CẢM BIẾN GIA TỐC ĐO RUNG ĐỘNG - CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ ...

Cảm biến gia tốc đo rung động, hay còn gọi là gia tốc kế - Accelerometer là loại cảm biến chuyển rung động thành tín hiệu điện bằng cách sử dụng hiệu ứng áp điện. Chúng gồm những loại nào, cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao, VintechME sẽ cung cấp cho các bạn theo thông tin dưới đây.

NỘI DUNG:

Giới thiệu về Cảm biến gia tốc đo rung động Cấu tạo và nguyên lý của Cảm biến gia tốc đo rung động Gia tốc kế áp điện Gia tốc kế Piezoresistive Cảm biến điện dung Liên hệ tư vấn và đặt hàng

Giới thiệu về Cảm biến gia tốc đo rung động

Các thiết bị khi vận hành có chuyển động (động cơ, cơ cấu truyền, thiết bị chấp hành, …) cần phải theo dõi liên tục các thông số như tốc độ, nhiệt độ, áp suất và độ rung. Sự thay đổi của bất kỳ thông số nào cũng ảnh hưởng tới hoạt động, hư hỏng và điều kiện bảo trì của máy móc dẫn đến tổn thất về tài chính. Trong các thông số đó, độ rung là thông số vận hành đánh giá tốt nhất điều kiện chuyển động (dịch chuyển) của thiết bị.

Cảm biến rung động là thiết bị đo dao động cơ học của máy móc hoặc linh kiện. Rung động xuất hiện trong công nghiệp có thể là đặc tính bình thường (tính toán trước), nhưng đôi khi là dấu hiệu của sự cố tiềm ẩn nguy hiểm.

Cảm biến gia tốc đo rung động, hay còn gọi là gia tốc kế - Accelerometer là loại cảm biến chuyển rung động thành tín hiệu điện bằng cách sử dụng hiệu ứng áp điện.

Cảm biến gia tốc có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp và khoa học. Chúng được lắp trên các hệ thống dẫn đường quán tính của máy bay, trên máy tính, điện thoại, camera, … Máy thử nghiệm rung xóc ứng dụng các cảm biến và thiết lập môi trường rung xóc để đánh giá tác động va đập và độ tin cậy sản phẩm.

Hệ thống máy thử rung xóc chạy điện EV

Cấu tạo và nguyên lý của Cảm biến gia tốc đo rung động

Theo phương của rung động, có thể phân ra hai loại rung động: Rung động dọc trục (Axial Vibration) và rung động hướng tâm (Radial Vibration).

Rung động dọc trục là rung động theo phương song song với trục của động cơ (hoặc phần chuyển động. Rung động dọc có thể gây ra hư hỏng và mỏi các trục đệm nghiêng. Trục quay và các vòng đệm có thể bị hư hại do bị đẩy vào trong hoặc va chạm. Rung động dọc trục thường được xem xét với các động cơ tốc độ thấp, ít xảy ra (đáng kể) với các động cơ quay tốc độ cao.

Rung động hướng tấm xảy ra khi có một lực tác dụng từ bên ngoài vào trục quay. Đó thường là các bộ phận khác đang quay trên trục đó, có đặc tính không đều gây ra chênh lệch quay và lực tác động không đồng nhất tới trục. Ví dụ một cánh quạt không được cân đối, bị biến dạng quay.

Ngày nay, có nhiều công nghệ có thể đo đạc được đặc tính rung động:

- Gia tốc kế - Accelerometer: Cảm biến chuyển rung động thành tín hiệu điện bằng cách sử dụng hiệu ứng áp điện.

- Máy đo ứng suất - Strain Gauge: Cảm biến đo lực/áp suất bằng cách đo sự thay đổi về điện trở của vật liệu.

- Dòng điện xoáy hoặc độ dịch chuyển điện dung - Eddy Current or Capacitive Displacement: Sự dịch chuyển của vật thể làm thay đổi sự tương tác từ trường với cảm biến, từ đó đo được điện áp thay đổi theo từ trường.

- Cảm biến âm thanh/áp suất - Microphones or Acoustic Pressure Sensors: Cảm biến đo độ rung không tiếp xúc, bằng cách đo sự thay đổi áp suất gây ra bởi rung động và được truyền qua không khí.

- Laser - Laser Displacement: Phương pháp đo độ rung không tiếp xúc, bằng cách phân tích phản xạ tia laser truyền tới từ vật thể bị rung động thay đổi qua các thấu kính.

Trong công nghiệp, cảm biến gia tốc được sử dụng rộng rãi nhất, có nhiều lựa chọn, đáp ứng được hầu hết cho mọi ứng dụn, độ chính xác cao và độ ồn thấp. Ba loại cảm biến gia tốc phổ biến là: Gia tốc kế áp điện (Piezoelectric Accelerometer), gia tốc kế Piezoresistive (Piezoresistive Accelerometer), và cảm biến điện dung (Capacitive sensor).

Gia tốc kế áp điện

Gia tốc kế áp điện là loại phổ biến nhất vì tính hữu dụng và tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu cao (độ chính xác cao). Ở tấn số cao, cảm biến gặp vấn đề cộng hưởng làm phóng đại các nhiễu.

Dưới tác dụng của rung động (hoặc áp lực, ứng suất khác), áp điện được hình thành trong các tinh thể bên trong gia tốc kế áp điện. Hiệu ứng áp điện này là tuyến tính. Lượng điện tích sinh ra tỉ lệ với độ lớn của rung động. Vì vậy, chỉ cần một thay đổi rất nhỏ tác dụng vào cảm biến sẽ đưa ra một tín hiệu ra.

Vật liệu thường được dùng để chế tạo gia tốc kế áp điện là silicon đơn tinh thể. Trên cơ sở công nghệ bán dãn, sự thay đổi áp điện cao hơn đáng kể so với các đồng hồ đo biến dạng truyền thống, do đó cảm biến gia tốc co độ nhạy cao. Trong một dải tần số, hiệu ứng áp điện tuyến tính là ổn định, giúp dễ dàng đo đạc rung động. Cảm biến này có độ bền cao, chịu được môi trường khắc nghiệt, chế tạo đơn giản, có thể được làm từ các vật liệu rẻ tiền.

Gia tốc kế Piezoresistive

Gia tốc kế Piezoresistive ngày càng thông dụng vì chúng khắc phục được các nhược điểm của gia tốc kế áp điện xảy ra ở tần số cao nhờ các giảm chấn bên trong. Nhưng giá thành của chúng cũng cao hơn.

Hiệu ứng Piezoresistive cũng liên quan tới lực và ứng suất, tuy nhiên, thông số điện trở mới là thông số thay đổi trên các tinh thể, không phải là điện tích hay điện áp. Đây là hiện tượng thay đổi điện trở của vật liệu bán dẫn do tác động cơ học bên trong gia tốc kế Piezoresistive. Cảm biến gia tốc loại này cho độ phân giải đo lường cao, hoạt động được ở môi trường có nhiệt độ cao. Nhược điểm là chúng phải có nguồn điện cung cấp, nên không phù hợp với các sản phẩm chạy bằng pin hoặc có năng lượng thấp.

Gia tốc kế Piezoresistive được chế tạo phức tạp hơn so với gia tốc kế áp điện, có thể sử dụng điện trở màng kim loại mỏng, silicon đơn tinh thể hay các biến thể vật liệu khác.

Cảm biến điện dung

Đây là loại cảm biến phổ biến trên các thiết bị viễn thông di động do giá thành rất rẻ. Cảm biến thường được gắn lên bảng mạch. Khi cảm biến có gia tốc, khoảng cách giữa các tấm tụ điện thay đổi, màng ngăn trong cảm biến di chuyển, từ đó làm thay đổi điện dung. Tần số rung động đo được của cảm biến là nhỏ, chỉ trong khoảng vài trăm Hz, nhưng có thể được cải thiện và đủ dùng cho các ứng dụng phổ thông của thiết bị. Cảm biến phù hợp với các thiết bị thụ động hoặc công suất thấp.

Để lựa chọn cảm biến gia tốc đo rung động phù hợp, cần quan tâm tới các thông số chính sau:

- Biên độ rung: Phạm vi rung xóc cần đo. Nếu đo ngoài phạm vi đó, tín hiệu cảm biến bị sai lệch.

- Độ nhạy: Là thông số quan trọng nhất của cảm biến. Nó đặc trưng bằng tỉ lệ giữa tín hiệu điện chuyển đổi và gia tốc G.

- Số trục cần đo: Cảm biến phổ biến đo một trục dao động. Cũng có loại đo được nhiều trục.

Cảm biến gia tốc đo rung động ứng dụng hiệu ứng áp điện (hoặc điện trở) trên vật liệu bán dẫn, có ứng dụng rộng rãi trong với các hệ thống máy thử rung xóc, đo lường, an toàn và thử nghiệm. Các cảm biến có mặt trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại trong nhiều lĩnh vực như giao thông, liên lạc, y tế, … Có nhiều lựa chọn loại cảm biến gia tốc dựa trên nguyên lý và kích thước, cần xem xét cụ thể phạm vi ứng dụng để lựa chọn, tối ưu các ưu điểm của thiết bị.

>>> XEM THÊM CÁC SẢN PHẨM THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM >>>

Tủ thử nghiệm nhiệt độ, độ ẩm

Tủ thử nghiệm sốc nhiệt

Máy thử rung xóc

Tủ thử nghiệm phun sương muối

Tủ thử nghiệm nhiệt độ, áp suất theo độ cao

Tủ thử nghiệm chống xâm nhập IPx

Thiết bị thử nghiệm rơi và va đập

Thiết bị thử nghiệm NVH

======================

VintechME - 1Tech Việt Nam là đơn vị chuyên cung cấp các giải pháp kỹ thuật toàn diện bao gồm trang thiết bị và các gói dịch vụ liên quan đến thử nghiệm, đo lường. Hotline (Zalo/ Whatsaap): 0966 252 565/ 0979 388 908/ 0972 317 221 Email: info@vintechme.com Fanpage: https://www.facebook.com/vintechme Website: https://vintechme.com/ Địa chỉ: Số 197, đường Thụy Phương, Bắc Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam.