8. Senzory a převodníky pro měření otáček, rychlosti a zrychlení. Měření vibrací.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "8. Senzory a převodníky pro měření otáček, rychlosti a zrychlení. Měření vibrací."

Vladimír Němeček
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 8. Senzory a převodníky pro měření otáček, rychlosti a zrychlení. Měření vibrací. přednášky A3B38SME Senzory a měření zdroje převzatých obrázků: pokud není uvedeno jinak, zdrojem je monografie Haasz, Sedláček: Elektrická měření a skripta Ripka, Ďaďo, Kreidl, Novák: Senzory P. Ripka 014 A3B38SME přednáška 8 1

přednášky A3B38SME Senzory a měření zdroje převzatých obrázků: pokud není

2 Senzory rychlosti pohybu Derivace výstupního signálu senzoru polohy Přímé měření: přímé měření rychlosti posuvného pohybu senzory úhlové rychlosti korelační princip měření relativní senzory zrychlení úhlového pohybu 014 A3B38SME přednáška 8

posuvného pohybu senzory úhlové rychlosti korelační princip

3 Přímé měření rychlosti posuvného pohybu - typy 1. elektrodynamické - s pohyblivou cívkou - pracují na principu indukčního zákona: u Blv. elektromagnetické - s pohyblivým magnetem nebo částí mag. obvodu - pracují na principu Faradayova zákonu: d u N dt 014 A3B38SME přednáška 8 3

4 Senzory úhlové rychlosti tachometry = stejnosměrné točivé stroje U = NhrB N.. počet závitů - tachometry s více pólovými dvojicem tachodynama -umožňují indikaci směru otáčení -náhlé změny rychlosti = přídavné chyby způsobené indukčností cívky -nutný komutátor tachoalternátory s rotujícími permanentními magnety: - vinutý stator - rotor s několika pólovými dvojicemi z permanentních magnetů - bez kartáčů 014 A3B38SME přednáška 8 4

změny rychlosti = přídavné chyby způsobené indukčností cívky -nutný komutátor tachoalternátory s rotujícími

5 Senzory úhlové rychlosti detekce polohy značky (značek): V technické praxi se místo úhlové rychlostí používá počet otáček n za minutu n 60 a), c) indukční senzor b) Wiegandův senzor d) Dvoustavové senzory polohy e) senzor na principu vířivých proudů f) optoelektronický senzor 014 A3B38SME přednáška 8 5

indukční senzor b) Wiegandův senzor d) Dvoustavové senzory polohy e) senzor

6 Korelační princip měření rychlosti - vychází ze vztahu: v x t x je vzdálenost senzorů snímajících difúzní obraz světelného záření od náhodně rozložených nerovností na povrchu zkoumaného objektu - vzorky signálu: 1. senzoru. senzoru s s 1 (nt (nt V V ) ) - hledáme v záznamu s (nt ) opožděnou repliku 1. senzoru tj. V s1 (ntv ) - úloha se řeší hledáním zpoždění vyhodnocením minima střední kvadratické hodnoty rozdílu signálů dle vztahu N V 1 V -N počet vzorků n1 D s nt s nt 014 A3B38SME přednáška 8 6

senzoru s s 1 (nt (nt V V ) ) - hledáme v záznamu s (nt ) opožděnou repliku 1. senzoru tj.

7 D N n1 s N N (ntv ) s 1 V n 1 (ntv )s1(ntv ) s (nt ) n1 - první a poslední člen odpovídají energii (proto jsou >0) D bude minimální, když. člen (číslicová verze korelace) je maximální tj. N R1( ) s(ntv )s1(ntv ) max n1 - rychlost určíme podle vzorce: v x max R 1() S 1 S x v max 014 A3B38SME přednáška 8 7

člen (číslicová verze korelace) je maximální tj.

8 Precizní senzory úhlové rychlosti Aplikace: navigace, stabilizace helikoptér, 1. Na principu Coriolisovy síly. Optické vláknové gyroskopy 014 A3B38SME přednáška 8 8

9 F m v Senzor úhlové rychlosti na principu Coriolisovy síly r 014 A3B38SME přednáška 8 9

10 Senzor úhlové rychlosti gyroskop (imems od Analog Devices) F c m v 014 A3B38SME přednáška 8 10

11 Funkce senzoru 014 A3B38SME přednáška 8 11

12 Gyro KQcUo3JVUs 014 A3B38SME přednáška 8 1

13 -Butterfly-Gyro (SensoNor) bloky vibrující v protifázi (fork gyro) (menší offset a závislost na lin. vibracích) approximately 0.1 /sec at 50 Hz bandwidth -Dual Axis Angular Rate Sensor (Berkeley) kruhová konstrukce umožňuje simultánní -osé měření Min 1. /sec, 0Hz bandwidth 014 A3B38SME přednáška 8 13

1 /sec at 50 Hz bandwidth -Dual Axis Angular Rate Sensor (Berkeley) kruhová

14 (YAZDI N., AYAZI F., NAJAFI K.) (DELPHI INTELLEK) Gyroscopes with vibrating ring Scanning Electron Photomicrograph of the sensor 014 A3B38SME přednáška 8 14

15 Optický vláknový gyroskop t R R u c ΩR n t R R u c ΩR n R R 4ΩR 4ΩR t c c c c ΩR ΩR Ω R n n n n c 8 n n c t R Ω u c n 1 v c v nc 014 A3B38SME přednáška 8 15

16 Gyroskop s optickými vlákny Z zdroj D dělič svazku P polarizátor S kolimační optika F optický filtr FM fázový modulátor Sagnacův interferometr 014 A3B38SME přednáška 8 16

17 Přehled akcelerometrů stejnosměrné měří i konstantní zrychlení mikromechanický kapacitní zpětnovazební elektromagnetický střídavé elektrodynamický piezoelektrický 014 A3B38SME přednáška 8 17

18 Mikromechanický kapacitní akcelerometr - také pro air bag systém - realizován plošnou mikromechanickou technologií - základ destička z polykrystalického křemíku - pružné tětivy zakotvené na monokrystalickém křemíkovém substrátu 1 -zuby hřebínku = střední pohyblivá elektroda ADXL 0, ADXL 50.. Elektrostaticky kompenzované ADXL 0.. Dvouosý nekompenzovaný 014 A3B38SME přednáška 8 18

zakotvené na monokrystalickém křemíkovém substrátu 1 -zuby hřebínku = střední pohyblivá

19 014 A3B38SME přednáška 8 19

20 Akcelerometry s elektromechanickou zpětnou vazbou (servoakcelerometry) 1 - elektrody pružné členy b) měřicí obvod 3 - magnet 4 - cívka c) detail pružných členů Letadla Řízené střely Sklon vrtů Linearita 0,01 %, reprodukovatelnost g pro FS = 50 g, rozlišení 1 g 014 A3B38SME přednáška 8 0

pružných členů Letadla Řízené střely Sklon vrtů Linearita 0,01 %,

21 Senzory mechanického kmitavého pohybu (vibrací) relativní = senzor polohy + vnější vztažný bod často bezkontaktní (laserový vibrometr) absolutní = uvnitř vztažný bod + relativní senzor polohy elektrodynamický senzor vibrací (geofon) piezoelektrické a kapacitní akcelerometry 014 A3B38SME přednáška 8 1

22 Absolutní senzory kmitavého pohybu Pohybová rovnice soustavy: z t x t y t m d x dt b dx dt kx m d y dt m - hmotnost k - tuhost pružiny b - tlumení (viskozní) 014 klidový fiktivní bod A v inerciální vztažné soustavě A3B38SME přednáška 8 přepoklad: řešení: j t y(t) Y( j )e j t x t X j e

23 Zanedbáme-li tlumení, rovnice se zjednoduší na Amplitudová charakteristika: d 0 y dt d x dt x y( t) y0 sint x( t) x0 sint y 0 sin t x0 sin t 0 x0 sin t x y kde: B b bkr - poměrné tlumení b m - kritické tlumení kr 0 k m 0 - rezonanční frekvence 014 A3B38SME přednáška 8 3

24 -režim měření zrychlení 0, B 1 x y 0 0 /0 dy 0 y t y sin t a t y t dt -amplituda x 0 je přímo úměrná. derivaci y(t) tj. zrychlení - princip AKCELEROMETRU -režim měření amplitudy 0 x t y t a z t 0 m je v klidu (seismická hmotnost) 014 A3B38SME přednáška 8 4

25 Elektrodynamický senzor vibrací 1 - snímací cívka tlumicí vinutí 3 válcovitá část magnetic. obvodu 4 permanentní magnet 5 - membrána - seismická hmotnost = hmotnost cívky 1 + hmotnost vinutí - viskózní tlumení tvořeno inkukovanými proudy ve vinutí - indukované napětí u Blv je úměrné rychlosti pohybu cívky - univerzálnost GEOFONY - užití: vibrace strojů, stavebních konstrukcí, střežení chráněných prostor - levné f r = Hz, m = 0g.. 5 kg 014 A3B38SME přednáška 8 5

26 Absolutní senzory zrychlení - Akcelerometry - měření zrychlení kmit. pohybu v širokém rozmezí kmitočtů => velká vlastní rezonanční frekvence - nejvhodnější - piezoelektrické snímání polohy seismic. hmotnosti vůči pouzdru senzoru velké k, malé m. k 0 m Ale nefunguje stejnosměrně Amplitudová frekvenční charakteristika piezoelektrického akcelerometru: a) ideální, b) skutečná 014 A3B38SME přednáška 8 6

27 Piezoelektrický akcelerometr Smyková deformace -zmenšení citlivosti na rušivé vlivy (deformace základny pouzdra, teplotní dilatace, akustické efekty) delta shear akcelerometr se smykovým namáháním: fa. Bruel - Kjaer 1 - základna segmenty 3 - trn 4 piezokeramické destičky (jsou přitlačovány kovovým prstencem) - seismická hmotnost = prstenec + segmenty - k tuhost piezokeramické elementy Max g 014 A3B38SME přednáška 8 7

Podobné dokumenty

Senzory mechanického kmitavého pohybu (vibrací)

Senzory mechanického kmitavého pohybu (vibrací) - relativní senzor polohy + vnější vztažný bod často bezkontaktní - absolutní uvnitř vztažný bod + relativní senzor polohy elektrodynamický senzor vibrací