ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘIdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file_goc_779412.pdf · Linear position sensor – R series:

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI----------

BÀI TẬP LỚN Nhom 3

Môn: Kỹ Thuật Đo Lường Và Cảm BiếnGiảng viên hướng dẫn: Th. Đoàn Thị Hương Giang Sinh viên thực hiện: Đỗ Hải Bằng

Trần Văn NamNguyễn Văn ToảnVũ Xuân TrườngKhiếu Thanh Tùng

Lớp: K55M

Hà Nội,04/2013

Mục lục

Linear position sensor – R series

Linear position sensor – R series: Cảm biến vị trí tuyến tính loại R

I.Giới thiệu chung về cảm biến đo vị trí và dịch chuyển.

1.Khái quát chung.- Ngày nay, cảm biến vị trí và dịch chuyển được ứng dụng rất rộng rãi. Việc kiểm

tra vị trí và dịch chuyển đóng vai trò rất quan trọng đối với hoạt động của nhiều máy móc, công cụ…

- Thông thường có hai phương pháp cơ bản để xác định vị trí và độ dịch chuyển.+ Phương pháp thứ nhất: Bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc

vào vị trí của một trong các phần tử của cảm biến, đồng thời phần tử này có liên quan đến vật cần xác định vị trí hay độ dịch chuyển dài.

+ Phương pháp thứ hai: Ứng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một xung. Việc xác định vị trí và độ dịch chuyển dài được tiến hành thông qua việc đếm số xung phát ra.- Một số cảm biến không đòi hỏi sự liên kết cơ học giữa cảm biến và vật cần đo vị

trí hoặc độ dịch chuyển. Mối liên hệ giữa vật dịch chuyển và cảm biến được thực hiện thông qua vai trò trung gian của điện trường, từ trường, hoặc điện từ trường, ánh sáng.

Linear position sensor – R series Page 3

2.Một số loại cảm biến thông dụng để xác định vị trí và dịch chuyển.

2.1.Cảm biến loại điện kế điện trởLoại cảm biến này có cấu tạo đơn giản, tín hiệu đo lớn và không đòi hỏi mạch điện

đặc biệt để xử lý tín hiệu. Tuy nhiên với các điện thế kế điện trở có con chạy cơ học có sự cọ xát gây ồn và mòn, số lần sử dụng thấp và chịu ảnh hưởng lớn của môi trường khi có bụi và ẩm cao.

2.1.1.Cảm biến loại điện thế kế điện trở dùng con chạy cơ họca.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến loại này cấu tạo gồm có một điện trở cố định Rn, trên đó có một tiếp xúc điện có thể di chuyển được gọi là con chạy. Con chạy được liên kết cơ học với vật chuyển động cần khảo sát. Giá trị điện trở Rx giữa con chạy và một đầu điện trở và con chạy là hàm phụ thuộc và vị trí con chạy, cũng chính là vị trí của vật chuyển động.

Rx = Rn

Điện thế kế chuyển động thẳng

Điện thế kế dịch chuyển tròn hoặc xoắnCác điện trở được chế tạo có dạng cuộn dây hoặc băng dẫn. Điện trở dạng cuộn

dây thường được chế tạo từ các hợp kim Ni-Cr, Ni-Cu, Ni-Fe, Ag-Pd quấn thành vòng xoắn dạng lò xo trên lõi cách điện ( bằng thủy tinh, gốm hoặc nhựa), giữa các vòng dây


cách điện bằng emay hoặc lớp oxyt bề mặt. Điện trở băng dẫn được chế tạo bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện là cacbon hoặc kim loại cỡ hạt ~10-2μm.

Các điện trở được chế tạo với các giá trị Rn nằm trong khoảng 1kΩ đến 100kΩ, đôi khi đạt tới MΩ.

Các con chạy phải đảm bảo tiếp xúc điện tốt, điện trở tiếp xúc phải nhỏ, ổn định.b.Các đặc trưng

Khoảng cách có ích của con chạy: thông thường ở đầu hoặc cuối đường chạy của con chạy tỷ số Rx/Rn không ổn định. Khoảng chạy có ích là khoảng thay đổi của x mà trong khoảng đó Rx là hàm tuyến tính của dịch chuyển.

Năng suất phân giải: Với điện trở dây cuốn, độ phân giải xác định bởi lượng dịch chuyển cực đại cần thiết để đưa con chạy từ vị trí tiếp xúc hiện tại sang vị trí tiếp xúc lân cận tiếp theo. Độ phân giải của điện trở dạng dây phụ thuộc vào hình dạng và đường kính của dây điện trở (~10μm), điện trở kiểu băng dẫn phụ thuộc và kích thước hạt, thường vào cỡ ~0.1μm.

Thời gian sống: là số lần sử dụng của điện thế kế. Nguyên nhân gây hỏng và hạn chế thời gian sống của điện thế kế là sự mài mòn con chạy và dây điện trở trong quá trình làm việc. Thông thường thời gian sống của điện thế kế dạng dây dẫn cỡ 106 lần, điện kế dạng băng dẫn vào cỡ 5.107 – 108 lần.

2.1.2.Cảm biến điện thế kế không dùng con chạy cơ họcĐể khắc phục nhược điểm của điện thế kế dùng con chạy cơ học, người ta sử dụng

điện thế kế liên kết quang hoặc từa.Điện thế kế dùng con trỏ quang

Điện thế kế dùng con trỏ quang gồm có diode phát quang, băng đo, băng tiếp xúc và băng quang dẫn. Băng điện trở được phân cách với băng tiếp xúc bằng một băng quang dẫn rất mảnh làm bằn CdSe trên đó có con trỏ quang dịch chuyển. Điện trở của vùng quang dẫn giảm đáng kể trong vùng được chiếu sáng tạo nên sự liên kết giữa băng đo và băng tiếp xúc


Điện thế kế quay dung con trỏ quang1) Điod phat quang 2) Băng đo 3) Băn tiếp xúc 4) Băng quang dẫn

b.Điện thế kế dùng con trỏ từ

Điện thế kế điện từĐiện áp nguồn ES được đặt giữa hai điểm (1) và (3), điện áp đo Vra lấy từ điểm chung (2) và một trong hai đầu (1) hoặc (3)

Khi đó: Trong đó R1 là hàm phụ thuộc vị trí của trục quay, vị trí này xác định phần của R1 Chịu ảnh hưởng của từ trường còn R = R1 + R2 = constTừ hình b ta thấy điện áp đo chỉ tuyến tính trong một khoảng ~90 đối với điện kế quay. Đối với điện kế dịch chuyển thẳng khoảng tuyến tính chỉ cỡ vài mm.

2.2.Cảm biến loại điện cảmCảm biến loại này là nhóm cảm biến làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ.

Vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển được gắn vào một phần tử của mạch từ gây nên sự


biến thiên từ thông qua cuộn đo. Cảm biến điện cảm được chia ra làm hai loại là cảm biến tự cảm và hỗ cảm.

2.2.1.Cảm biến loại tự cảma.Cảm biến loại tự cảm có khe từ biến thiên

Cảm biến tự cảm đơn: chỉ gồm một cuộn dây quấn trên lõi thép cố định (phần tĩnh) và một lõi thép có thể di động được dưới tác dụng của đại lượng đo (phần động), giữa phần tĩnh và phần động có khe hở không khí tạo nên một mạch từ hở .

Sơ đồ a: dưới tác động của đại lượng đo, phần ứng của cảm biến di chuyển, khe hở không khí δ trong mạch từ thay đổi, làm cho từ trở của mạch từ biến thiên, do đó hệ số tự cảm và tổng trở của cuộn dây thay đổi theo.

Sơ đồ b: khi phần ứng quay, tiết diện khe hở không khí thay đổi, làm cho từ trở của mạch điện biến thiên, do đó hệ số tự cảm và tổng trở của cuộn dây thay đổi theo.

Hệ số tự cảm của cuộn dây cũng có thể thay đổi tổn hao sinh ra bởi dòng điện xoáy khi tấm sắt từ dịch chuyển dưới tác động của đại lượng đo Nếu bỏ qua điện trở của cuộn dây và từ trở của lõi thép ta có: L = = Trong đó W là số vòng dây, là từ trở khe hở không khí, chiều dài khe hở không khí, s là tiết diện thực của khe hở không khí.Với lượng thay đổi hữu hạn Δδ và Δs ta có:

Độ nhạy của cảm biến tự cảm khi thay đổi tiết diện không khí (δ = const):

Tổng trở của cảm biến: => tổng trở Z của cảm biến là hàm tuyến tính với tiết diện khe hở không khí s và phi tuyến với chiều dài khe hở không khí


Đặc tính của cảm biến đơn Z = f(∆δ) là hàm phi tuyến và phụ thuộc vào tần số nguồn kích thích, tần số nguồn kích thích càng cao thì độ nhạy của cảm biến càng cao.b.Cảm biến loại tự cảm kép lắp theo kiểu vi sai

Để tăng độ nhạy của cảm biến và tăng đoạn đặc tính tuyến tính người ta thường dùng cảm biến tự cảm kép mắc theo kiểu vi sai.

Đặc tính của cảm biến tự cảm kép vi sai có dạng :


2.2.2.Cảm biến tự cảm có lõi từ di độngCảm biến gồm một cuộn dây bên trong có lõi từ di động được:

Dưới tác động của đại lượng đo , lõi từ dịch chuyển làm cho độ dài lf của lõi từ nằm trong cuộn dây thay đổi, kéo theo sự thay đổi hệ số tự cảm L của cuộn dây. Sự phụ thuộc của L vào lf là hàm không tuyến tính, tuy nhiên có thế cải thiện bằng cách ghép hai cuộn dây đồng dạng vào hai nhánh kề sát nhau của một cầu điện trở có chung một lõi sắt.

2.2.3.Cảm biến hỗ cảm.Cấu tạo của cảm biến hỗ cảm tương tự cảm biến tự cảm chỉ khác ở chỗ có thêm

một cuộn dây đo.Trong các cảm biến đơn khi chiều dài khe hở không khí hoặc tiết diện khe không khí thay đổi hoặc tổn hao do dòng điện xoáy thay đổi sẽ làm cho từ thông của mạch từ biến thiên kéo theo suất điện động e trong cuộn đo thay đổi

Cảm biến đơn có khe không khí:


Cảm biến vi sai: để tăng độ nhạy và độ tuyến tính của đặc tính cảm biến người ta mắc cảm biến theo sơ đồ vi sai hình d,đ,e. Khi mắc vi sai độ nhạy của cảm biến tăng gấp đôi và phạm vi làm việc tuyến tính mở rộng đáng kể.

Biến thế vi sai có lõi từ: gồm 4 cuộn dây ghép đồng trục tạo thành hai cảm biến đơn đối xứng, bên trong có lõi từ di động được. Các cuộn thứ cấp được nối ngược với nhau sao cho suất điện động trong chúng triệt tiêu lẫn nhau

Khi lõi từ ở vị trí trung gian, điện áp đo Vm ở đầu ra hai cuộn thứ cấp bằng 0. Khi lõi từ dịch chuyển, làm thay đổi mối quan hệ giữa cuộn sơ cấp với các cuộn thứ cấp, tức là làm thay đổi hệ số hỗ cảm giữa cuộn sơ cấp với các cuộn thứ cấp. Khi điện trở của thiết bị đo đủ lớn, điện áp đo Vm gần như tuyến tính với hiệu số các

hệ số hỗ cảm của hai cuộn thứ cấp.

2.3.Cảm biến điện dung

2.3.1.Cảm biến loại tụ điện đơnCác cảm biến tụ điện đơn là một tụ điện phẳng hoặc hình trụ có một bản cực gắn

cố định (bản cực tĩnh) và một bản cực di chuyển (bản cực động) liên kết với vật cần đo. Khi bản cực động di chuyển sẽ kéo theo sự thay đổi điện dung của tụ điện.

Biến thiên điện dung của cảm biến tụ điện là hàm tuyến tính khi diện tích bản cực và hằng số điện môi thay đổi nhưng phi tuyến khi khoảng cách giữa hai bản cực thay đổi

Biến thiên dung kháng của cảm biến tụ điện là hàm tuyến tính khi khoảng cách giữa hai bản cực thay đổi nhưng phi tuyến khi diện tích bản cực và hằng số điện môi thay đổi


2.3.2.Cảm biến tụ kép vi sai

Tụ kép vi sai có khoảng cách giữa các bản cực biến thiên dịch chuyển thẳng hoặc có diện tích bản cực biến thiên dịch chuyển quay và dịch chuyển thẳng gồm ba bản cực. Độ nhạy và độ tuyến tính của tụ kép vi sai cao hơn tụ đơn và lực tương hỗ giữa các bản cực triệt tiêu lẫn nhau do ngược chiều nhau.

2.4.Cảm biến quangCác cảm biến đo vị trí và độ dịch chuyển theo phương pháp quang học gồm có

nguồn phát ánh sáng kết hợp với một đầu thu quang (thường là tế bào quang điện).Tùy theo cách bố trí đầu thu quang, nguồn phát và thước đo (hoặc đối tượng đo),

các cảm biến được chia ra cảm biến quang phản xạ và cảm biến quang soi thấu

2.4.1.Cảm biến quang phản xạCảm biến quang phản xạ hoạt động theo nguyên tắc dọi phản quang: đầu thu quang

đặt cùng phía với nguồn phát. Tia sang từ nguồn phát qua thấu kính hội tụ tới một thước đo chuyển động cùng vật khảo sát, trên thước có những vạch chia phản quang và không phản quang kế tiếp nhau, khi tia sang gặp phải vạch chia phản quang sẽ bị phản xạ trở lại đầu thu quang.

\Cảm biến loại dọi phản quang không cần dây nối qua vùng cảm nhận nhưng cự ly

cảm nhận thấp và chịu ảnh hưởng của ánh sang từ những nguồn sang khác.


2.4.2.Cảm biến quang soi thấuCảm biến gồm một nguồn phát ánh sáng, một thấu kính hội tụ, một lưới chia kích

quang và các phần tử thu quang.

Khi thước đo (gắn với đối tượng khảo sát) có chuyển động tương đối so với nguồn sáng sẽ làm xuất hiện một tín hiệu hình sin. Tín hiệu này được hấp thụ bởi các tế bào quang điện đặt sau lưới chia. Các tín hiệu đầu ra sẽ được khuếch đại trong một bộ tạo xung điện tử tạo thành xung dạng chữ nhật. Các tế bào quang điện bố trí lệch nhau ¼ độ nên ta nhận được hai tín hiệu lệch pha nhau 90o, nhờ đó xác định được cả độ dịch chuyển và chiều chuyển động.

Ưu điểm của cảm biến loại này là cự ly cảm nhận xa, có khả năng thu được tín hiệu mạnh và tỉ số độ tương phản sáng tối lớn. Tuy nhiên có hạn chế là khó bố trí và chỉnh thẳng hàng nguồn phát và đầu thu.

2.5.Cảm biến do độ dịch chuyển bằng song đàn hồiNguyên lý đo dịch chuyển bằng song đàn hồiTốc độ truyền sóng đàn hồi v trong chất rắn ~ 103m/s. Thời gian truyền song giữa hai

điểm trong vật rắn cách nhau một khoảng l xác định bởi biểu thức: . Biết tốc độ truyền song v và đo thời gian truyền song ta có thể xác định được khoảng cách l cần đo l = v.

Thời gian truyền song tín hiệu xuất hiện ở máy phát đến khi nó được tiếp nhận ở máy thu được đo bằng máy đếm xung. Máy đếm hoạt động khi bắt đầu phát song và đóng lại khi tín hiệu đến được máy thu.


Số xung đếm được là N và chu kì của xung đếm là , ta có Khi đó l = vN

2.5.1.Cảm biến sử dụng phân từ áp điệnTrong các cảm biến áp điện, sóng đàn hồi được phát và thu nhờ sử dụng hiệu ứng áp

điện. Hiệu ứng áp điện là hiện tượng khi một tấm vật liệu áp điện (thí dụ thạch anh) bị biến dạng dưới tác dụng của một lực cơ học có chiều nhất định, trên các mặt đối diện của tấm xuất hiện một lượng điện tích bằng nhau nhưng trái dấu, ngược lại dưới tác động của điện trường có chiều thích hợp, tấm vật liệu áp điện bị biến dạng.

Để đo độ dịch chuyển ta có thể sử dụng hai dạng sóng đàn hồi là sóng khối (dọc và ngang) và sóng bề mặt.

2.5.2.Cảm biến âm từSóng phát ra nhờ hiệu ứng Wiedemam: là hiện tượng xoắn một ống trụ sắt từ khi nó

chịu tác động đồng thời của một từ trường dọc và ngang.


Sóng đàn hồi thu được dựa trên cơ sở sử dụng hiệu ứng Vilari: sức căng cơ học làm thay đổi khả năng từ hóa và độ từ thẩm của vật liệu sắt từ.

Máy phát (4) cung cấp một xung điện truyền qua dây dẫn (3), xung này truyền với vận tốc ánh sang (c), từ trường do nó sinh ra có đường sức đồng tâm với trục ống. Khi sóng điện từ truyền đến nam châm (2), hai sóng kết hợp sẽ làm cho ống bị xoắn cục bộ, xoắn này truyền đi dưới dạng sóng với vận tốc v. Khi sóng đên máy thu (5) làm thay đổi độ từ hóa gây nên tín hiệu hồi đáp. Biết được thời gian truyền sóng ta sẽ biết được vị trí và độ dịch chuyển.

II. Tổng quan về cảm biến vị trí tuyến tính

1.Khái niệmCảm biến vị trí tuyến tính là cảm biến dùng để phát hiện và đo lường vị trí và

chuyển động của một đối tượng, sử dụng phương pháp tiếp xúc hoặc không tiếp xúc để đo tốc độ hoặc vị trí của một đối tượng.2.Nguyên lý hoạt động

Cảm biến vị trí tuyến tính sử dụng một loạt các công nghệ để phát hiện và đo lường vị trí và chuyển động của một đối tượng. Cơ chế chung của hầu hết các cảm biến liên quan đến emittance (độ trưng, công suất bức xạ) bị tác động bởi các đối tượng, được ghi lại và dịch sang một thước đo khoảng cách hoặc vận tốc. Các loại cảm biến vị trí tuyến tính được phân biệt dựa trên các chức năng cụ thể của nó.

3.Phân loạiCó rất nhiều các công nghệ cảm biến vị trí tuyến tính khác nhau như: Điện dung,

dòng xoáy, quang điện, siêu âm,cảm biến hiệu ứng Hall, từ điện, từ giảo, biến trở từ và chiết áp tuyến tính. Hầu hết các loại cảm biến này được chế tạo dựa trên những đặc điểm được nêu trên mục I


4.Giới thiệu về cảm biến vị trí tuyến tính – loại R (Linear position sensor – R series)

4.1 Giới thiệu chung Cảm biến vị trí tuyến tính – loại R là dòng sản phẩm do hãng MTS sản xuất. Cảm

biến này là loại cảm biến vị trí tuyến tính không tiếp xúc (cảm biến số, thụ động) với những tính năng hết sức ưu việt như: Độ phân giải tới 0.5Micron, có thể tùy chính điều khiển tuyến tính và vận tốc đầu ra, tỉ lệ phi tuyến thấp dưới 0.01%, lặp lại trong thời gian 0.001%, đồng bộ, tính toán, đo vận tốc, tăng tốc một cách chính xác. Hoạt động liên tục trong điều kiện khắc nghiệt, áp suất cao, nhanh chóng, điều khiển chuyển động chính xác.

Cảm biến vị trí tuyến tính – loại R có rất đa dạng model:- Model RH - kiểu thanh sử dụng trong các xilanh- Model RP - kiểu bóng sử dụng trong các loại máy- Model RD4 - kiểu thanh với các thiết bị điện tử tách rời sử dụng trong các khớp cầu gắn xilanh- Model RF – kiểu thanh dài có thể cuộn sử dụng trong một không gian hạn chế.Cùng với sụ đa dạng Model là sự đa dạng về chuẩn đầu ra để thuận tiện sử dụng:- Voltage: R-Analog- Current: R-Analog- SSI: R-SSI- Canbus: R-canbus- DeviceNet: R-DeviceNet- ProfileBus: R-ProfileBus- EtherCAT: R-EtherCAT- EtherNet IP: EtherNet/IP

4.2 Cấu tạo Mô hình RP ,cấu hình – kiểu cảm biến với nam châm cố định – trượt

Hình 9 : R-series mô hình cảm biến RP ( hiển thị với D70 tích hợp tùy chọn kết nối)


Hinh 10 : R-series mô hình cảm biến RP ( hiển thị với P05 tích hợp cáp tùy chọn) - Tiêu chuẩn lựa chọn nam châm (mô hình RP)+ Lựa chọn điểm đặt nam châm ( mô hình cảm biến RP )

Lựa chon một trong hai dạng giá đỡ nam châm có thể dùng với cấu hình- kiểu cảm biến,một nam châm giữ trượt,kiểu S hoặc V hoặc một nam châm vành khuyên,kiểu M. Nam châm bị giữ trượt sử dụng vòng bi trượt chất liệu đặc biệt làm giảm ma sát khi cần thiết, giúp giảm thiểu bụi bẩn xây dựng. Vòng bi trượt được thiết kế để hoạt động khô, không cần dầu bôi trơn bên ngoài hoặc bảo trì.

Nam châm vòng khuyên kiểu M giá đỡ di chuyển trên bộ phận của máy và vừa di chuyển đường bao ngoài của sensor, nam châm vòng khuyên yêu cầu một khoảng cách đủ lớn từ kim loai màu để cấp phát chính xác đầu ra sensor. Giá đỡ cần phải sử dụng vít không màu và một giá côn xông kim loại màu hoặc dùng một miếng đệm kim loại màu có độ dày tối thiểu 5mm+ Chọn vị trí nam châm


Temposonics model RP profile –MTS cung cấp hai phương pháp lắp cơ bản : rãnh bên dùng với chân đỡ hoặc một đường rãnh dưới thiết kế T-slot ( rãnh T). Cả hai chân đỡ và hạt T-slot có thể bố trí theo suất chiều dài của cảm biến để đảm bảo cho cảm biến sử dụng tốt nhất trong mỗi ứng dụng đặc biệt.

Chú ý :- Mô hình cảm biến RP bao gồm 2 chân đỡ ( bộ phận số 400802 ) cho độ dài hành

trình cảm biến lên đến 1250 mm ( 50in).- Một chân đỡ thêm vào để cho độ dài hành trình có thể vượt 1250 mm và cho mỗi

500mm thêm vào sau đó.- MTS đề xuất sử dụng 10-32 vít chốt để cảm biến đạt momen xoắn tối đa 44 in.lbs

khi gắn chân đỡ.


4.3 Nguyên lý hoạt động Cảm biến vị trí tuyến tính – loại R hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm biến vị trí

từ giảo được phát triển bởi hãng MTS.


- Bên trong phần tử cảm biến, một xung sóng căng được cảm ứng trong một ống dẫn sóng từ giảo được thiết kế đặc biệt bởi sự tương tác tức thời của hai từ trường. Một từ trường tạo bởi một nam châm vĩnh cửu có thể di chuyển đi dọc theo phía ngoài của cảm biến.

- Một từ trường khác được tạo bởi dòng xung tra dò đặt dọc ống dẫn sóng. Do đó xung song căng di chuyển với vận tốc âm dọc theo ống dẫn sóng và được phát hiện ở đầu của các phần tử cảm biến.Đo vị trí được đánh dấu bằng một nam châm vĩnh cửu di động xung quanh ống dẫn sóng. Đây là 1 cách kết nối với các đối tượng đo lường vị trí.

- Vị trí được xác định chính xác bằng cách đo thời gian trôi qua giữa số lần tra dò và bắt đầu xung đến của tín hiệu trả lời. Thời gian của phép đo tỉ lệ thuận với vị trí của nam châm vĩnh cửu. Giá trị đo được là giá trị tuyệt đối, do đó đầu ra của cảm biến tương ứng với vị trí tuyệt đối. Có sự lặp lại của đầu ra.

4.4 Thông số kỹ thuật cảm cảm biến vị trí tuyến tính – loại R mô hình RPThông số Đặc điểm kỹ thuật


• Đầu ra- Biến đo đầu ra

- Phân giải- Tốc độ

+ Đo chiều dài/s+ Đo tần số/s

- Phi tuyến- Lặp lại- Độ trễ- Đầu ra

+ Điểm chung

+ Dạng dữ liệu

+ Độ dài dữ liệu+ Tốc độ truyền+ Chiều dài+ Phạm vi

+ Khoảng cách các nam châm

- Vị trí tuyến tính và quay Tuyến tính và độ dich chuyển Tốc độ quay và tuyến tính - 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 μm

+ 300, 750, 1000, 2000, 5000 mm+ 3.7 3.0 2.3 1.2 0.5 kHz- ± 0.01%(tối thiểu ± 40 mm)- ± 0,001%(tối thiểu ± 2,5 mm)- < 4μm, 2 μm la điên hinh

+ Synchronous Serial Interface (SSI),(rs-422 loại khác biệt giữa các cặp tín hiệu).+ Nhị phân, tùy chọn chẵn lẻ và lỗi bit, tùy chọn nhiệt độ bên trong+ 8 đến 32 bit+ 1MBd <400kBd <300kBd <200kBd <100kBd+ <3 <50 <100 <200 <400 m+ Profile style: 25-5080mm Rod style: 25-7260mm Flexible style: 255-10060mm+ 75mm tối thiểu cho 2 đầu ra khác biệt

• Điện thế- Điện áp hoạt động- Dòng - Điên ap điên môi chịu đươc- Môi trương lam viêc

+ Điều kiện hoạt động+ Độ ẩm tương đối+ Hệ số nhiệt độ

- Đánh giá độ rung động

- Đánh giá shock

- Danh định +24V (-15% hoặc +20%)- Điên hinh 100 mA- 500V DC,nôi đât

+ -40 °C (-40 °F) tơi +75 °C (+167 °F)+ 90% ko ngưng tu+ < 15 ppm/ °C- 15 g (30 g với HVR tùy chọn) /10 hz 2000, tiêu chuẩn IEC 68-2-6 (hoạt động)- 100 g (hit) /IEC tiêu chuẩn 68-2-27 (sống sót)

- Kết nối - 7 chân kết nối D70 (M16) , 10 chân MS kết nối hoặc cáp tích hợp

• Thông số (mô hình RP)- Đầu điện tử- Độ hàn kín

- Bảng chuẩn dẫn hiển thị (LED )- IP 65


- Khung hình

- Loại nam châm

- Có định hướng, chân gắn điều chỉnh hoặc T-slot trong rãnh dưới- Nam châm vành khuyên, nam châm giữ trượt

Synchronous Serial Interface (SSI): Truyền dữ liệuChế độ truyền đơnBan đầu khi chưa làm việc, cả 2 đường tín hiệu clock và data đều được giữ ở mức cao. Chế độ truyền dữ liệu sẽ được khởi động khi trạm chủ bắt đầu phát xung clock. Sau khi phát hiện tín hiệu clock, trạm tớ sẽ gửi dữ liệu bắt đầu từ bit cao nhất vào thời điểm cạnh lên của xung clock. Sau khi việc truyền dữ liệu hoàn tất, tín hiệu trên dây clock sẽ được đưa trở lại mức cao. Trong khi đo tín hiệu ở dây data được giữ ở mức thấp trong khoảng thời gian tm để trạm tớ nhận ra transfer timeout. Nếu trong thời gian tm này, trạm chủ tiếp tục phát xung thì trạm tớ sẽ tiếp tục truyền lại dữ liệu một lần nữa.Trạm tớ bắt đầu chuẩn bị dữ liệu cho lần truyền tiếp theo trong khi giữ tín hiệu dây data ở mức cao ở chế độ nhàn rỗi (sau khoảng thời gian tm).

Chế độ truyền liên tiếpNhư đã nói ở trên, trước khi kết thúc khoảng thời gian tối thiểu chờ timeout, nếu xuất hiện xung clock từ trạm chủ thì trạm tớ sẽ hoạt động ở chế độ truyền liên tiếp. Trạm tớ sẽ không bắt đầu cập nhập dữ liệu mới mà truyền lại dữ liệu đã chuẩn bị trước đó.Chế độ truyền liên tiếp thường dùng để kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu. Sự truyền hỏng sẽ được phát hiện sau khi so sánh 2 giá trị nhận được.


Temposonics r-series cảm biến với giao diện SSI đáp ứng tất cả các yêu cầu của tiêu chuẩn giao diện cho một bộ mã hóa tuyệt đối. Giá trị vị trí được mã hóa trong một định dạng mã 24/25/26 và được truyền đi với tốc độ cao trong giao SSI tiêu chuẩn định dạng cho các thiết bị điều khiển. Tính năng chính của giao diện SSI là việc chuyển giao dữ liệu đồng bộ, truyền dữ liệu đồng bộ hóa đơn giản hóa hệ thống điều khiển vòng kín

- Đầu vào cảm biến và biểu đồ thời gian

Một xung clock từ một bộ điều khiển được đưa đến đầu ra dữ liệu cảm biến. Một bit dữ liệu vị trí được chuyển đến bộ điều khiển cho mỗi xung clock nhận được bởi cảm biến. Các dữ liệu vị trí tuyệt đối được cập nhật liên tục bởi các cảm biến và chuyển đổi bằng cách ghi thông tin thay đổi liên tiếp.


Chế độ đoChu kì đo: chu kỳ đo lường bắt đầu với một xung rất ngắn dòng điện được áp dụng

cho ống dẫn sóng của cảm biến này được gọi là 'xung tra dò'. Nó tạo ra một từ trường tương tác với một từ trường phát ra từ vị trí nam châm. Tương tác này tạo ra hiệu ứng từ giảo và kết quả trong một dòng cơ bản địa hóa trong ống dẫn sóng của cảm biến. Khi xung tra dò kết thúc, sức căng đột ngột cắt, gửi một xung sóng căng quay xuống ống dẫn sóng. Chu kỳ đo lường kết thúc khi xung sóng căng đến cuối của ống dẫn sóng và được hiển thị bởi các thiết bị.

Chế độ đo không đồng bộ: cho các cảm biến với đầu ra là giao diện SSI, vị trí dữ liệu luôn luôn được truyền tới bộ điều khiển hoặc PLC bằng cách sử dụng định dạng giao diện SSI. Khi cảm biến hoạt động càng nhanh càng tốt, tức là trong chế độ đo không đồng bộ, vị trí dữ liệu được cập nhật và lưu trữ bên trong cảm biến một cách nhanh chóng như chu kỳ đo lường cảm biến cho phép. Thời gian tối thiểu cho các chu kỳ đo lường được xác định bởi chiều dài tổng thể nhịp của cảm biến. Thời gian vòng lặp của bộ điều khiển sẽ xác định khi dữ liệu được lưu trữ của bộ cảm biến được thu thập. chế độ này thời gian điều khiển vòng lặp là không đồng bộ với thời gian chu kỳ đo của cảm biến. Tuy nhiên, nếu nó luôn luôn chậm hơn so với thời gian chu kỳ của cảm biến sau đó sẽ luôn luôn được dữ liệu vị trí mới có sẵn trong thanh ghi thay đổi của cảm biến, chờ đợi để được tốc độ ra trên giao diện SSI.

Như thể hiện trong hình 4, mặc dù các bộ cảm biến được cập nhật các dữ liệu vị trí càng nhanh càng tốt, các giá trị dữ liệu thực tế thu thập bởi bộ điều khiển có thể thay đổi thời gian chậm trễ. này được thể hiện như sự chậm trễ khi vị trí của nam châm đã bị bắt (ở ngay xung thẩm vấn đã bắt đầu chu kỳ đo lường có liên quan), khi dữ liệu được chuyển giao vào cuối của chu kỳ vòng lặp điều khiển


Chế độ đo đồng bộ ('SYNC 1' OPTION): Sử dụng các chế độ đo đồng bộ SSI cảm biến có khả năng tối ưu hóa thời gian các liên kết truyền thông để điều khiển. Nhiều ứng dụng điều khiển chuyển động đòi hỏi tốc độ và gia tốc được tính toán, và do đó, phải dựa trên các dữ liệu vị trí có sự chậm trễ tối thiểu, và sự thay đổi thời gian tối thiểu. Với các chế độ đo đồng bộ, MTS đã phát triển một thuật toán độc quyền đảm bảo đồng bộ hóa đo lường chính xác, đồng thời giảm thiểu bất kỳ sự chậm trễ nào lan truyền liên quan đến tỷ lệ vòng điều khiển.

Trước tiên, cảm biến nhanh chóng xác định thời gian vòng lặp của bộ điều khiển thông thường là sau một khoảng thời gian chu kỳ ổn định. Một khi đã biết, và việc xác định được lặp lại tới giới hạn nhất định, cảm biến biết chính xác khi nào dữ liệu sẽ được yêu cầu. Cảm biến sau đó xác định khi nào bắt đầu chu kỳ đo tiếp theo, trì hoãn xung hỏi, do đó chu kỳ đo lường sẽ hoàn thành chỉ trong thời gian để cung cấp các dữ liệu mới nhất có thể khi điều khiển làm cho các yêu cầu tiếp theo

Đồng bộ chế độ đo đồng bộ 1 lựa chọn: Đây là hình thức đồng bộ hóa để điều khiển cung cấp các dữ liệu vị trí chất lượng cao cần thiết cho các thuật toán điều khiển phức tạp chuyển động và nhiều trục máy cần phối hợp chặt chẽ. Khi phát triển các ứng dụng mà sẽ sử dụng các chế độ đo, đồng bộ, các nhà thiết kế phải chọn một mô-đun đầu vào điều khiển hoặc PLC có hỗ trợ chế độ này

Lỗi trì hoãn (bỏ lọc): Đối với các ứng dụng có cú sốc rất cao và độ rung vượt quá thông số đặc điểm kỹ thuật cảm biến trễ lỗi (Bỏ qua lọc) có thể được sử dụng để ngăn chặn các lỗi được sản xuất trên một số loại điều khiển. Trong những trường hợp gây sốc quá cao, các bộ cảm biến có thể không nắm bắt được tín hiệu trở lại của nam châm, và nếu như vậy, thông thường sẽ ra một giá trị vị trí số không. Lỗi trễ thay vào đó sẽ lặp lại giá trị vị trí tốt nhất. Đối với sự kiện gây sốc trong thời gian lỗi trễ sẽ tiếp tục lặp lại giá trị vị trí tốt với số lần được lựa chọn.


4.5 Mạch đo

4.6 Ứng dụng Cảm biến vị trí tuyến tính được thiết kế nhằm đem đến khả năng xác định vị trí chính xác và tin cậy nhất trong một chiếc cảm biến nhỏ gọn. Là một trong những giải pháp hữu hiệu nhất về khả năng xác định vị trí hoàn toàn không tiếp xúcTrên thực tế cảm ứng vị trí tuyến tính được ứng dụng rất nhiều:

- Trong các máy gia công kim loại, nhà máy cán thép và máy đúc áp lực.

- Có mặt trong robot, máy in, servo hệ thống, máy đo tọa độ, các thiết bị đo lường điều khiển.



Documents

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘIdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file_goc_779412.pdf · Linear position sensor – R series: