Đăng ký Đăng nhập

Tài liệu Sénorr

.PDF
26
547
131
  • Nguyên lí và ứng dụng một số loại Sensor
    Nguyễn Thu Phương
    Trường Đại hc Khoa hc T nhiên
    Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật vô tuyến và điện tử; Mã số: 60 44 03
    Người hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Quốc Triệu
    m bảo vệ: 2012
    Abstract: Tổng quan về sensor, phân loại theo chức năng, mục đích sử dụng…,nghiên
    cứu về các đặc trưng trong chế độ tĩnh chế độ hoạt động của sensor. Nghiên cứu
    tổng quan hiện tượng chuyển đổi tín hiệu vật lý i chung, chuyển đổi tín hiệu không
    điện sang điện nói riêng, đặc biệt là chuyển đổi tín hiệu từ sang điện. Nghiên cứu ứng
    dụng của sensor nhiệt đ dùng chuyển tiếp P-N, sensor dịch chuyển nhỏ dùng cảm
    biến vi sai, sensor từ trường dùng hiệu ứng Hall, sensor từ trường Fluxgate vào thiết bị
    đo. Sử dụng hệ đo tự động khảo sát sự phthuộc nhiệt độ của chuyển tiếp bán dẫn p-
    n, khảo sát sự tương quan tín hiệu giữa đầu dò tự chế và Tesla Meter. Các kết quả thực
    nghiệm thu được phợp với tính toán thuyết. Hệ đo được xây dựng đã vận hành
    tin cậy và ổn đnh, đảm bảo độ nhy, độ phân giải cần thiết để ứng dụng vào thực tin
    trong một số nh vực như quan trắc môi trường, theo dõi đa tcủa trái đất, dự báo
    thi tiết,v.v
    Keywords: Tín hiệu vật; Sensor; Điện tử hc
    Content
    MỞ ĐẦU
    Đã t lâu các sensor được sử dụng như những bộ phận để cảm nhận và phát hiện,
    nhưng chỉ từ vài ba chục năm trở lại đây chúng mới thể hiện vai trò quan trọng trong k thuật
    công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực đo lường, kiểm tra điều khiển tự động. Nhờ các
    tiến b của khoa hc công nghệ trong lĩnh vực vật liu, thiết bị điện t tin học, các
    sensor đã được giảm thiểu về kích thước, cải thiện về tính ng ngày càng mở rộng phạm
    vi ng dụng. Giđây không mt nh vực nào tdân sự đến quân sự đó không sử
    dụng sensor. Chúng mặt trong các hệ thng tđộng phức tạp, người máy, kiểm tra chất
    lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng, chng ô nhiễm i trường, phát hiện an ninhvà đặc
    biệt gần đây là trong các hthống nhà thông minh (smart home). Sensor cũng được ứng dụng
    rộng rãi trong nh vực giao thông vận tải, sản xuất ng tiêu ng, bảo quản thực phẩm, sản
    xuất ô tô…
    Trang 1
  • 2
    Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực nghiên cứu khoa học và ứng dụng
    trong kỹ thuật đo lường, điều khin, số lượng và chủng loại các sensor tăng nhanh và đa dạng
    cả về tính năng công nghệ chế tạo. Bởi vậy việc khảo sát, chuyn giao ng nghệ, nghiên
    cứu “Nguyên ứng dụng một số loại sensor” được tác gi lựa chọn làm luận văn của
    mình với ni dung được chia làm 4 chương như sau:
    Chương 1. Một s đặc trưng cơ bản của sensor.
    Chương 2. Chuyển đổi tín hiệu vật lý.
    Chương 3. Ứng dụng một số loại sensor vào thiết bị đo.
    Chương 4. Kết quả thực nghiệm.
    Cuối cùng phần kết luận phân tích ưu đim, nhược điểm hướng pt trin tiếp
    theo của luận văn.
    Mt số đặc trưng cơ bản của sensor
    Định nghĩa và các khái nim cơ bn [8,11]
    Sensor là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật các đại lượng
    không có tính chất đin cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xlý được.
    Phương tnh được mô tả dưới dạng mt hàm số (1.1)
    y=f(x)
    (1.1)
    Quan hệ trong (1.1) thường rất phức tạp do nhiu yếu tảnh hưởng tới quan hệ giữa
    đầu ra và đầu vào của sensor
    Đặc trưng cơ bản [8,11,12]
    Đường cong chuẩn của cảm biến
    Đường cong chuẩn cảm biến đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của đại lượng điện
    (Y) đầu ra của cảm biến vào giá trị của đại lượng đo (X) đầu vào. Đường cong chuẩn
    thể biểu diễn bng biểu thức đại số dưới dạng: Y = F(X) hoặc bằng đồ thị như hình 1.4a.
    Yi
    Y
    Y
    Trang 2
  • 3
    a) b)
    Hình 1.1 Đường cong chuẩn cảm biến
    a) Dạng đường cong chuẩn b) Đường cong chuẩn của cảm biến tuyến tính
    Hàm truyền
    Hàm Truyền là biểu thức mô tả quan hệ giữa đáp ứng và ch thích của cảm biến thể
    cho dưới dạng bảng giá trị, đồ thị hoặc biểu thứ toán hc
    Hàm phi tuyến, sử dụng các hàm gần đúng hay phương pháp tuyến tính hóa từng đoạn.
    Y = F(X) (1.2)
    Độ nhạy
    Đối với cảm biến tuyến tính, giữa biến thiên đầu ra dY biến thiên đầu vào dx sự
    liên hệ tuyến tính:
    S =
    dY
    dX
    =
    dF(x)
    X
    (1.3)
    Đại lượng S được xác đnh bởi biểu thức S =
    ∆Y
    ∆X
    được gọi là độ nhạy của cảm biến.
    Độ tuyến tính
    Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải đo xác đnh nếu trong dải chế độ đó,
    độ nhạy S không phụ thuộc vào đại lượng đo x.
    Đường thẳng được xây dựng trên cơ sở c số liệu thực nghiệm sao cho sai số là
    nhất, biểu din sự tuyến tính của cảm biến đưc gọi đường thẳng tốt nhất. Phương tnh
    biểu diễn đường thng tốt nhất được lập bằng phương pháp bình phương nhất. Gi sử khi
    chuẩn cảm biến ta tiến hành với N đim đo, phương trình có dạng:
    Y = aX + b
    (1.4)
    Sai số và độ chính xác
    Các bộ cảm biến cũng như các dụng cụ đo lường khác, ngoài đại lượng cần đo (cảm
    nhận) còn chịu tác động của nhiều đại lượng vật lý khác gây nên sai số giữa giá trị đo được và
    giá tr thực của đại lượng cần đo. Gọi dx độ lệch tuyệt đối giữa giá tr đo và giá trị thực x
    Xi
    X
    0
    X
    Trang 3
  • 4
    (sai số tuyệt đối), sai số tương đối của bcảm biến được tính bằng:
    δ =
    ∆x
    x
    .100 [%] 1.5
    Nhiễu
    Nhiễu xuất hiện li ra của cảm biến, bao gồm nhiễu của cảm biến sinh ra nhiễu do
    sự dao động của tín hiệu kích thích. Nhiều làm giới hạn khả năng hoạt động của cảm biến
    được phân b qua phổ tần số.
    Để chống nhiễu người ta thường ng k thuật vi sai phi hợp cảm biến đôi, trong đó
    tín hiệu ra là hiệu của hai tín hiệu ra của từng bộ cảm biến.
    Quá trình chuyển đổi tín hiệu vât lý
    Một số hiệu ứng chuyển đổi cơ - điện
    Hiệu ứng áp điện [9]
    Hiệu ứng áp điện là khả năng sản sinh ra điện thế của các tinh thể không đối xứng tâm
    khi chịu tác dụng của lực cơ học, và ngược lại. Hiệu ứng này được tìm ra vào năm 1880.
    Hình 2.1 (a) vật liệu áp điện, (b) một điện thế tương ứng có thể đo được là kết quả của
    sự nén hay kéo, (c) một điện thế đặt vào có thể làm nén hay giãn vật liệu áp điện.
    Hiệu ứng từ giảo
    Hiện tượng từ giảo hay còn gọi là hiệu ứng -tlà sự thay đổi kích thước của vật khi
    được đặt trong mt ttrường, hay thuộc tính từ thay đổi dưới ảnh hưởng của sự nén hay
    giãn. Hiệu ứng này đưc tìm ra bởi James Joule vào năm 1842 khi ông kim tra mt mẫu kền.
    Trang 4
  • 5
    Hình 2.2 Hiệu ứng từ giảo: H=0 vùng từ tính sắp xếp ngẫu nhiên,
    0H
    được sắp
    xếp lại làm tăng kích thước dưới tác dụng của từ trường.
    Một số hiệu ứng chuyển đổi nhiệt-điện
    Hiệu ứng nhiệt điện [14]
    Gradient nhiệt sinh ra một hiệu đin thế mối nối của hai vật dẫn hoặc bán dẫn khác
    loại. Hiện tượng này được quan sát đầu tiên trong kim loại vào năm 1821 bởi Thomas Johann
    Seebeck và được mang tên ông.
    Hình 2.3 Vật liệu A và B gắn chặt hai đầu được giữ ở nhiệt độ
    1
    T
    2
    T
    .
    Hình 2.3 mô tả hai vật liệu khác loại A B, hiệu đin thế V sinh ra khi hai đầu nối
    được gicác nhiệt độ khác nhau tỷ lệ với sự chênh lệch nhiệt độ
    21
    T T T
    , tuân theo
    phương trình:
    ()
    AB
    V S S T
    (2.1)
    Với
    A
    S
    B
    S
    hệ số Seebeck của vật liệu A và vật liu B
    Đây là hiệu ứng vật bản sử dụng trong dụng cụ nhiệt, cặp nhiệt hay dụng cụ mẫu
    cho đo lường nhiệt độ.
    Trang 5

Mô tả:

Tài liệu liên quan