Bài giảng Kỹ thuật cảm biến - Chương 10: Cảm biến gia tốc. Các phần tử khuếch đại

Bài 10 
CẢM BIẾN GIA TỐC. 
CÁC PHẦN TỬ KHUẾCH ĐẠI 
1 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức 
1 
Chức năng: Xác định gia tốc góc, gia tốc tuyến tính 
Các phương pháp đo: 
- Phương pháp quán tính: đo gia tốc thông qua lực quán tính của một khối lượng quán tính chuyển động có gia tốc. 
- Phương pháp vi phân tốc độ: thực hiện vi phân tín hiệu nhận được từ cảm biến tốc độ 
- Phương pháp vi phân hai lần độ dịch chuyển: thực hiện vi phân hai lần tín hiệu nhận được từ cảm biến vị trí 
Phân loại : 
- Cảm biến gia tốc tuyến tính 
- Cảm biến gia tốc góc 
2 
  6. CẢM BIẾN GIA TỐC 
6.1.1. Chức năng: Xác định gia tốc tuyến tính 
6.1.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: 
Cấu tạo: 
1. Lòxo; 
2. Cơ cấu cản dịu; 
3. Tải trọng quán tính; 
4. Vỏ; 
5. Trục dẫn hướng; 
6. Chiết áp lấy tín hiệu ra. 
3 
  6.1. Cảm biến gia tốc tuyến tính kiểu con lắc 
b. Nguyên tắc hoạt động: 
Lực quán tính tác động vào tải trọng quán tính: 
	 m - khối lượng của tải trọng quán tính. 
Lực đàn hồi của lò xo: 
	 k LX - độ cứng của lòxo, Z – độ dịch chuyển. 
Tại trạng thái thiết lập: 
	- hệ số truyền 
4 
6.1.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động (tt) 
Khi tính đến tác động của bộ cản không khí, phương trình chuyển động của con lắc: 
Trong đó:	 - lực đàn hồi của lò xo 
	 - lực cản của cơ cấu cản dịu (k CD - hệ số cản dịu) 
5 
6.1.3. Hàm số truyền 
	 - hằng số thời gian, (đặc trưng cho tính quán tính của cảm biến) 
 - hệ số tắt dần ( đặc trưng cho khả năng giảm dao động) 
	 - hệ số biến đổi 
Hàm truyền: 
Nếu chiết áp có hàm số truyền : 	 thì: 
 Cảm biến gia tốc tuyến tính kiểu con lắc là một khâu dao động. Trên thực tế có thể coi cảm biến gia tốc tuyến tính là khâu khuếch đại 
6 
6.1.3. Hàm số truyền (tt) 
6.2.1. Chức năng: Xác định gia tốc góc 
6.2.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: 
Cấu tạo: 
1. Đĩa tải trọng (khối lượng quán tính); 2. Lò xo; 
3. Cơ cấu cản dịu; 4. Chiết áp lấy tín hiệu ra 
b. Nguyên tắc hoạt động 
7 
  6.2. Cảm biến gia tốc góc 
Phương trình chuyển động: 
- Mô men quay quán tính của đĩa 1 dưới tác động quay bên ngoài 
 Mô men quán tính của đĩa (m- khối lượng, r – bán kính đĩa) 
 Mô men cản của lò xo 
- Mô men cản cơ cấu cản dịu 
8 
  6.2.3. Hàm truyền 
	 - hằng số thời gian của cảm biến gia tốc góc 
 - hệ số tắt dần ( đặc trưng cho khả năng giảm dao động) 
	 - hệ số biến đổi 
Hàm truyền: 
9 
6.2.3. Hàm số truyền (tt) 
Chương 2 
CÁC PHẦN TỬ KHUẾCH ĐẠI 
10 
1.1. Khái niệm : 
1.2.Phân loại phần tử khuếch đại: 
Theo dạng năng lượng bổ sung: Khuếch đại điện, thủy lực, khí nén, cơ học  
Theo nguyên tắc làm việc: 3 nhóm chính 
Khuếch đại điện tử: 
Khuếch đại máy điện 
Khuếch đại từ 
Theo tần số làm việc: một chiều, tần số thấp, tần số trung tần, tần số cao, siêu cao; 
Theo độ rộng dải tần số được khuếch đại: dải hẹp, dải rộng; 
Theo dạng tín hiệu khuếch đại: điều hòa, xung; 
Theo tham số điện được khuếch đại: điện áp, dòng điện, công suất; 
Theo dạng tải phần tử khuếch đại: điện trở, cộng hưởng. 
11 
1. Khái quát chung về phần tử khuếch đại 
- Phần tử khuếch đại là thiết bị dùng để tăng công suất của tín hiệu nhờ năng lượng của một nguồn bổ sung, khi đó tín hiệu đầu ra đã được khuếch đại là một hàm số của tín hiệu đầu vào. 
- Bộ (thiết bị) khuếch đại : gồm p hần tử khuếch đại kết hợp với điện trở, tụ điện và các phần tử đầu vào, đầu ra khác 
Hệ số khuếch đại : 
Hệ số khuếch đại công suất: 
Hệ số khuếch đại điện áp: 
Hệ số khuếch đại dòng điện: 
Hệ số khuếch đại công suất phụ thuộc vào nguyên lý hoạt động và cấu trúc của phần tử khuếch đại và có thể đạt tới 10 7 . 
Thông thường, hệ số khuếch đại là một đại lượng không thứ nguyên ,trong một số trường hợp hệ số khuếch đại có thể có thứ nguyên, ví dụ [A/V] 
- Hệ số hiệu dụng: tỷ số giữa công suất nhận được trên tải với công suất tiêu thụ của bộ khuếch đại. 
12 
1. 3. Các đặc trưng của bộ khuếch đại 
b. Tần số giới hạn và dải cho qua (dải thông) 
Tần số giới hạn f gh của bộ khuếch đại là tần số mà khi đó hệ số khuếch đại sẽ giảm xuống đến một giá trị đã cho từ một giá trị khuếch đại danh định. 
Thông thường, tần số giới hạn tương ứng với việc giảm hệ số khuếch đại từ giá trị lớn nhất xuống mức bằng lần giá trị lớn nhất theo điện áp, dòng điện (hoặc mức 0,5 theo công suất). 
ω h : Tần số giới hạn trên (tần số cao), 
ω l : T ần số giới hạn dưới (tần số thấp) 
Dải thông của bộ khuếch đại : Dải tần số từ ω l – ω h 
ω h ≈ ω l : Bộ khuếch đại dải hẹp 
ω h >> ω l : Bộ khuếch đại dải rộng 
13 
1. 3. Các đặc trưng của bộ khuếch đại (tt) 
c. Méo phi tuyến 
Méo phi tuyến của bộ khuếch đại là sự sai khác dạng tín hiệu đầu ra so với dạng tín hiệu đầu vào. 
Nguyên nhân: 
trong bộ khuếch đại có các phần tử phản kháng (tụ điện, cuộn cảm ...), 
do đặc trưng phi tuyến của phần tử khuếch đại (transistor, biến áp ...) 
do tạp âm nhiệt, tạp âm của các phần tử khuếch đại. 
Đối vói tín hiệu đầu vào dạng hình sin, tín hiệu đầu ra không phải hình sin: 
Phân tích tín hiệu đầu ra thành chuỗi, bao gồm hài bậc nhất của của tín hiệu hình sin đầu vào và các hài bậc cao. 
Hệ số méo phi tuyến: 
U i ,I i (i=1,..,n) – Giá trị hiệu dụng hài thứ i của điện áp, dòng điện 
14 
1. 3. Các đặc trưng của bộ khuếch đại (tt) 
HẾT BÀI 10 
15 
Môn học: PTTĐ 
GV: Vũ Xuân Đức