Báo cáo Tìm hiểu cảm biến vị trí PR750

Báo Cáo Tìm Hiểu Cảm Biến Vị Trí PR750 Nhóm 1_lớp k55M PR750 PR750 Giảng Viên: Đoàn Thị Hương Giang Thành viên nhóm: Nguyễn Đức Trường An Nguyễn Mạnh Cường Bùi Xuân Đức Lương Như Hải Trần Xuân Ngà Hoàng Văn Trường Nguyễn Văn Triệu [Sensor] PR750 Page 1 KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CẢM BIẾN Position sensor – PR750 – general purpose MỤC LỤC I.Khái quát chung 1.Khái niệm về cảm biến 2.Cảm biến đo khoảng cách II.Tìm hiểu về Position sensor PR750 1.Giới thiệu chung 2.Hình dáng bên ngoài và thông số kỹ thuật 3.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 4.Thiết kế mạch đo cho PR 750-050 5.Ưu điểm của PR 750 6.Ứng dụng của PR 750 [Sensor] PR750 Page 2 I.Khái quát chung 1. Khái niệm về cảm biến. Cảm biến là thiết bị dung để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện và có thể xử lý được. Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ...) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m) :  s = F(m). Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng cảm biến, (m) là đại lượng đầu vào hay kích thích. Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết được giá trị của (m). 2. Cảm biến đo khoảng cách. Cảm biến này được sử dụng để đo khoảng cách từ tham chiếu tới một đối tượng. Rất nhiều công nghệ khác nhau đã được ứng dụng để phát triển các loại cảm biến này, tiêu biểu là: ánh sang/quang học, hình ảnh, vi song và siêu âm. Cảm biến đo khoảng các được chia làm 2 loại: Tiếp xúc và không tiếp xúc. 7 kỹ thuật đo khác nhau được áp dụng cho cảm biến này như:  Đo tam giác  Thời gian truyền [Sensor] PR750 Page 3  Đo dịch pha  Điều biến tần số  Giao thoa  Hội tụ quét  Cường độ tín hiệu trả về Ở đây ta chủ yếu đề cập đến loại cảm biến không tiếp xúc  Cảm biến đo khoảng các không tiếp xúc : Cảm biến đo khoảng các từ điểm tham chiếu tới đối tượng không qua tiếp xúc vật lý. - Chủ động: Phát một số năng lượng vào khu vực cần quan tâm - Bị động : Dựa trên năng lượng phát ra từ các đối tượng trong khu vực quan tâm  Với loại cảm biến chủ động thì khoảng cách đô hiệu quả không chỉ phụ thuộc vào mức năng lượng phát ra mà còn phụ thuộc vào các đặc tính sau:  Diện tích tiết diện ngang: xác đinh năng lượng phát ra tác đông vào đối tượng  Hệ số phạn xạ : xác định năng lượng truyền tới được phản xạ so với năng lượng bị hấp thụ hoặc xuyên qua  Độ tập trung : các định khả năng phân bố lại năng lượng phản xạ.  Rất nhiều cảm biến không tiếp xúc hoạt động dựa trên hiện tượng truyền sóng.  Sóng được phát ra tại một điểm tham chiếu, khoảng cách được xác định bằng cách đo thời gian truyền từ điểm tham chiếu tới vật hoặc suy giảm của cường độ song truyền tới vật và quay lại điểm tham chiếu.thời gian [Sensor] PR750 Page 4 truyền song được đo bằng phương pháp thời gian truyền (TOF_Time of Flight)  Phương pháp thời gian truyền:  Một bộ phát sóng ( phát ra vài chu kì ) được phát ra và phản xạ về bộ thu có vị trí gần bộ phát .Bộ phát và bộ thu có thể tích hợp trên cùng 1 cảm biến.Bộ thu cũng có thể được gắn trên vật.  TOF là thời gian từ khi bắt đầu phát tới khi có tín hiệu trả về Khoảng cách được xác định bằng công thức d=c.TOF/2(khi bộ thu và bộ phát ở cùng 1 vị trí) và d=c.TOF ( khi bộ thu được gắn trên vật), (Với c là tốc độ truyền sóng)  Sai số của phương pháp thời gian truyền có thể do các nguyên nhân sau:  Sự thay đổi tốc độ truyền sóng, đặc biệt là với các hệ thống âm thanh  Không xác định chính xác được thời gian đến của xung phản xạ  Sai số của mạch định thời sử dụng để đo thời gian truyền  Sự tương tác của sóng tới với bề mặt của đối tượng cần đo khoảng cách II.Tìm hiểu về Positon sensor PR750  Giới thiệu chung.  Hình dáng bên ngoài và thông số kỹ thuật. [Sensor] PR750 Page 5  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.  Thiết kế mạch đo thiết kế đối với PR750  Ưu điểm của PS PR750.  Ứng dụng. 1. Giới thiệu chung: PR750 là một loại cảm biến của hãng Macro Sensor,có chức năng xác định độ dịch chuyển dài của một đối tượng.Đây là một loại cảm biến vị trí loại cảm ứng từ,nó chuyển đổi sự chuyển động thẳng tuyến tính của một đối tượng mà được gắn với bộ phận dịch chuyển của nó thành tín hiệu điện tượng ứng với độ dịch chuyển của đối tượng. Dòng sản phẩm PR là dòng cảm biến có độ phân giải cao, độ lặp lại tốt, độ trễ thấp và được tích hợp với công nghệ LVDT (Linear Variable Differential Transformer - biến thế vi sai) cũng như có độ nhạy cao.Cảm biến vị trí tuyến tính LVDT có thể đo được những chuyển động nhỏ từ một vài phần triệu của một mm lên đến vài chục mm. 2. Hình dáng bên ngoài và thông số kỹ thuật: a. Một số hình ảnh về PR750 [Sensor] PR750 Page 6 b. Thông số kỹ thuật Tính năng:  - Chuẩn đường kính ¾ inch (19mm)  - Phạm vi đo ±0.050 inch đến ±10 inch  -Sai số tuyến tính nhỏ hơn ±0.25% của PRO  -Nhiêt độ làm việc tối da 220oF (105oC)  -Cuộn dây được bọc kín IEC IP-61  -Có bảo vệ từ trường SS Thông số kỹ thuật  Điện áp vàoK 3.0 Vrms  -Tần số điện áp vào: 2.5 – 3.3 kHz  -Sai số tuyến tính :≤±0.25% của PRO  -Sai số lặp lại:<0.01% của FSO [Sensor] PR750 Page 7  -Sai số trễ: <0.01% của FSO  -Nhiệt độ làm việc: -55oC đến 105oC  -Hệ số độ nhạy: -0.01/oF,-0.02/oC  -Dung sai rung động: 20g đến 2kHz Bảng thông số kỹ thuật dòng PR750 3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động a. Cấu tạo: PR750 hoạt động trên nguyên lý máy biến áp và có đủ các đặc điểm điển hình của dòng sản phẩm PR LVDT.Cấu trúc bên trong của máy biến thế bao gồm một cuộn sơ cấp đặt ở chính giữa của một cặp gồm 2 cuộn thứ cấp giống hệt nhau,được để cách đối xứng với cuộn sơ cấp.Những cuộn dây này thường là phần tĩnh của cảm biến vị trí.Phần chuyển động là một cái lõi hình ống biệt lập làm bằng một vật liệu có tính từ thấm,có thể di chuyển tự do trong trục của lỗ rỗng của cuộn dây [Sensor] PR750 Page 8 và được ghép với một đối tượng mà vị trí của nó được đo.Lỗ rỗng này đủ lớn để không có sự tiếp xúc vật lý giữa phần lõi và phần cuộn dây. b.Nguyên lý hoạt động của cảm biến PR750 Cảm biến PR750 đo độ dịch chuyển dài dựa trên hiện tượng tự cảm và nguyên lý máy biến áp. Hiện tượng tự cảm: khi có từ thông biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện dòng điện.Cường độ dòng điện tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông.Cụ thể đối với PR750,cấp nguồn AC cho cuộn sơ cấp,lõi từ được gắn với đối tượng sẽ dịch chuyển tạo nên sự biến thiên từ thông,làm xuất hiện dòng điện trên 2 cuộn thứ cấp.Điện áp lấy ra ở 2 cuộn thứ cấp được đo để tính toán vị trí dịch chuyển của lõi và suy ra độ dịch chuyển của đối tượng cần đo,điện áp AC ở ngõ ra tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển của lõi. - Hoạt động: Đấu dây theo1 trong 3 cách như hình vẽ: [Sensor] PR750 Page 9 Khi lõi được dịch về phía cuộn thứ cấp thứ nhất E1 tăng lên, E2 giảm do lượng từ thông được tập trung nhiều về phía có cuộn dây thứ nhất. Tương tự, khi lõi được dịch về phía cuộn thứ cấp thứ hai, ta có E1 giảm , E2 tăng. Ta có thể tóm tắt hoạt động của cảm biến thông qua biểu đồ dưới đây: -Đặc trưng: [Sensor] PR750 Page 10  Độ tuyến tính của phương pháp LVDT được biểu diễn trên đồ thị -Khi lõi dịch chuyển càng xa vị trí cân bằng, biên độ điện áp đo được tại ngõ ra càng tăng.  Biên độ áp ra chỉ tuyến tính với độ dịch chuyển của lõi khi lõi nằm trong một khoảng giới hạn. Khi lõi càng tiến gần các vị trí giới hạn thì phép đo không còn tuyến tính -Tính toán Đấu dây như hình sau: Xử lí tín hiệu trên từng cuộn thứ cấp Khi sử dụng cách này ta chỉnh lưu toàn phần trên từng cuộn thứ cấp,tạo ra 2 [Sensor] PR750 Page 11 dòng 1chiều, 2 tín hiệu này sau đó được trừ cho nhau: Uout= U2-U1 Tín hiệu Uout sau đó được xử lí để có dải điện áp một chiều tương ứng từ 0-5V rồi đưa vào ADC Uout sẽ cho biết vị trí của lõi so với điểm null từ đó biết được vị trí tương đối của vật đang xét. 4. Thiết kế mạch đo thiết kế đối với PR750 Các dạng sử dụng khác nhau của PR750 là khác nhau trong phân thiết kế mạch xử lý tín hiệu để cho ra tín hiệu tương tự a.Mạch xử lí tín hiệu Ta thiết kế mạch sử lí tín hiệu theo sơ đồ khối như sau: [Sensor] PR750 Page 12 Độ nhạy của PR 750-050:255mV/V/mm Độ dịch chuyển của PR750-050 : 1.25mm Nguồn cấp cho sensor :3V Nên tín hiệu ra có hiệu điện thế với biên độ 255*1.25*3=0.95625V Mạch xử lý tín hiệu mô phỏng trên proteus: [Sensor] PR750 Page 13 b.Mạch điều khiển,tính toán,hiển thị. Mô phỏng trên proteus 5.Ưu điểm của PR750  -Không tạo ma sát khi chuyển động.  -Tuổi thọ cao.  -Có khả năng phát hiện những chuyển động rất nhỏ.  -Chỉ nhạy với chuyển động theo một trục  -Ít bị tác động của các yếu tố môi trường xung quanh  -Không bị hư hại trong trường hợp quá tải trọng hay di chuyển quá giới hạn  -Có khả năng nhớ vị trí [Sensor] PR750 Page 14  -Tín hiệu ra tỷ lệ với khoảng cách dịch chuyển tuyệt đối 6.Ứng dụng của PR750 Cân trọng lượng Trong thí nghiệm [Sensor] PR750 Page 15 Ứng dụng khác Robot công nghiệp [Sensor] PR750 Page 16 Thí nghiệm vật liệu Máy công cụ [Sensor] PR750 Page 17 Máy đóng gói bao bì cân khối lượng [Sensor] PR750 Page 18 Định vị xy lanh thủy lực Thiết bị lắp ráp tự động [Sensor] PR750 Page 19 Cảm biến vị trí van