số và gia tốc rung đo được bị hạn chế.
• 22. 3.1: Gia tốc kế áp điện amdFdq ijij ... ==
• 23. Các tinh thể áp điện có thể được cắt hay căng theo các cách: Cắt Uốn Nén 3.1: Gia tốc kế áp điện
• 24. PRELOAD STUD (trục nhạy cảm) PIEZOELECTRIC CRYSTAL(S) (phần tử áp điện) HOUSING SEISMIC MASS (khối lượng rung) ELECTRODE ( điện cực) SIGNAL (+) + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - BUILT-IN ELECTRONICS GROUND (-) Dạng nén Tần số cộng hưởng cao,chắc chắn,nhạy với úng lực của đế
• 25. preload stud tăng độ cứng của yếu tố gây cộng hưởng cao + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - nguyên nhân gây ra các kim loại thoáng nhiệt nở rộng và hợp đồng tinh thể nhấn mạnh dọc theo trục nhạy cảm Các tinh thể bị cản trở sẽ đi ra ngoài thành tín hiệu điện Dạng nén
• 26. + + + + + + + - - - - - - - - PIEZOELECTRIC CRYSTALSEISMIC MASS HOUSING SIGNAL (+) BUILT-IN ELECTRONICS GROUND (-) Dạng uốn Hai phiến điện áp mỏng được dán với nhau cho độ nhạy rất cao nhưng bị hạn chế bởi gia tốc rung thấp và tần số nhỏ
• 27. + + + + + + + - - - - - - - - PIEZOELECTRIC CRYSTAL HAS NO PRELOAD RESULTING IN A LOW RESONANCE STRAIN WAVES ARE SHUNTED BY FULCRUM TEMPERATURE CHANGES CAN ONLY REACH ELEMENT BY RADIATION. THERMAL STRESS IS ALONG NON-SENSITIVE AXIS Dạng uốn
• 28. + + + + + - - - - - + + + + + - - - - - GROUND (Case) SIGNAL MASS BUILT-IN ELECTRONICS PIEZOELECTRIC CRYSTAL HOUSING PRE-LOAD RING Dạng cắt
• 29. + + + + + - - - - - + + + + + - - - - - STRAIN WAVES ARE SHUNTED AT POST THERMAL TRANSIENTS CAUSE STRESSES ALONG THE NONSENSITIVE AXIS Dạng cắt
• 30. 3.2: Gia tốc kế áp trở - Cấu tạo chung của một gia tốc kế áp trở gồm một tấm mỏng đàn hồi một đầu gắn với giá đỡ, một đầu gắn với khối lượng rung, trên đó có gắn từ 2 đến 4 áp trởmắc trong một mạch cầu Wheatstone. Dưới tác dụng của gia tốc, tấm đàn hồi bị uốn cong, gây nên biến dạng trong đầu đo một cách trực tiếp hoặc gián tiếp qua bộ khuếch đại cơ. 1) Khối rung 2) Tấm đàn hồi 3) áp trở 4) Đế Độ nhạy của cảm biến được biểu diễn bằng biểu thức: 1 2. . m mV V s s s a a ε ε = = =
• 31. 3.2: Gia tốc kế áp trở(tt) - Độ nhạy điện của cầu Wheatstone S1: vì 4 đầu đo đều có cùng một biến dạng |ε| nên điện áp ra Vm của đầu đo bằng: Suy ra: Trong đó: es- điện áp nuôi cầu (10 - 15 V). K - hệ số đầu đo áp trở. R - điện trở một đầu đo. . .m s s R V e e K R ε ∆ = = 2 . ss K e=
• 32. 3.2: Gia tốc kế áp trở(tt) - Độ nhạy cơ S1 của hệ thống cơ khí xác định theo biểu thức: Giá trị của A và ɷ0phụ thuộc vào kết cấu của hệ chịu uốn 1 2 2 20 2 0 0 1 1 2 A s ω ω ω ξ ω ω = =     − +        3 0 3 3 4 . . 1,5 Yle L M b e A L ω = =
• 33. Một số cảm biến đo gia tốc MPU-6050 Cảm biến gia tốc
• 34. 4. Cảm biến đo rung Rung động là hiện tượng thường gặp trong kỹ thuật, ảnh hưởng rất lớn đến tính năng làm việc, độ an toàn và tuổi thọ của máy móc, thiết bị. Độ rung được đặc trưng bởi độ dịch chuyển (z), tốc độ (v) hoặc gia tốc (a) ở các điểm trên vật rung. ⇒ Đo rung: đo một trong những đặc trưng trên. ⇒Cảm biến đo rung: cảm biến đo dịch chuyển, cảm biến đo tốc độ hoặc cảm biến đo gia tốc.
• 35. 4. Cảm biến đo rung(tt) Sơ đồ cảm biến đo tốc độ rung trình bày trên hình
• 36. 4. Cảm biến đo rung(tt)
• 37. 4. Cảm biến đo rung(tt) - Việc chuyển đổi tốc độ tương đối của khối lượng rung so với vỏ hộp thành tín hiệu điện thực hiện bởi một cảm biến vị trí tương đối kiểu điện từ gồm một cuộn dây và một lõi nam châm. Cuộn dây gắn với khối lượng rung, lõi nam châm đặt bên trong cuộn dây và gắn với vỏ cảm biến - Bằng cách đo suất điện động của cuộn dây có thế đánh giá được tốc độ rung cần đo.
• 38. 4. Cảm biến đo rung(tt) - Một điều cần quan tâm khi sử dụng cảm biến loại này đó là phản ứng của cảm biến thứ cấp đối với chuyển động của khối lượng rung thể hiện thông qua phản lực f = B.l.i tác động lên cuộn dây khi cuộn dây chuyển động trong từ trường cảm ứng B. Giả thiết bỏ qua trở kháng của cuộn dây Lω, khi đó phản lực f tỉ lệ với tốc độ tương đối: Lực này chống lại chuyển động của khối lượng rung, làm thay đổi hệ số tắt dần của chuyển động.
• 39. 4. Cảm biến đo rung(tt) - Nguyên lý cảm biến đo độ rung: Cảm biến gồm 1 bộ phận cơ khí (tinh thể áp điện hoặc lò xo) nối với khối lượng rung và tất cả được đặt chung trong 1 chiếc hộp. Chuyển động rung của khối lượng M sẽ tác động lên phần tử nhạy cảm(lò xo) và chuyển thành tín hiệu điện ở đầu ra. - khi không có gia tốc tác động lên vỏ hộp tung độ của a và b bằng nhau - dịch chuyển tương đối của m so với hộp
• 40. Một số cảm biến đo rung Cảm biến rung SW-520D
• 41. III.Ứng dụng - Cảm biến gia tốc dùng để đo gia tốc của vật chuyển động => có thể đưa ra các thay đổi hợp lí về mặt thông số hoạt động cho các động cơ hay vật chuyển động.cảm biến gia tốc được dùng nhiều trong ngành hàng không,vũ trụ,nghiên cứu khoa học hoặc lắp đặt trong các điện thoại,xe máy - Cảm biến rung dùng để đo mức độ rung của 1 vật => đưa ra các phương pháp giảm thiểu rung vì rung hầu hết là không có lợi.Cảm biến rung được dùng nhiều trong hoạt động hàng không,xây dựng,địa chất…

Download