Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA THIẾT BỊ ĐO DAO ĐỘNG RUNG

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA THIẾT BỊ ĐO DAO ĐỘNG RUNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

18



- Khối Cảm biến: Đây là bộ phận cảm biến gia tốc kế (biến tín hiệu khơng

điện thành tín hiệu điện).

- Khối xử lý tín hiệu: Khối này có nhiệm vụ xử lý các tín hiệu đầu vào và đưa

vào khuếch đại.

- Khối khuyếch đại trung gian: Bộ phận này có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu

từ Sensor sau xử lý tín hiệu.

- Khối chuyển đổi tương tự số: Khối Analog(tín hiệu liên tục) sang Digital (tín

hiệu số) có nhiệm vụ là phân tích tín hiệu tương tự cần đo mã hố tín hiệu này và

đưa sang chỉ thị số.

- Khối hiển thị: Khối này có nhiệm vụ đọc tín hiệu và hiển thị số liệu đo, khối

kênh nào đo.

- Khối nguồn: Khối này có nhiệm vụ cung cấp điện áp (nguồn nuôi) cho tất cả

các khối trên và tạo ra nguồn luôn ổn định.

3.3. Nguyên lý các khối chức năng.

3.2.1 Khối nguồn:

- Một máy biến áp: với sơ cấp lấy điện 220V, f = 50Hz. Thứ cấp chia làm hai

cuộn có một điểm chung. Đây là biến áp trung tính.

- 4 diod tạo thành chỉnh lưu cầu.

- Dùng IC ổn áp 7812, 7912 tạo ra nguồn E1 = ± 12V và dùng IC ổn áp 7805

tạo ra nguồn E2 = + 5V.



19



- Dùng 4 tụ hố để lọc.



Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn



3.2.2 Khối cảm biến

Cảm biến rung có thể là cảm biến dịch chuyển, cảm biến tốc độ hoặc cảm biến

gia tốc nhưng để đảm bảo độ chính xác chúng ta chọn cảm biến gia tốc kế vì khi

chuyển đổi sang vận tốc và tần số qua phép lấy tích phân cho ta độ chính xác hơn

khi lấy vi phân để chuyển về gia tốc, ta có thể mơ tả ngun lý hoạt động của chúng

bằng mơ hình hệ cơ học có một bậc tự do.

Cảm biến gồm một phần tử nhạy cảm (lò xo, tinh thể áp điện…) nối với một

khối lượng rung và được đặt chung trong một vỏ hộp. chuyển động rung của khối

lượng M tác động lên phần tử nhạy cảm của cảm biến và được chuyển thành tín hiệu

điện ở đầu ra.



Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý cảm biến đo gia tốc và rung

1) Khối rung, 2) Vỏ hộp, 3) Phần tử nhạy cảm, 4) Giảm chấn



Gọi h0 là tung độ của điểm a của vỏ hộp, h là tung độ điểm b của khối

lượng rung. Khi khơng có gia tốc tác động lên vỏ hộp tung độ của a và b bằng

nhau.

Dịch chuyển tương đối của khối lượng M so với vỏ hộp xác định bởi biểu

thức : z = h – h0;

khi đó phương trình cân bằng lực có dạng :



20



Cz



- là phản lực lò xo.

- là lực ma sát nhớt.

- là lực do gia tốc của khối M gây nên.



Hay :

Từ công thức trên ta nhận thấy cấu tạo của cảm biến để đo đại lượng sơ cấp

m1 (độ dịch chuyển h0, vận tốc dh0/dt hoặc gia tốc d2h0/dt) phụ thuộc vào đại

lượng được chọn để làm đại lượng đo thứ cấp m 2 (z, dz/dt hoặc d2z/dt2) và dải

tần số làm việc. Dải tần số làm việc quyết định số hạng nào trong vế phải

phương trình chiếm ưu thế (Cz, Fdz/dt hoặc Md2z/dt2).

Trên thực tế cảm biến thứ cấp thường sử dụng là :

- Cảm biến đo vị trí tương đối của khối lượng rung M so với vỏ hộp.

- Cảm biến đo lực hoặc cảm biến đo biến dạng.

- Cảm biến đo tốc độ tương đối.

Dùng tốn tử laplace (p) có thể mơ tả hoạt động của cảm biến rung động

bằng biểu thức sau :

- Mp2h0 = Mp2

Hoặc:



Với:

là tần số riêng của M trên lò xo có độ cứng C.

là hệ số tắt dần.

Độ nhạy của cảm biến có thể tính bằng tỉ số giữa đại lượng điện đầu ra s

và đại lượng đo sơ cấp m1.

Trong đó : - S1 = m2/m1 là độ nhạy cơ của đại lượng đo sơ cấp.

- S2 = s/m2 là độ nhạy của cảm biến thứ cấp.

3.2.3. Khối xử lý tín hiệu và khuếch đại trung gian.



Xử lý tín hiệu,

khuếch đại biên

độ chỉnh lưu hiển

thị LCD

Khâu So sánh

tạo xung tần số

điều khiển



Chỉnh lưu

lấy biên độ

điều khiển

PLC



21



Chỉnh

lưu lấy

biên độ

hiển thị



Hình 3.5. Sơ đồ khối xử lý tín hiệu và khuếch đại trung gian

Hình 3.5. Sơ đồ khối xử lý tín hiệu & khuếch đại



3.2.3.1. Mạch xử lý tín hiệu và chỉnh lưu hiển thị LCD.



Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu và chỉnh lưu hiển thị LCD



Tín hiệu nhận được sau cảm biến gia tốc ở dạng xung ở dạng phức tạp

bao gồm cả thành phần tuần hoàn và và giá trị bất qui tắc. Để đưa vào các khâu

khuếch đại và hiển thị đo lường và điều khiển ta phải tiến hành xử lý tín hiệu

bằng phương pháp lọc tín hiệu. Mạch lọc thụ động có ưu điểm là rất đơn giản,

tuy nhiên hệ số truyền đạt nhỏ do bị tổn hao trên RC, phụ thuộc nhiều vào tải,

khó phối hợp tổng trở với các mạch ghép. Muốn hạn chế độ suy giảm thì phải

lắp nhiều mắt lọc liên tiếp, lúc này tần số cắt của bộ lọc sẽ khác với các tần số

cắt của các mắt lọc. Cách khắc phục nhược điểm trên đó là sử dụng các mạch

lọc tích cực. Cụ thể là đưa mắt lọc RC vào đường hồi tiếp của Op-Amps để tăng

hệ số truyền đạt, tăng hệ số phẩm chất, đồng thời làm giảm ảnh hưởng của tải

bằng cách dùng tầng đệm để phối hợp trở kháng.



22



Tín hiệu sau cảm biến đi qua tụ lien lạc C13 vào khâu khuếch đại khơng

đảo U2a. Tín hiệu được lọc thơng qua bộ lọc thông cao thụ động C14, C15, C16

và R20 lọc tần số nhiễu cao tần. Qua tụ liên lạc C12 đi vào bộ lọc tích cực U2B

có khâu lọc tích cực dạng Twin-T trên khâu hồi tiếp lọc thông thấp. Tín hiệu

mang thơng tin gia tốc được đưa qua khâu tích phân U1D, R15, C9, R19 cho ta

tín hiệu mang thơng tin vận tốc dao động, Opamp có điện thế offset lớn ở ngõ ra

(Điện thế ngõ ra cao khi điện thế ngõ vào bằng 0V) thì Vra sẽ nhận sai số đáng

kể, R19 mắc song song (R16-C9) mục đích tạo hồi tiếp âm cho tần số thấp khắc

phục sai số tín hiệu ngõ ra. Sau khâu tích phân tín hiệu đưa đến mạch chỉnh lưu

chính xác U1B, D1, D2 lấy thành phần dương đưa vào khâu tích phân U1C, C1,

R4 cho ta thông tin giá trị biên độ dao động đưa đến hiển thị LCD ở cổng O/P.

Đồng thời tín hiệu mang thơng tin vận tốc sau khâu tích phân U1D lấy ra cổng

Port đưa về mạch xử lý tín hiệu biên độ điều khiển và biên độ hiển thị đo.

3.2.3.2. Mạch xử chỉnh lưu tín hiệu biên độ điều khiển.



Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu tín hiệu biên độ điều khiển



Tín hiệu từ cổng Port mang thông tin vận tốc đưa vào đầu vào I/P qua tụ

liên lạc C19 vào khâu chỉnh lưu chính xác U3A, D3, D4 lấy giá trị dương được

so sánh với điện áp mẫu (cổng 5), tín hiệu sau so sánh được tích phân qua khâu

C17, R32 lấy thơng tin biên độ giao động đưa vào khâu phối hợp trở kháng

U4C, qua 2 khâu khuếch đại U4A, U4D, vào khâu phối hợp trở kháng U4B đưa

ra tín hiệu biên độ điều khiển qua cổng P3. Cổng PORT3 được đưa đến P5 chọn

thang đo (thay đổi hệ số khuếch đại).

3.2.3.3. Mạch chỉnh lưu tín hiệu biên độ hiển thị đo.



23



Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu tín hiệu biên độ đo lường

Ở mạch này tương tự mạch xử chỉnh lưu tín hiệu biên độ điều khiển. Tín hiệu



đầu ra lấy qua cổng P4 đưa đến hiển thị đo lường.

3.2.3.4. Mạch xử lý tín hiệu tạo xung tần số điều khiển.



Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu tạo xung tần số điều khiển



Tín hiệu sau cảm biến được đưa vào cổng I qua khâu đệm phối hợp trở kháng

U7B vào khâu khuếch đại U7A được chỉnh lưu qua D7 vào khâu đệm U8A đưa ra

O/P vào P2 là tín hiệu xung tần số về điều khiển.

3.3. Khối chuyển đổi ADC và giao tiếp máy tính.



24



Hình 3.10. Sơ đồ mạch biến đổi ADC và giao tiếp máy tính.



KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ



Chủ nhiệm đề tài/dự án

(ký và ghi rõ họ và tên)



Đại diện CQ chủ trì

(ký tên và đóng dấu)



25



DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Danh mục tài liệu tham khảo (Chỉ bao gồm các tài liệu được trích dẫn, sử dụng và đề

cập tới để nghiên cứu và bàn luận trong báo cáo)



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA THIẾT BỊ ĐO DAO ĐỘNG RUNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×