Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế cảm biến gia tốc và rung
Trường ĐH GTVT TP.Hồ Chí Minh Bài Thuyết Trình Đề Tài Thiết kế cảm biến gia tốc và rung Nhóm 1.Dương Văn Hòa TD12 2.Thái Hoàng Tuấn TD12 3.Phạm Minh Thịnh TD12 4.Nguyễn Trọng Thủy TD12 Nội dung bài thuyết trình I.Khái niệm,tính chất của gia tốc và rung II.Phương pháp đo và cảm biến đo gia tốc,rung; 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 I.Khái niệm,tính chất của gia tốc,rung I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung gia tốc: - kí hiệu: a - đơn vị đo: m/s2 - Theo nguyên lý bản của học ,gia tốc là mối quan hệ giữa lực và khối lượng - Động học : gia tốc được hiểu đại lượng vật lý đặc trưng cho sự thay đổi của vận tốc theo thời gian dv a = (m / s ) dt =>1 vật có gia tốc vật biến thiên vận tốc VD: xe gắn máy tăng tốc có gia tốc.còn cánh quạt quay gia tốc I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) Tính chất của gia tốc - Nó đại lượng dùng để mô tả chuyển động Cũng vận tốc, gia tốc đại lượng hữu hướng (vector) - Chuyển động tăng tốc vectơ gia tốc chiều với chiều chuyển động; giảm tốc vectơ gia tốc ngược chiều với chiều chuyển động; đổi hướng véc tơ gia tốc có phương khác với phương chuyển động I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) Rung - Là dao động học vật thể, sinh trọng tâm trục đối xứng chúng xê dịch không gian thay đổi có tính chu kỳ hình dạng mà chúng có trạng thái tĩnh - Rung công nghiệp là di chuyển qua lại máy phận máy - Rung làm thay đổi phổ tần dẫn đến trạng thái mài mòn và mỏi các chi tiết khí I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) - Rung động đặc trưng độ dịch chuyển, tốc độ hoặc gia tốc ở các điểm xác định vật rung Bởi vậy đo rung động của một vật người ta đo một các đặc trưng - Trong các máy đo gia tốc thường sử dụng các cảm biến thích hợp để đo độ rung và va đập - Khi đo gia tốc người ta có thể xác định được tốc độ và quãng đường dịch chuyển của vật bằng cách lấy tích phân một lần hoặc tích phân kép I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung(tt) - Một thành phần máy dao động khoảng cách lớn nhỏ, nhanh chậm cảm nhận bằng âm nhiệt - Rung động máy thường cố ý tạo nhờ thiết kế máy tùy vào mục đích sử dụng máy sàng rung, phễu nạp liệu, băng tải, máy đánh bóng, máy dầm đất, v.v… Nhưng hầu hết, rung động máy không mong muốn thường gây hư hỏng cho máy II.Cảm biến đo gia tốc,rung và phương pháp đo Dạng cắt + + + + + - - + + + + + THERMAL TRANSIENTS CAUSE STRESSES ALONG THE NONSENSITIVE AXIS STRAIN WAVES ARE SHUNTED AT POST 3.Cảm biến đo gia tốc(tt) B.Gia tốc kế áp trở - Cấu tạo chung gia tốc kế áp trở gồm mỏng đàn hồi đầu gắn với giá đỡ, đầu gắn với khối lượng rung, có gắn từ đến áp trởmắc mạch cầu Wheatstone Dưới tác dụng gia tốc, đàn hồi bị uốn cong, gây nên biến dạng đầu đo cách trực tiếp gián tiếp qua khuếch đại 1) Khối rung 2) Tấm đàn hồi 3) áp trở 4) Đế Độ nhạy cảm biến biểu diễn biểu thức: ε V V s = s1.s2 = = a ε a m m 3.Cảm biến đo gia tốc(tt) - Độ nhạy điện cầu Wheatstone S1: đầu đo có biến dạng |ε| nên điện áp Vm đầu đo bằng: ∆R Vm = es = es K ε R Suy ra: s2 =K es Trong đó: es - điện áp nuôi cầu (10 - 15 V) K - hệ số đầu đo áp trở ( ≈ 50÷100) R - điện trở đầu đo ( ≈ 350÷500 Ω) - Độ biến dạng 6.F b ε= Y .e -Độ uốn cong 4.F L3 f = Y .e - Độ cứng Y .e C= 4.L3 3.Cảm biến đo gia tốc(tt) - Độ nhạy S1 hệ thống khí xác định theo biểu thức: s1 = A ω0 = ω2 ω 1 − +2ξ ω ω Giá trị A ɷ0 phụ thuộc vào kết cấu hệ chịu uốn Yle3 ω0 = L3 M b.e A =1, L Một số cảm biến đo gia tốc MPU-6050 Cảm biến gia tốc Cảm biến đo rung Rung động là hiện tượng thường gặp kỹ thuật, ảnh hưởng rất lớn đến tính làm việc, độ an toàn và tuổi thọ của máy móc, thiết bị Độ rung đặc trưng độ dịch chuyển (z), tốc độ (v) gia tốc (a) điểm vật rung ⇒ Độ rung: đo đặc trưng ⇒Cảm biến đo rung: cảm biến đo dịch chuyển, cảm biến đo tốc độ cảm biến đo gia tốc Cảm biến đo rung(tt) Sơ đồ cảm biến đo tốc độ rung trình bày hình Cảm biến đo rung(tt) Nguyên lý cảm biến đo độ rung: - Cảm biến gồm bộ phận khí (tinh thể áp điện hoặc lò xo) nối với khối lượng rung và tất cả được đặt chung 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 - không có gia tốc tác động lên vỏ hộp tung độ của a và b bằng Cảm biến đo rung(tt) Cảm biến đo rung(tt) Cảm biến đo rung(tt) - Việc chuyển đổi tốc độ tương đối khối lượng rung so với vỏ hộp thành tín hiệu điện thực cảm biến vị trí tương đối kiểu điện từ gồm cuộn dây lõi nam châm Cuộn dây gắn với khối lượng rung, lõi nam châm đặt bên cuộn dây gắn với vỏ cảm biến - Bằng cách đo suất điện động cuộn dây đánh giá tốc độ rung cần đo Cảm biến đo rung(tt) - Một điều cần quan tâm sử dụng cảm biến loại phản ứng cảm biến thứ cấp chuyển động khối lượng rung thể thông qua phản lực f = B.l.i tác động lên cuộn dây cuộn dây chuyển động từ trường cảm ứng B Giả thiết bỏ qua trở kháng cuộn dây Lω, phản lực f tỉ lệ với tốc độ tương đối: Lực chống lại chuyển động khối lượng rung, làm thay đổi hệ số tắt dần chuyển động Một số cảm biến đo rung Cảm biến rung SW-520D III.Ứng dụng - Cảm biến gia tốc dùng để đo gia tốc của vật chuyển động => có thể đưa các thay đổi hợp lí về mặt thông số hoạt động cho các động hay vật chuyển động.cảm biến gia tốc được dùng nhiều ngành hàng không,vũ trụ,nghiên cứu khoa học hoặc lắp đặt các điện thoại,xe máy - Cảm biến rung dùng để đo mức độ rung của vật => đưa các phương pháp giảm thiểu rung vì rung hầu hết là không có lợi.Cảm biến rung được dùng nhiều hoạt động hàng không,xây dựng,địa chất… [...]... ﻻ- là gia tốc của cảm biến Q- là điện tích được tạo ra khi cảm biến rung với gia tốc trên S1- là độ nhạy cơ học của hệ thống khối lượng rung S2- là độ nhạy điện của cảm biến 2 Các đặc trưng của cảm biến đo gia tốc(tt) S1 = z = γ 1 2 ω2 ω 2 ω 0 1 − 2 + 2ξ ω0 ω0 2 Q S2 = = d C z 1 ω0 1+ ω 2 3 .Cảm biến đo gia tốc A Gia tốc kế... chuyển động của khối lượng rung 3 .Cảm biến đo gia tốc( tt) + 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 3 .Cảm biến đo gia tốc( tt) q = d ij F = d ij m.a 3 .Cảm biến đo gia tốc( tt) Các tinh thể áp điện có... 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. .. 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 ⇒ Độ 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 4 Cảm biến đo rung( tt) Sơ đồ cảm biến đo tốc độ rung trình bày trên hình 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 4 Cảm biến đo rung( tt)... điện Cấu tạo : - 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 3 .Cảm biến đo gia tốc( tt) Nguyên tắc hoạt động: - Trong cảm biến gia tốc áp điện ,khối lượng rung được đặt trên phần tử áp điện.Phần... = Y .e 3 - Độ cứng Y .e 3 C= 4.L3 3 .Cảm biến đo gia tốc( tt) - Độ nhạy cơ S1 của hệ thống cơ khí xác định theo biểu thức: s1 = A ω0 2 = 1 2 ω2 ω 1 − 2 +2ξ ω ω 0 0 Giá trị của A và ɷ0 phụ thuộc vào kết cấu của hệ chịu uốn Yle3 ω0 = 4 L3 M b.e A =1, 5 3 L Một số cảm biến đo gia tốc MPU-6050 Cảm biến gia tốc 4 Cảm biến đo rung Rung động là hiện tượng thường gặp trong... AT POST 3 .Cảm biến đo gia tốc( tt) B .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... phía tần số thấp và cao 2 Các đặc trưng của cảm biến đo gia tốc(tt) Độ nhanh - tần số riêng f0: là đại lượng đặc trưng cho hoạt động của cảm biến, tương đương với khái niệm tần số riêng của con lắc Trường hợp 1:máy đo gia tốc treo trong không khí bao gồm khối lượng rung M, lò xo có độ cứng C, bệ đỡ và vỏ bọc có khối lượng mb, tần số dao động riêng sẽ... 3 .Cảm biến đo gia tốc( 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: ∆R Vm = es = es K ε R Suy ra: s2 =K es Trong đó: es - điện áp nuôi cầu (10 - 15 V) K - hệ số đầu đo áp trở ( ≈ 50÷100) R - điện trở một đầu đo ( ≈ 350÷500 Ω) - Độ biến dạng 6.F b ε= Y .e 2 -Độ uốn cong 4.F L3 f = Y .e 3 - Độ cứng Y .e 3 C= 4.L3 3.Cảm ... của gia tốc và rung II.Phương pháp đo và cảm biến đo gia tốc, rung; 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. .. 3.2 :cảm biến đo gia tốc áp điện 4 .Cảm biến đo rung III.Ứng Dụng I.Khái niệm,tính chất của gia tốc, rung I.Khái niệm và tính chất của gia tốc và rung gia tốc: - kí hiệu:... chuyển động khối lượng rung, làm thay đổi hệ số tắt dần chuyển động Một số cảm biến đo rung Cảm biến rung SW-520D III.Ứng dụng - Cảm biến gia tốc dùng để đo gia tốc của vật chuyển