Bài giảng: Cảm biến đo lực

CB đo lực sử dụng vật trung gian biến dạng dưới tác dụng lực Định luật Hooke: trong giới hạn đàn hồi b.dạng ~ lực tác dụng đo biến dạng
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng: Cảm biến đo lựcCảm biến đo lực1.Nguyên lý đo lực CB đo lực sử dụng vật trung gian biến dạng dưới tác dụng lực Định luật Hooke: trong giới hạn đàn hồi b.dạng ~ lực tác dụng  đo biến dạng  xác định lực tác dụng. Phương pháp đo: - trực tiếp (đo bd của vật trung gian) - gián tiếp: đo t/c điện của vật trung gian Các loại CB đo lực: - Cảm biến áp - Cảm biến từ giảo - Cảm biến đo độ dịch chuyển - Cảm biến xúc giác Giới hạn đo: 0,1 N - 107 N2.Cảm biến áp điện 2.1.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Nguyên lý:- Hiệu ứng áp điện Vật liệu áp điện: - thạch anh: tính ổn định, độ cứng cao - gốm: dễ sản xuất, giá thành thấp PZT, PbTi1-xZrxO3 x = 0,5 VËt liÖu §iÖn trë Mo®un øng lùc cùc Nh. ®é suÊt Young ®¹i lµm viÖc (.m) (109N.m-2) (107N.m-2) (oC) Th¹ch anh 1012 Y11=80 10 550 PZT5A 1011 Y33=53 7-8 365 Cấu tạo Các b.dạng cơ bản: Cách ghép nối:2.2.Cảm biến thạch anh kiểu vòng đệm Giới hạn đo:phụ thuộc diện tích bề mặt của các vòng đệm,vài kN(với đường kính ~1cm) đến 103 kN (đường kính ~10cm) Chỉ nhạy với lực nén tác dụng dọc theo trục Đo lực kéo độ nhạy giảm 5-10%2.3.Cảm biến thạch anh nhiều thành phần Vòng đệm thạch anh được cắt các hướng khác nhau,khi chúng chỉ nhạy với 1 hướng xác định 2.4.Sơ đồ mạch đo a)Sơ đồ tương đương của cảm biếnTrong dải thông rộng Trong d¶i th«ng cã Ých Nối với mạch ngoài 1/Rs =1/Rg +1/R1 Cs=Cg +C1Trong dải thông rộng:-,, :đặc trưng cho cộng hưởng điện cơ ở ngoài dải thôngcủa cảm biến -Rg điện trở cách điện của vật liệu áp điện -Cg tụ điện của nguồn phát điện tích,khi ở tần số trung bình vàcao nó trở thành trở kháng của cảm biếnb)Sơ đồ khuếch đại điện áp Sơ đồ tương đương của cảm biến mắc nối tiếp với bộ khuếch đại điện thế Điện áp của lối vào cảm biến: Q Req Ceq P Vm  . Cq 1  Req Ceq P c)Sơ đồ khuếch đại điện tích Sơ đồ khối Sơ đồ ghép nối cảm biến và bộ chuyển đổi điện tích3.Cảm biến từ giảo3.1. Hiệu ứng từ giảo Tính chất từ của vật liệu thay đổi dưới tác dụng của ứng lực. ứng lực  thay đổi kích thước ô mạng t.thể  th.đổi hướng dễ từ hóa  thay đổi định hướng domen  thay đổi t/c từ ( và Br)Sự biến dạng của đường cong từ hóa dưới tác dụngcủa lực kéo Sự thay đổi của Br phụ thuộc: - vật liệu - ứng lực3.2 Cảm biến từ thẩm biến thiên a. Nguyên lý: ứng lực  thay đổi độ từ thẩm của lõi sắt từ  th.đổi độ tự cảm Lcủa cuộn dây. b. Cấu tạo: mạch từ kín, cuộn dây, lõi chưabị nhiễm từ Br=0 c. Hoạt động: lực  lõi bị biến dạng  thayđổi  và từ trở  L  R L    K  R L3.3. Cảm biến từ dư biến thiên a.Nguyên lý: lõi sắt nhiễm từ (Br≠0), ứng lực  thay đổi độ từ dư Br b. Cấu tạo: mạch từ kín, cuộn dây, lõi sắt có từ dư Br≠0 c. Hoạt động: lực  Br thay đổi  từ thông thay đổi  sđđ tỷ lệ với dBr/dt. điện áp đo hở mạch: dBr dB d Vm  K K r K - hệ số tỷ dt với sốvà tiết lệ d dt diện của vòng4. Cảm biến lực dựa trên phép đo độ dịch chuyển Nguyên lý: lực  vật trung gian  thay đổi kích thước ℓ ℓ đo bằng cảm biến dịch chuyển gọi Vm - tín hiệu ra F - lực tác dụng Vm Vm   F  F - Vm/ℓ - tỷ số truyền đạt của cảm biến - ℓ/F - độ mềm của vật trung gian Độ dịch chuyển đo bằng:- CB điện thế kế điện trở, - CB cảm ứng từ trở biến thiên, - CB tụ điện. 5. Cảm biến xúc giác - da nhân tạo Cấu tạo - đế cách điện - lưới dẫn điện: 2 ...