›
›

Giáo trình Kỹ thuật cảm biến và đo lường - Trần Văn Hùng

pdf 223 trang ngocly 1180
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật cảm biến và đo lường - Trần Văn Hùng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_ky_thuat_cam_bien_va_do_luong_tran_van_hung.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật cảm biến và đo lường - Trần Văn Hùng

  1. ĐIHCCƠNGNGHIPTP.HCM KHOACƠNGNGHĐINT GIÁOTRÌNHLÝTHUYT KKTTHHUUTTCCMMBBIINNVVÀÀ ĐĐOOLLƯƯNNGG BIÊNSON: TRNVĂNHÙNG LƯUHÀNHNIB 2012
  2. Chương1:CácKháiNimChung Chương1 CÁCKHÁINIMCHUNG 1.1 Giithiu Cmbinlàthitbdùngđcmnhnbinđicácđilưngvtlývàcácđi lưngkhơngcĩtínhchtđincnđothànhcácđi lưngđincĩthđovàxlý đưc. Trongquátrìnhsnxutcĩnhiuđilưngvtlýnhưnhitđ,ápsut,tcđ, tcđquay,nngđpH,đnhn cnđưcxlýchođolưng,chomcđíchđiu khintruynđng.Cácbcmbinthchinchcnăngnày,chúngthunhn,đáp ngcáckíchthích. Cmbincũngđưcxemnhưkthutđchuynđicáclưngvtlýnhưnhit đ,ápsut,khongcách sangmtđilưngkhácđcĩthđánhgiátthơn.Cácđi lưngnàyphnlnlàtínhiuđin. Thíd:ðináp,dịngđin,đintrhoctnsdaođng.Cáctênkháccakhác cabcmbin:Sensor,bcmbinđolưng,đudị,vanđolưng,bnhnbit hocbbinđi. Các đi lưng cn đo (m) thưng khơng cĩ tính cht đin như (nhit đ, áp sut )tácđnglêncmbinchotamtđctrưng(s)mangtínhchtđinnhư(đin áp,dịngđin,trkháng )chathơngtinchophéptacĩthxácđnhgiátrcađi lưngđinđĩ,đctrưng(s)chínhlàhàmcađilưngcnđo(m) s=F(m) (1.1) Ngưitagi(s)làđilưngđurahaylàphnngcacmbin,(m)làđi lưngđuvàohaygilàkíchthích.Thơngquađođc(s)chophépnhnbitgiátr ca(m). Hìnhnhcacácloicmbinthưngdùnghinnayđưcmơtnhưmơhình 2.1 Trang1
  3. Chương1:CácKháiNimChung Hình1.1Cácloicmbinthơngdnghinnay Cácbcmbinđưcsdngnhiutrongcáclĩnhvc cơng nghip và dân dng.Cácbcmbinđcbitvàrtnhycmđưcsdngtrongcácthínghim cáclĩnhvcnghiêncukhoahc.Tronglĩnhvctđnghốngưitasdngcác sensorthơngthưnghaycáccmbincĩchcnăngđcbit. 1.2 ðưngcongchuncacmbin 1.2.1 Kháinim ðưngcongchuncmbinlàđưngcongbiudinsphthuccađilưng đin(s)đuracacmbinvàogiátrcađilưngđo(m)đuvào.ðưngcong chuncĩthbiudinbngbiuthcđisdưidngs=F(m),hocbngđth. Hình 1.2(a)ðưngcongchunb)ðưngcongchuncacmbintuyntínhhĩa. Davàođưngcongchuncacmbin,tacĩthxácđnhgiátr michưabit ca mthơngquagiátrđođưc sica s.ðdsdng,ngưitathưngchtocm Trang2
  4. Chương1:CácKháiNimChung bincĩsphthuctuyntínhgiađilưngđuravàđilưngđuvào,phương trình s=F(m) sauphépbinđituyntínhscĩdng: s=am+b (1.2) vi a,b làcáchs,khiđĩđưngcongchunlàđưngthng. 1.2.2 Phươngphápchuncmbin Chuncmbinlàphépđonhmmcđíchxáclpmiquanhgiagiátrsđo đưccađilưngđinđuravàgiátrmcađilưngđocĩtínhđncácyut nhhưng,trêncơsđĩxâydngđưngcongchundưidngdnhnbithơn(đ thhocbiuthcđis).Khichuncmbin,vimtlotgiátrđãbitchínhxácm i cam,đogiátrtươngngs icasvàdngđưngcongchun. a. Chunđơngin Trongtrưnghpđilưngđochcĩmtđilưngvtlýduynhttácđnglên mtđilưngđoxácđnhvàcmbinsdngkhơngnhyvitácđngcacácđi lưngnhhưng,ngưitadùngphươngphápchunđơngin.Thcchtcachun đơnginlàđocácgiátrcađilưngđurangvicácgiátrxácđnhkhơngđi cađilưngđođuvào.Vicchuntinhànhtheo2cách: o Chuntrctip:cácgiátrkhácnhaucađilưngđolytcácmuchun hoccácphntsosánhcĩgiátrbittrưcviđchínhxáccao. o Chungiántip:kthpcmbincnchunvimtcmbinsosánhđãcĩsn đưngcongchun,chaiđưcđttrongcùngđiukinlàmvic. b. Chunnhiuln Khicmbincĩphntbtr(trcơhoctrt),giátrđođưcđuraph thuckhơngnhngvàogiátrtcthicađilưngcnđođuvàomàcịnph thucvàogiátrtrưcđĩcacađilưngnày.Trongtrưnghpnhưvy,ngưita ápdngphươngphápchunnhiulnvàtinhànhnhưsau: o ðtliđim0cacmbin:ðilưngcnđovàđilưngđuracĩgiátr tươngngviđimgc,m=0vàs=0. Trang3
  5. Chương1:CácKháiNimChung o ðogiátrđuratheomtlotgiátrtăngdnđngiátrccđicađilưng đođuvào. o Lpliquátrìnhđovicácgiátrgimdntgiátrccđi. Khichunnhiulnchophépxácđnhđưngcongchuntheochaihưngđo tăngdnvàđogimdn. 1.3 Cácđctrưngcơbncacmbin 1.3.1 ðnhycacmbin a. Kháinim ðivicmbintuyntính,giabinthiênđura∆svàbinthiênđuvào∆m cĩsliênhtuyntính: S = S.m (1.3) S ⇒ S = :gilàđnhycacmbin. (1.4) m Trưnghptngquát,biuthcxácđnhđnhyScacmbinxungquanh giátrm icađilưngđoxácđnhbitsgiabinthiên∆scađilưngđura vàbinthiên∆mtươngngcađilưngđođuvàoquanhgiátrđĩ:  S  S =   (1.5) m  m=mi b. Lưuý ðphépđođtđchínhxáccao,khithitkvàsdngcmbincnthchin chođnhyScanĩkhơngđi,nghĩalàítphthucnhtvàocácyut: o Giátrcađilưngcnđomvàtnsthayđicanĩ. o Thigiansdng. o nhhưngcacácđilưngvtlýkhác(khơngphilàđilưngđo)camơi trưngxungquanh. ThơngthưngnhàsnxutcungcpgiátrcađnhyStươngngvinhng điukinlàmvicnhtđnhcacmbin. Trang4
  6. Chương1:CácKháiNimChung 1.3.2 ðtuyntínhcacmbin a. Kháinim Mtcmbinđưcgilàtuyntínhtrongmtdiđoxácđnhnutrongdich đđĩcĩđnhykhơngphthucvàođilưngđo.Nucmbinkhơngtuyntính, ngưitađưavàomchđocácthitbhiuchnhsaochotínhiuđinnhnđưc đuratlvisthayđicađilưngđođuvào.Shiuchnhđĩđưcgilàs tuyntínhhố. b. ðưngthngttnht Khichuncmbin,tktquthcnghimtanhnđưcmtlotđimtương ng(s i,m i)cađilưngđuravàđilưngđuvào.Vmtlýthuyt,đivicác cmbintuyntính,đưngcongchunlàmtđưngthng.Tuynhiên,dosaiskhi đo,cácđimchun(m i,s i)nhnđưcbngthcnghimthưngkhơngnmtrêncùng mtđưngthng. ðưngthngđưcxâydngtrêncơscácsliuthcnghimsaochosaislà bénht,biudinstuyntínhcacmbinđưcgilàđưngthngttnht. Phươngtrìnhbiudinđưngthngttnhtđưclpbngphươngphápbình phươngbénht.GiskhichuncmbintatinhànhviNđimđo,phươngtrình cĩdng: S = a.m + b (1.6) N. s .m − s . m s .m2 − m .s . m vi a = ∑ i i ∑ i ∑ i ; b = ∑ i i ∑ i i ∑ i (1.7) 2 2 2 2 N∑ mi − ()∑ mi N∑ mi − ()∑ mi c. ðlchtuyntính ðivicáccmbinkhơnghồntồntuyntính,ngưitađưarakháinimđ lchtuyntính,xácđnhbiđlchccđigiađưngcongchunvàđưngthng ttnht,tínhbng%trongdiđo. 1.3.3 Saisvàđchínhxáccacmbin a. Sais Trang5
  7. Chương1:CácKháiNimChung Cácbcmbincũngnhưcácdngcđolưngkhác,ngồiđilưngcnđo (cmnhn)cịnchutácđngcanhiuđilưngvtlýkhácgâynênsaisgiagiá trđođưcvàgiátrthccađilưngcnđo.Gi∆xlàđlchtuytđigiagiátr đovàgiátrthcx(saistuytđi),saistươngđicabcmbinđưctínhbng: x δ = 100 [%] (1.8) x b. Saiscabcmbinmangtínhchtưctính Bivìkhơngthbitchínhxácgiátrthccađilưngcnđo.Khiđánhgiá saiscacmbin,ngưitathưngphânchúngthànhhailoi:Saishthngvàsai sngunhiên. Saishthng: Làsaiskhơngphthucvàoslnđo,cĩgiátrkhơngđi hocthayđichmtheothigianđovàthêmvàomtđlchkhơngđigiagiátr thcvàgiátrđođưc.Saishthngthưngdosthiuhiubitvhđo,dođiu kinsdngkhơngttgâyra Saisngunhiên: Làsaisxuthincĩđlnvàchiukhơngxácđnh.Tacĩ thdđốnđưcmtsnguyênnhângâyrasaisngunhiênnhưngkhơngthd đốnđưcđlnvàducanĩ.Nhngnguyênnhângâyrasaisngunhiêncĩth là: o Dosthayđiđctínhcathitb. o Dotínhiunhiungunhiên. o Docácđilưngnhhưngkhơngđưctínhđnkhichuncmbin. 1.3.4 ðnhanhvàthigianđápngcacmbin a. ðnhanhcacmbin ðnhanh:Làđctrưngcacmbinchophépđánhgiákhnăngtheokpv thigiancađilưngđurakhiđilưngđuvàobinthiên.Thigianđápnglà đilưngđưcsdngđxácđnhgiátrscađnhanh. Trang6
  8. Chương1:CácKháiNimChung ðnhanht r:Làkhongthigiantkhiđilưngđothayđiđtngtđnkhi binthiêncađilưngđurachcịnkhácgiátrcuicùngmtlưnggiihnεtính bng%. b. Thigianđápngtươngngcacmbin Thigianđápngtươngngviε%xácđnhkhongthigiancnthitphi chđisaukhicĩsbinthiêncađilưngđođlygiátrcađuraviđchính xácđnhtrưc.Thigianđápngđctrưngchochđquáđcacmbinvàlà hàmcacácthơngsthigianxácđnhchđnày. o Trongtrưnghpsthayđicađilưngđo:Trongtrưnghpsthayđi cađilưngđocĩdngbcthang,cácthơngsthigiangmthigiantrkhi tăng(t dm )vàthigiantăng(t m)ngvistăngđtngtcađilưngđohoc thigiantrkhigim(t dc )vàthigiangim(t c)ngvisgimđtngtcađi lưngđo.Hình1.3 o Khongthigiantrkhităngt dm :Làthigiancnthitđđilưngđuratăng tgiátrbanđucanĩđn10%cabinthiêntngcngcađilưngnàyvà khongthigiantăngt mlàthigiancnthitđđilưngđuratăngt10% đn90%binthiênbinthiêntngcngcanĩ. o Thigiantrkhigimtdc :Thigiantrkhigimt dc làthigiancnthitđđi lưngđuragimt10%đn90%binthiênbinthiêntngcngcanĩ. Hình1.3Cáckhongthigianđctrưngchochđquáđ. Trang7
  9. Chương1:CácKháiNimChung 1.3.5 Giihnsdngcacmbin Trongquátrìnhsdng,cáccmbinluơnchutácđngcanglccơhc,tác đngnhit Khicáctácđngnàyvưtquángưngchophép,chúngslàmthayđi đctrưnglàmviccacmbin.Bivykhisdngcmbin,ngưisdngcn phibitrõcácgiihnnày. o Vùnglàmvicđnhdanh: Vùnglàmvicđnhdanhtươngngvinhngđiu kinsdngbìnhthưngcacmbin.Giihncavùnglàcácgiátrngưng màcácđilưngđo,cácđilưngvtlýcĩliênquanđnđilưngđohoccác đilưngnhhưngcĩththưngxuyênđttimàkhơnglàmthayđicácđc trưnglàmvicđnhdanhcacmbin. o Vùngkhơnggâynênhưhng: Vùngkhơnggâynênhưhnglàvùngmàkhicác đilưngđohoccácđilưngvtlýcĩliênquannhauvàcácđilưngnh hưngvưtquangưngcavùnglàmvicđnhdanhnhưngvncịnnmtrong phmvikhơnggâynênhưhng. Cácđctrưngcacmbincĩthbthayđinhưngnhngthayđinày mangtínhthunnghch,tclàkhitrvvùnglàmvicđnhdanhcácđctrưng cacmbinlyligiátrbanđucachúng. o Vùngkhơngpháhy: Vùngkhơngpháhylàvùngkhimàcácđilưngđohoc cácđilưngvtlýcĩliênquanvàcácđilưngnhhưngvưtquangưng cavùngkhơnggâynênhưhngnhưngvncịnnmtrongphmvikhơngb pháhy,cácđctrưngcacmbinbthayđivànhngthayđinàymangtính khơngthunnghch,tclàkhitrvvùnglàmvicđnhdanhcácđctrưngca cmbinkhơngthlyligiátrbanđucachúng.Trongtrưnghpnàycm binvncịnsdngđưc,nhưngphitinhànhchunlicmbin. 1.4 Nguyênlýchtocacmbin Cáccmbinđưcchtodatrêncơscáchintưngvtlývàđưcphân làmhailoi: Trang8
  10. Chương1:CácKháiNimChung o Cmbintíchcc:Làcáccmbinhotđngnhưmtmáyphát,đápng(s)là đintích,đináphaydịng. o Cmbinthđng:Làcáccmbinhotđngnhưmttrkhángtrongđĩđáp ng(s)làđintr,đtcmhocđindung. Cáccmbintíchccđưcchtodatrêncơsngdngcáchiung vtlýbinđimtdngnănglưngnàođĩ(nhit,cơhocbcx)thànhnăng lưngđin.Sauđâymơtmtcáchkháiquátngdngmtshiungvtlý khichtocmbin 1.4.1 Hiungnhitđin Hiungnhitngdngtrongchtocáccmbinnhitđ.Haidâydn(M 1) và(M 2)cĩbnchthốhckhácnhauđưchànlivinhauthànhmtmchđin kín,nunhitđhaimihànlàT 1vàT 2khácnhau,khiđĩtrongmchxuthin mtsutđinđnge(T 1,T 2)màđlncanĩphthucvàoschênhlchnhitđ giaT 1vàT 2. Hình1.4Hiungnhitđin. HiungnhitđinđưcngdngđđonhitđT 1khibittrưcnhitđT 2, o thưngchnT 2=0 C. 1.4.2 Hiunghanhit Mtstinhthgilàtinhthhođin(vídtinhthsulfatetriglycine)cĩtính phânccđintphátviđphânccphthucvàonhitđ,làmxuthintrêncác mtđidincachúngnhngđintíchtráidu.ðlncađinápgiahaimtph thucvàođphâncccatinhthhođin. Trang9
  11. Chương1:CácKháiNimChung Hình1.5Hiunghanhit. Hiunghođinđưcngdngđđothơnglưngcabcxánhsáng.ðo đinápVtacĩthxácđnhđưcthơnglưngánhsángΦ. 1.4.3 Hiungápđin Mtsvtliugichunglàvtliuápđin(nhưthchanh)khibbindng dưitácđngcalccơhc,trêncácmtđidincatmvtliuxuthinnhng lưngđintíchbngnhaunhưngtráidu,đưcgilàhiungápđin.ðoVtacĩth xácđnhđưccưngđcalctácdngF. Hình1.6Hiungápđin. 1.4.4 Hiungcmngđint Khimtdâydnchuynđngtrongttrưngkhơngđi,trongdâydnxuthin mtsutđinđngtlvitthơngctngangdâytrongmtđơnvthigian,nghĩa làtlvitcđdchchuyncadây.Tươngtnhưvy,trongmtkhungdâyđt trongttrưngcĩtthơngbinthiêncũngxuthinmtsutđinđngtlvitc đbinthiêncatthơngquakhungdây. Hình1.7Hiungcmngđint. Trang10
  12. Chương1:CácKháiNimChung Hiungcmngđintđưcngdngđxácđnhtcđdchchuyncavt thơngquavicđosutđinđngcmng. 1.4.5 Hiungquangđin Hiungquangdn:(haycịngilàhiungquangđinni)làhintưnggii phĩngracáchtdntdotrongvtliu(thưnglàbándn)khichiuvàochúngmt bcxánhsáng(hocbcxđintnĩichung)cĩbưcsĩngnhhơnmtngưng nhtđnh. Hiungquangphátxđint:(haycịngilàhiungquangđinngồi)là hintưngcácđintđưcgiiphĩngvàthốtkhibmtvtliutothànhdịngcĩ ththulinhtácdngcađintrưng. 1.4.6 Hiungquangđint KhitácdngmtttrưngBvuơnggĩcvibcxánhsáng,trongvtliubán dnđưcchiusángsxuthinmthiuđinth theo hưng vuơng gĩc vi t trưngBvàhưngbcxánhsáng. Hình1.8Hiungquangđint. 1.4.7 HiungHall HiungHallđưcngdngđxácđnhvtrícamtvtchuynđng.Vt cnxácđnhvtríliênktcơhcvithanhnamchâm,mithiđim,vtríthanh namchâmxácđnhgiátrcattrưngBvàgĩctươngngvitmbándnmng làmvttrunggian.Vìvy,hiuđinthV Hđođưcgiahaicnhtmbándnlàhàm phthucvàovtrícavttrongkhơnggian. Trang11
  13. Chương1:CácKháiNimChung Hình1.9HiungHall. o Nguyênchtocmbinthđng:Cmbinthđngthưngđưcchtot mttrkhángcĩcácthơngschyunhyviđilưngcnđo.Giátrcatr khángphthuckíchthưchìnhhc,tínhchtđincavtliuchto(như đintrsutρ,đtthm,hngsđinmơiε).Vìvytácđngcađilưng đocĩthnhhưngriêngbitđnkíchthưchìnhhc,tínhchtđinhocđng thichai. o Sthayđithơngshìnhhc :Sthayđithơngshìnhhccatrkhánggây radochuynđngcaphntchuynđnghocphntbindngcacm bin.Trongcáccmbincĩphntchuynđng,mivtrícaphntđngs ngvimtgiátrxácđnhcatrkháng,chonênđotrkhángcĩthxácđnh đưcvtrícađitưng. o Phntbindngcacmbin: Trongcmbincĩphntbindng,sbin dngcaphntbindngdưitácđngcađilưngđo(lchoccácđi lưnggâyralc)gâyrasthayđicatrkhángcacmbin.Sthayđitr khángdobindngliênquanđnlctácđng,dođĩliênquanđnđilưng cnđo.Xácđnhtrkhángtacĩthxácđnhđưcđilưngcnđo.Cácđi lưngcnđocĩkhnănglàmthayđitínhchtđincavtliusdngchto cmbin: ðilưngcnđo ðctrưngnhycm Loivtliusdng Nhitđ ρ Kimloi(Pt,Ni,Cu) Trang12
  14. Chương1:CácKháiNimChung Bándn Bcxánhsáng ρ Bándn ρ HpkimNi,Siphatp Bindng Tthm( ) Hpkimstt Vtliutđintr:Bi, Vtrí(namchâm) ρ InSb Hình1.10Sơđchuynđigiacácđilưngcacmbin 1.5 Phânloicmbin Cmbinđưcphânloitheonhiutiêuchíkhácnhau.Tùytheocáchchn màngưitacĩthphânloicmbintheocáccáchsau: a. Theonguyênlýchuynđigiađápngvàkíchthích. Hintưng Chuynđigiađápngvàkíchthích Trang13
  15. Chương1:CácKháiNimChung Nhitđin. Quangđin Quangt. Vtlý ðint Tđin Binđihĩahc Hĩahc Binđiđinhĩa Phântíchph Binđisinhhĩa Sinhhc Binđivtlý Hiungtrêncơthsng b. Theodngkíchthích. Kíchthích Cácđctínhcakíchthích Biênpha,phâncc Âmthanh Ph Tcđtruynsĩng ðintích,dịngđin ðinth,đináp ðin ðintrưng ðindn,hngsđinmơi Ttrưng T Tthơng,cưngđttrưng. ðtthm Vtrí Lc,ápsut Giatc,vntc,ngsut,đcng Cơ Mơmen Khilưng,ttrng ðnht Trang14
  16. Chương1:CácKháiNimChung Ph Quang Tcđtruyn Hsphátx,khúcx Nhitđ Nhit Thơnglưng Tnhit Kiu:Nănglưng Bcx Kiu:Cưngđ c. Theotínhnăng.  ðnhy  ðchínhxác  ðphângii  ðtuyntính  Cơngsuttiêuth d. Theophmvisdng  Cmbincơngnghip  Cmbinnghiêncukhoahc  Cmbinmơitrưng,khítưng  Cmbinthơngtin,vinthơng  Cmbinnơngnghip  Cmbindândng  Cmbingiaothơngvnti e. Theothơngscamơhìnhmchđinthayth o Cmbintíchcc(cĩngun):ðuralàngunáphocngundịng. Trang15
  17. Chương1: Các KháiNimChung o Cmbinthđng(khơngcĩngun):Cmbingil àth đngkhichúng cncĩthêmngu nnănglưngphđhồnt tnhimvđokim,c ịnloi tíchccth ìkhơngc nthêmngunnănglưng.Cmbinthđng đưcđc trưngb ngcácthơngs:R,L,C tuyntínhhocphituyn. f. Cácloicmbin thư ngsdngtrongcơngnghipv àdând ng o Cmbintimcn. o Cmbinquang. o Cmbinm àus c. o Cmbinthơngminh . o Cmbinsiquang. o Cmbinlccăng ápsut. o Cmbinnhit. o Cmbinvtrív àdchchuyn. o Cmbinl ưulư ng. o Cmbinsi êuâm . g. Kýhi ucácloicmbin Hình1.11 Kýhiucácloicmbinthưngd ùng Trang16
  18. Chương1:CácKháiNimChung Cmbinđưckýhiunhưhình1.11,tùytheoloicmbinmàtrongkýhius kèmthêmcáckýhiuriêngđctrưngcholoicmbinđĩnhưcundâychocm binđincm,tchocmbinđindung Víd:Hình1.12làkýhiucacmbinđindung,ngõradngON/OFFloithưng h,chuynmchdương. Hình1.12Kýhiucmbinđindung 1.6 Mchđocmbin 1.6.1 Sơđmchđo Mchđobaogmtồnbthitbđo(trongđĩcĩcmbin)chophépxác đnhchínhxácgiátrcađilưngcnđotrongnhngđiukinttnht. o đuvàocamch,cmbinchutácđngcađilưngcnđogâynên tínhiuđinmangtheothơngtinvđicnđo. o đuracamch,tínhiuđinđãquaxlýđưcchuynđisangdngcĩ thđcđưctrctipgiátrcntìmcađilưngđo.Vicchunhđođm bochomigiátrcachthđuratươngngvimtgiátrcađilưng đotácđngđuvàocamch. Hình1.13Sơđmchđonhitđbngcpnhit Trang17
  19. Chương1:CácKháiNimChung Trênthct,docácyêucukhácnhaukhiđo,mchđothưnggmnhiu thànhphntrongđĩcĩcáckhiđtiưuhốvicthuthpvàxlýdliu, chnghnmchtuyntínhhốtínhiunhntcmbin,mchkhđindung kýsinh,cácbchuynđinhiukênh,bkhuchđi,bsophalcnhiu,b chuynđitươngts,bvixlý,cácthitbhtr Hình1.14biudinsơđkhimtmchđinđođinthtrênbmtmàng nhyquangđưclpráptnhiuphnt. 1)Máyphátchcnăng 2)Cmbinđintích 3)Tinkhuchđi 4)Sophalcnhiu 5)Khuchđi 6)Chuynđitươngts 7)Máytính Hình1.14Mchđođinthbmt 1.6.2 Mtsphntcơbncamchđo a. Bkhuchđithuttốn(KðTT) Bkhuchđithuttốnmchtíchhplàbkhuchđidịngmtchiucĩ haiđuvàovàmtđurachung,thưnggmnhiutransistorvàcácđintr,t đinghépnivinhau.đuvàocamch,cmbinchutácđngcađi lưngcnđogâynêntínhiuđinmangtheothơngtinvđicnđo. Hình1.15Sơđmchkhuchđithuttốn Trang18
  20. Chương1:CácKháiNimChung b. BkhuchđiđolưngI A BkhuchđiđolưngI Acĩhaiđuvàovàmtđura.Tínhiuđurat lvihiucahaiđinápđuvào: U ra = A(U + −U − ) = AU (1.9) Hình1.16Sơđmchkhuchđiđolưnggm3bKðTTghépđintr c. Khđináplch o ðivimtbkhuchKðTTlýtưngkhihmchphicĩđináprabng khơngkhihaiđuvàonimass. o Thctvìcácđinápbêntrongnêntoramtđinápnh(đinápphân cc)đuvàoKðTTcvàimV,nhưngkhisdngmchkínđinápnày đưckhuchđivàtonênđinápkhálnđura.ðkhđináplchcĩ thsdngsơđhìnhnhưsau,bngcáchđiuchnhbintrR3. Trang19
  21. Chương1:CácKháiNimChung Hình1.17Sơđmchkhđináplch d. Mchcu o CuWheatstonethưngđưcsdngtrongcácmchđonhitđ,lc,áp sut,ttrưng CugmbnđintrR1,R2,R3cđnhvàR4thayđi (mcnhưhình1.18)hotđngnhưcukhơngcânbngdatrênvicphát hinđinápquađưngchéocacu. o đuracamch,tínhiuđinđãquaxlýđưcchuynđisangdngcĩ thđcđưctrctipgiátrcntìmcađilưngđo.Vicchunhđođm bochomigiátrcachthđuratươngngvimtgiátrcađilưng đotácđngđuvàocamch. Hình1.18Sơđmchcu Wheatstone Trang20
  22. Chương2:CmBinTimCn Chương2 CMBINTIMCN (ProximitySensor ) 2.1 Giithiu Cmbintimcnbaogmttccácloicmbinpháthinvtthkhơngcn tipxúcgingnhưcơngtchànhtrình,màdatrênnhngmiquanhvtlýgia cmbinvàvtthcnpháthin.Cmbintimcnchuynđitínhiuvs chuynđnghocxuthincavtththànhtínhiuđin.Cĩ3hthngpháthin đthchincơngvicchuynđinày: o Hthngsdngdịngđinxốyđưcphátratrongvtthkimloinhhin tưngcmngđint o Hthngsdngsthayđiđindungkhiđngnvtthcnpháthin o Hthngsdngnamchâmvàhthngchuynmchcngt. TheotiêuchuncơngnghipcaNht(JIS)đnhnghĩacmbintimcn(JISC 820152) phù hp vi chun IEC 6094752 là b chuyn mch phát hin v trí khơngtipxúc.Cmbintimcndùngpháthinvtthkimloittính,kimloi khơng t tính (như Nhơm, đng ) s dng cm bin loi đin cm (Inductivity ProximitySensor)vàpháthinvtphikimsdngloicmbintimcnkiuđin dung(CapacitveProximitySensor).ðngthicĩsncácloiđápngđưchuht cácđiukinmơitrưnglpđt:nhitđcao,nhitđthp,chngnưc,chnghĩa cht 2.2 ðcđimcmbintimcn Theohưngngdng,cmbintimcnthưngcĩcácđcđimsau: o Pháthinvtkhơngcntipxúc o Tcđđápngcao o ðucmbinnhcĩthlpnhiunơi o Cĩthsdngtrongmơitrưngkhcnghit Trang21
  23. Chương2:C mBinTimCn Hình2. 1Cmbintimcnloipháthinvtr ơivàv tcn. Cmbintimcnl àm tkthutđnhnbitscĩmthaykhơngcĩmtca mtvtthvicmbinđintkhơngcơngtc(khơngđngchm).Cmbintim cncĩmtvtrírtquantrngtrongthct.Thídpháthinvttr êndâychuynđ robotbtgi ly;pháthinchai,lonnhơmtr ênbăngchuy n .Tínhiung õraca cmbinthưngdnglogic (cĩhockhơng). Cmbintimcncĩ cácloi: o Loicmngt: cĩhailo iđincmvàtcm,loin àycĩt mpháthinngn vàchpháthinđưcnh ngvtcĩttính o Loicmngđi ndung:tmpháthinngnpháthinđ ưccácvtcĩhngs đinmơilnhơn1 ,thư ngcĩbphnchnhđnhy. o Lo icmbinquang:cĩbaloixuy ênsut,phnxv àkhuy ttánloinàycĩ tmđotươngđ ixacĩthl ênđn30m,pháthinđưchuhtcácvt . o Loicmbinsi êuâm:cĩth pháthinttccácvttmpháthintrungb ình 2.3 Cmbinti mcn cmngt(Magnecticsensor) 2.3.1. Gi ithiucmtimcncmngt a. Hìnhdngcmbin cmngt Cmbincmng tcĩrtnhiuhìnhdngkhácnhau,nh ưngthư ngsdnglà dnghìnhchnhtnh ưh ình2.2 Hình2.2Hìnhdngcmbint Trang22
  24. Chương2:CmBinTimCn b. Nguyêntcchtocmbincmngt NguyêntácchtocmbintdatheohintưngcmngtHall Hình2.3HintưngcmngtHall. Khiđtmttmvtliumng(thưnglàbándn)khicĩdịngđinIchyqua ssinhramtttrưngBcĩphươngtovidịngđinmtgĩcθthìsxuthinmt đinthV htheohưngvuơnggĩcgiaBvàInhưhình2.4 Vh = K h I B.sinθ (2.1) TrongđĩK hlàhsvtliu Hình2.4HotđngcmngtHall. Trang23
  25. Chương2:C mBinTimCn HiungHallđưcd ùngđ chtocmbinxácđnhsdichuyncavt,vt đưcgnv àothanhnamchâmt ottrưngB.Ttrưngdocundâycacmbin torasthayđikhit ươngtácv ivtthkimloidođĩchpháthinđ ưcvivt thlàkimloi. Hình2.5Nguyêntcchungcacmbint. 2.3.2. Cmbintloiđincm (Inductivesensor) a. Hìnhdng Cmbinđincm cũngcĩrtnhiuhình d ng khác nhau, nh ưng thưng s dnglàdnghìnhtrtr ịnvõb cbngkimloinhưhình2.6 Hình2.6Cácloicmbintlo iđincm . Cmngtloiđincmdav àođi ncmcacundâysinhrattr ưngxung quanhnĩđ nhnbitvt.Cmbinloiđincmrtđadngnh ưhình2.6.Cm bintimcnđincmcĩnhiukíchth ưcvàhìnhd ngkhácnhaut ươngngvicác ngdngkhácnhau.Cmbintimcnđincmđ ưc d ùng đ pháthincácđi Trang24
  26. Chương2:C mBinTimCn tưnglàkimloi( nhưngchúng khơngthpháthincácđitưngcĩcutokhơng philàkimloi). b. Cuto Hình2.7Cutocmbintlo iđincm . Cmngt lo iđincmbaogmcácphn:Vùngt tr ưngđưctora nhvàocu ndâytocmngtvi tnslàmvi ct300đn800kHz,loi nàythưngđ ưara2dâycápk tningunvàm tdâytínhiura.Khicĩtínhiu ras cĩledchthbáohiucmbinnhnthyvt trongvùngtácđ ng. Hình2. 8Cutrúccacmbintloiđincm. Cutrúccacmbing m4phnchínhnhưhình2.9 o 1Cundâyv àlõiferit :Phnnàytoravùngttrưngnhhint ưngcmng ttrêncundâyl ênlõiferit,vùngt trưngtptrungphíatr ưcđucacm bin,n ênvùngnàys tácđnglênvtcnđo Trang25
  27. Chương2:CmBinTimCn o 2Mchdaođng: Chcnăngmchnàytoramchdaođngvidngtínhiu sintnscao(cĩthlênđn1MHz)khicĩstươngtáclênbmtcmbinthì biênđdaođngcatínhiunàysgim o 3Mchpháthin: Chcnăngmchnàydavàođinththamchiuđphát hingiátrbiênđcamchdaođngkhicĩvttácđnglênbmtcmbin, lúcbiênđnàygimđnmtgiátrchophépnàođĩsxutratínhiungõra o 4Mchđura:Ngõralàktqucamchsosánhngưngđnhnbitcĩvt nm trong tm hot đng ca cm bin hay khơng, do đĩ tín hin ra dng ON/OFF c. Nguyênlýhotđng Cmbincmngthotđngdatrênnguyêntcthayđitươngtácttrênb mtcacmbinnhưhình2.9 Hình2.9Cácthànhphncacmbintloiđincm. TnsmchdaođngLCthưngt300Khzđn800Khzđưctínhtheocơng thc: 1 F0 = (2.2) 2π LC nhhưngcadịngđinxốylàmthayđibiênđbdaođngLC.Mchphát hinngưng(trigger)giámsátsthayđibiênđvàkíchmchngõra(outputswitch) mikhicĩsthayđivưtngưng.NgõracmbinlàtínhiuON/OFF. Trang26
  28. Chương2:CmBinTimCn Hình2.10Trngtháitácđngcacmbintloiđincm. Khicĩvtthbngkimloiđivàovùngttrưng.Ttrưngnàycmnglên vtthmtdịngđinxoaytrịngilàdịngđinxốy.Dịngđinxốytoramtt trưngngưcchiuvittrưngbanđu.Ttrưngnàylàmgimbiênđmchdao đngLCbêntrongcmbin.Hình2.10 Hình2.11Hintưngttrưngxốycacmbintloiđincm. Ttrưngtoraxungquanhcundâykhicĩdịngđinxoaychiuchayqua. Khicĩvtthbngkimloiđưavàottrưng.Dịngđinxốysđưccmngvào kimloi.Dịngđinxốytrongkimloitorattrưngthhaingưcvittrưng Trang27
  29. Chương2:CmBinTimCn banđunhưhình2.11.Dịngđinsbngtqungkhicĩvtnttrênvtliudn đin. Cmbintimcnđincmđưcthitkđtoramtvùngđinttrưng,khi mtvtbngkimloitinvàokhuvcnày,xuthindịngđinxốy(dịngđincm ng)trongvtthkimloinày.Hình1.12 Hình2.12Nguyênlýlàmviccacmbinđincm. Dịngđinxốygâynênstiêuhaonănglưng(dođintrcakimloi),làm nhhưngđnbiênđsĩngdaođng.ðnmttrsnàođĩtínhiunàyđưcghi nhn.Mchpháthinspháthinsthayđitínhiuvàtácđngđmchralênmc ON(hình2.13).Khiđitưngrikhikhuvcđintrưng,sdaođngđưclpli, cmbintrlitrngtháibìnhthưng. Hình2.13Hotđngcacmbintimcnđincm. Trang28
  30. Chương2:CmBinTimCn Khivtcntácđnglênbmtcacmbin,biênđtínhiucamchdao đngsthayđi,biênđnàysgimdnkhivtcàngtingnbmttácđng.Khi khongcáchđlnngõracacmbinschoramtxungvàđènchbáossáng lên. d. Phânloi Cmbintimcnđincmcĩthphânlàm2loi: Shielded(cĩbov)và unshielded(khơngcĩbov)nhưhình1.14.Loikhơngcĩbovthưngcĩtmphát hinlnhơnloicĩbov. Hình2.14phânloicmbinđincm . o Cmbintimcnđincmloicĩbov:cĩ1vịngkimloibaoquanh(hình 2.15)giúphnchvùngdinttrưngvùngbên,tuynhiênkhicolpbov nàythìvùngttrưngcũngbgiihnbtđilàmchocmbincĩtmpháthin ngnli.Vtrílpđtcmbincĩthđtngangbngvibmtlàmvic. o Cmbintimcnđincmloikhơngcĩbov:khơngcĩvịngkimloibao quanh,khơngthlpđtcmbinngangbngbmtlàmvic(bngbmtkim loi).Loicmbinkhơngcĩbovxungquanhphicĩ1vùngkhơngcĩcha kim loi phn đu cm bin (hình 2.16) vì th tm phát hin đưc xa hơn nhưngdbnhhưngbicácvtxungquanhlàmbngkimloi. Hình2.15Cmbintimcnđincmloicĩbov. Trang29
  31. Chương2:CmBinTimCn Hình2.16Cmbintimcnđincmloikhơngcĩbov. c2loicmbincĩbovvàkhơngcĩbov,nucĩ1bmtkimloiv tríđidincmbin,đkhơngnhhưngđnhotđngcacmbinthìbmtkim loinàyphicáchbmtcmbin1khongcáchcĩđlnítnhtgp3lntmphát hincacmbin. e. Ưunhưcđim o Ưuđim  Khơngchunhhưngcađm.  Khơngcĩbphnchuynđng.  Khơngchunhhưngcabibm.  Khơngphthucvàomàusc.  Ítphthucvàobmtđitưnghơnsovicáckĩthutkhác.  Khơngcĩvùngcht(blindzone):cmbinkhơngpháthinrađitưng mcdùđitưnggncmbin. o Nhưcđim  Chpháthinđưcđitưnglàkimloi.  Cĩthchunhhưngbicácvùngđintmnh.  Phmvihotđngngnhơnsovicáckthutkhác. 2.3.3. Cmbintloitcm: (InductiveMagnecticsensor) a. Loitácđngbngtipđim:(ReedSwitch:lưigà) Trang30
  32. Chương2:C mBinTimCn  Cuto Cmbintloitácđngbngtipđim (lưigà)c utogmcácbphnsau: o Bphnchatipđim:L àmtngthytinhb êntrongch achânkhơnghay khítrơ. o Tipđim(lưig à):làmb ngchtcĩkhnăngttínhnhưs thayniken. o Ledchbáov àdâyn ingun,tínhiura. Hình2.17Cutocmbintloilưig à.  Nguyênlýho tđng Cm bin loi n àypháthinđưcttccácloivtliudnđintrong kho ngcáchchophép .Ttrưngđưctoratcundâycmngtácđngl ên lưigàlàmđĩngti pđim. Cmbinbnhhưngbi3 yut:Nhitđ,vt cnbngkimloi, khongcáchvtcn. Khittrưngtoragnvtrícal ưigà,v ilctđlnshútl ưigà đĩnglinhưhình2. 18 Hình2.18Haitrngtháicalưigà. Trang31
  33. Chương2:C mBinTimCn Khicĩttrưngđiqua vùngcơngttthìsl àmchohaiti pđimnhimt vàhútnhau,haiti pđimsđ ưcnili.ðâylàcơs đchtocmbin tác đngbngtipđim . Sphthuccácttr ưngkhácnhaucnđưctránh: o Vtrícađimtácđngphthucv àokhongcáchd chchuy n. o Dịngccđicnđ ưcgiihnđtránhcháytipđim. b. Lo itácđngbng tcm (InductiveMagnecticsensor)  Cuto Cmbintloitácđngbngmchtcutogmcácbphnsau: o Bphnchatipđim:L àmtngthytinhbêntrong ch achânkhơnghay khítrơ. o Tipđim(lưig à):làmb ngchtcĩkhnăngttínhnhưs thayniken. o Ledchbáov àdâyn ingun,tínhiura. Hình2. 19Cutocmbinttácđngbngttr ưng. Cmbintloitácđngbngmchtdav àos tác đngcattrưng duthukhicĩvttign.Cmbincĩcutogmcácphngingnh ưloi tácđngbnglưig àch kháctipđimtrongcmbintloil ưigàđưcthay bngmcht.  Nguyênlýho tđng Trang32
  34. Chương2:C mBinTimCn Cutogmmtbtodaođngtnscao,daođ ngn àytottrưng ngõthuc mbin,khivtcĩttr ưngtinđngnthìsl àm nhhưngđnt trưngđuthuv àlàmchom chdaođngcacmbinbnhh ưng,mchso sánhpháthi nchong õracmbindngon/off. Hình2.20Cácthànhph nchínhcacmbinttácđngbngttr ưng. Cnchúýkhithchintr êncácdngtkhácnhau. o Thitblàmvi ctrngtháingmtnsl àmviccao1kHz o Tránhdùnglo icmbinn àynhngnơicĩnhiunhhư ngcattr ưng. 2.3.4. ðctính vàcácthơngs sdng a. ðctính Cmbintimcnt ùytheocutoscĩcácđctínhsdngkhácnhau, thư ngcĩhailoinh ưsau o Cmbintimcnloicĩbov: ttrưngđưctptrungtr ưcmtsensornên ítb nhiubikimloixungquanh,tuynhi ênkho ngcáchđosngnđi. Hình2.21Cmbintloicĩbov. o Cmbintimcnloikhơngcĩbov: khơngcĩb ovttr ưngxungquanh mtcmbinnênkho ngcáchđosdàihơn,tuynhiênd bnhiubikimloi xungquanh. Trang33
  35. Chương2:C mBinTimCn Hình2.22Cmbintloikhơngcĩbov. b. Cácthutngthưngsdng  Vtchun(StandardObject) Mtvtđưcxeml àchunnu:hìnhd ng,vtliu,kíchc cavtph ù hpđpháthuyđưccácđctínhkthutca cmbin. Vtchun:vtliu, hìnhd ng,kích thư c,tcđ Hình2.23Mơtvtchun.  Kho ngcáchtácđng (RatedDistance):Sn Kho ngcáchtácđngl àmtgiátrlýthuytm ànĩkhơngph thucvào tínhtốnnhưlàsais caquátrìnhs nxut,nhitđhotđngv àđinápcung cp.Trongmtv àitrư nghpcmbincĩthpháthinravtthnmngo ài kho ngcáchtácđngn ày.Hoccĩtrưnghpvtthkhơngđ ưcpháthincho đnkhinĩđngnh ơnkhongcáchtácđng.Cĩmtv àigi ihnphiđưc xemxétkhiưclưng khongcáchtácđngtrongmitrưnghpcth. Hình 2.24  Kho ngcáchhotđnghiuqu(E ffectiveOperatingDistance ):Sr Kho ngcáchhotđnghiuquđiukinngunđincungcpnđnh vinhitđdaođ ngtrongkhongt23 oC±0.5 oC.Nĩd a vàovictínhtốn saistrongquátr ìnhs nxut.Khongcáchhotđnghiuqu khong±10 oC Trang34
  36. Chương2:CmBinTimCn cakhongcáchtácđng.ðiunàycĩnghĩalàvtthsđưcpháthintrong khongt0đn90%cakhongcáchtácđng.Tùythucvàomithitb,tuy nhiên,khongcáchtácđnghiuqucĩthxahơn110%cakhongcáchtác đng.Hình2.24  Khongcáchchuynmchhuích(UsefulSwitchingDistance):Su Khongcáchchuynmchhuíchlàkhongcáchchuynmchđưctính tốntheođiukinđinápvànhitđlýthuyt.Khongcáchchuynmchhu íchthìbngkhong10%cakhongcáchhotđnghiuqu.Hình2.24  Khongcáchhotđngchcchn(GuaranteedOperatingDistance):Sa Khongcáchhotđngchcchnlàkhongcáchchuynmchchoshot đngcacmbintimcntrongphmviđiukinhotđngccĩthchp nhnđưcđmbo.Khongcáchhotđngchcchnnmtrongkhong0÷ 81%cakhongcáchhotđng.Hình2.24 Hình2.24Khongcáchhotđngcacmbin. Cácchuynmchcacmbintimcnchđápnglivivtthkhivt thđĩnmtrongkhuvcxácđnhđngtrưcbmtcacmbin.ðimmà cmbintimcnnhnrađưcmtvtthmangđngilàđimtácđng.Và đimmàkhivtthđiralàmthitbchuynlitrngtháibanđugilàđim thốt.Khongcáchgia2đimnàygilàvùngtr(hysteretiszone).Hình2.25 Trang35
  37. Chương2:CmBinTimCn Hình2.25Cácđimchuynmchcacmbin.  Khongcáchpháthin(DetectingDistance) Khongcáchpháthinlàkhongcáchtbmtcmbinđucmbin tivtrívtchunxanhtmàcmbincĩthpháthin.Hình2.26 OFF ON Cmbin Bmt timcn Vt cmbin cm bin Khongcáchpháthin KhongcáchReset Hình2.26Mơtkhongcáchpháthin.  Khongcáchcàiđt(SittingDistance) Khongcáchcàiđtlàkhongcáchtbmtcmbinđucmbinti vtrívtcmbinđcmbincĩthpháthinvtnđnh(thưngkhongcách nàybng70%đn0%khongcáchpháthin).Hình2.27 Trang36
  38. Chương2:CmBinTimCn Khongcáchpháthinưclưng Khongcáchcàiđt Cmbin timcn Bmt Vt cmbin cm bin Hình2.27Mơtkhongcáchcàiđt.  Thigianđápng(ResponseTime) o T1làkhongthigiantlúcđitưngchunchuynđngđivàovùng pháthincacmbintikhiđuracmbinbtvON. o T2làkhongthigiantlúcđitưngchunchuynđngđirakhivùng pháthincacmbintikhiđuracmbinttvOFF.Hình2.28 Cmbin Dãyhotđng Trongdãihotđng timcn Ngồidãiho tđng Bmt ON Vt cmbin cm OFF bin T1 T2 Hình2.28Mơtthigianđápng.  Tnsđápng(ResponseFrequency) Slntácđnglplikhivtcmbinđivàovùnghotđngcacm bin.Hình2.29 Trang37
  39. Chương2:CmBinTimCn Cmbin timcn T1 T2 T3 2M ½khongcáchcmbin M M f=1/(T 2+T 2) Vtcmbin Hình2.29Mơttnsđápng. c. Khongcáchđovàcácyutnhhưng  Vtliuđitưng(Material): Vtliuđitưnglàkhongcáchpháthincacmbinphthucrt nhiuvàovtliucavtcmbin.Hình2.30 Khongcách ðusensor pháthin ðusensor Vt Vt Kimlo ikhơngcĩttính Kimloicĩttính Hình2.30Mơtđctínhtcavtliu. Cácvtliucĩttínhhockimloicĩchastscĩkhongcáchphát hinxahơncácvtliukhơngcĩchattínhhocchast.Hình2.31 Kimloicutonênvtthcũngnhhưngđnkhongcáchvùngtác đng.Nhưngkhimtkimloinàođĩkhácthépthìmthschnhsađưcs dngđhiuchnh. Trang38
  40. Chương2:CmBinTimCn Khongcáchcmbin Iron SUS Brass Aluminum Copper ðdncavt Hình2.31Biuđmơtđdntheođctínht.  Kíchccađitưng(Size): Nuvtcmbinnhhơnvtthchun(testobject)khongcáchpháthin cacmbinsgim.Hình2.32 Khongcách ðusensor pháthin ðusensor Vt Vt Kíchthưcvtln Kíchthưcvtnh Hình2.32Mơtkíchthưctươngđicacađitưng.  Bdàycađitưng(Size): ðdàycavtthlàmthskháccnđưcxemxét.Khongcáchvùng tácđngthìkhơngđiđivivtchun.Tuynhiênđivivtthkhơngcĩst trongthànhphnnhưđngthau(brass),nhơm(aluminum),vàđngđ(copper) thìsxyrahintưng“hiungbmt”(skineffect).Khongcáchvùngcm ngsgimkhiđdàycavtthtănglên.Nuđdàycavtthkhácsovi vtchunthìmthschnhsasđưcdngđđiuchnhli. Vivtcmbinthucnhĩmkimloicĩttính(st,Niken,SUS ),b dàyvtphilnhơn1mm. Trang39
  41. Chương2:C mBinTimCn Vivtcmbinthucnhĩmkimloikhơngcĩttính ,bdàycavt càngmngthìkho ngcách pháthincàngxa.Hình2.33 Hình2.33Mơtbdàycađitưng.  Lpmb ênngồic avt(Plating): Nuvtbmth ìkho ngcáchcmbincavtsbnhh ưng ðd àyvàvtlium Thép ðng Khơngm 100 100 Zn(5 →15 m) 90 →120 95 →105 Cd(5 →15 m) 100 →110 95 →105 Ag(5 →15 m) 60 →90 85 →100 Cu(10 →20 m) 70 →90 95 →105 Cu(5 →15 m) 95 →105 Cu(5 →10 m)+Ni(Cu10 →20 m) 75 →95 Cu(5 →10 m)+Ni(10 m) →Cr(0,3 m) 75 →95 95 →105  Sgiaothoavà nhh ưngbikimloixungquanh: Cnphichúýkhisdngnhiucm,khicĩhaihaynhiuh ơncmbin đtknhauhayđidinnhaucĩthxyranhiuhocsnhh ưnglnnhau giachúng,dnđnsaitínhiuđura. Trang40
  42. Chương2:CmBinTimCn Khicĩnhiucmbintimcnđưcđtsátnhau,slàmvicsaicacác cmbincĩthlànguyênnhângiaothoa.Vìthphichcchnquyđnhmt khongcáchnhnhtgia2cmbinnhưhình2.34 Hình2.34Khongcáchmơtchosgiaothoa. Khicáccmbinđưcđttrênbngkimloi,nĩđịihiphichechncm binđtránhnhhưngbicácđvtbngkimloingoitrvtcnpháthin. Vìthphichcchnquyđnhmtkhongcáchnhnhtgiacáccmbinnhư hình2.35 Hình2.35Khongcáchmơtnhhưngbikimloi 2.3.5. Cácloiđuravàcáchmcti a. LoiđuraDC2dây Khicmbincĩ2dâyranguncungcpDCloinàythưngtiđưcmc vàolàrelaythchinnhưhình2.36vàhình2.37 o Sơđtácđngngõra Hình2.36SơđngõrađiukhinloiDC2dây. Trang41
  43. Chương2:CmBinTimCn o Sơđđudây Hình2.37SơđđudâyratiloiDC2dây. Ticĩthmcdâyngunhocdâymasscũngđúng b. LoiDC3dây Khicmbincĩ3dâyranguncungcpDCloinàythưngtiđưcmc vàolàrelaythchinnhưhình2.38,hình2.39,hình2.40,hình2.41 o Sơđtácđngngõra Hình2.38SơđngõrađiukhinloiNPN. Hình2.39SơđngõrađiukhinloiPNP. Trang42
  44. Chương2:CmBinTimCn o Sơđđuni: Hình2.40Sơđđudâyratiloi3đudâyra. Hình2.41Sơđđudâyratiloi3đudâyra. c. LoiAC2dây Khicmbincĩ2dâyranguncungcpACloinàythưngtiđưcmc vàolàrelaythchinnhưhình2.42vàhình2.43 o Sơđngõrađiukhin: Hình2.42SơđngõrađiukhinloiAC2dây. Trang43
  45. Chương2:C mBinTimCn o Sơđđudây: Hình2.43Sơđ đudâychotiloiDC 2dây. d. KtnicmbinviPLC Cmbincĩthktnitrctiphaygiántipv àongõvàoPLC,tùytheo dngdâyracacmbinhaihaybadâynh ưcách ình2.44,hình2.45,hình2.46, hình2.47 o Lo i2đudâyra: Hình2. 44 Sơđ ktnicmbinviPLCloiAC220V. Hình2. 45Sơđ ktnicmbinviPLCloiDC24V. Trang44
  46. Chương2:C mBinTimCn o Loi3đudâyra: Hình2.46 Sơđ ktnicmbinviPLCloiNPND 3dây. Hình2.47Sơđ ktnicmbinviPLCloiPNPDC 3dây. e. Mtvàichúýkhisdng o Khis dngcmbintimc nloiDChayAC2dây,ph iktniviti nukhơngcáclinhlinb êntrongshưhng.Ticĩthđ ưcktnivi1 trong2dâynhưh ình2.48 Hình2. 48Ktnitivicmbinloi2dâyra. Trưnghpd ịngt inh: o LoiAC2dây: Cĩthlànguyênnhânlàmt ihotđngđáplikhơngnh ư mongmu nbiđinápd ư.Nudịngtidưi5mA,taphiđmbođináp dưlànhh ơnđi nápđáplicatibngcáchktnimtđintrssong songvitinhư hình2.49 Trang45
  47. Chương2:CmBinTimCn V V 2 R = S () ; P = S ()W (2.3) I R I:dịnglàmviccati R:đintrs P:cơngsutgiihn Hình2.49KtnitivicmbinloiAC2dâyratinh. o LoiDC2dây:Hãytodịngtrêncmbintincnnhhơndịngđápli catibngcáchktnithêmmtđintrssongsongvitinhưhình 2.50 V V 2 R = S () ; P = S ()W (2.4) Io − Ioff R VS:nguncungcp Io:dịnglàmvicMincacmbintimcn Ioff :dịngđáplicati R:đintrs P:TngsWcađintrs Hình2.50KtnitivicmbinloiDC2dâyratinh. Trang46
  48. Chương2:C mBinTimCn 2.3.6. Mtvàicmbi ntimcnloicmngt o Lo icĩbkhuchđiri : Hình 2.51Cmbinloicĩbkhuchđiri. Hình2.52Ki mtrakp. Hình2.53Kimtragãym ũikhoan. o Loihìnhch nht Hình2.54Cmbinhìnhch nht. o Lo ipháthinvtkimloir ơi Hình2. 55Cmbinpháthinvtkimloir ơi. Trang47
  49. Chương2:CmBinTimCn Hình2.56Cmbinpháthinđmhaykimloirơi. 2.4 Cmbinđindung(CapacitiveSensor) 2.4.1. Giithiucmbinđindung a. Hìnhdng Cmbinđindungthưngcĩcutodngtrtrịnbênngồiđưcbao bcbilpnhadonhưhình2.57 Hình2.57Cmbintimcnloiđindung. Cmbinđindungdùngpháthincácloivtthcĩhngsđinmơiln hơnhngsđinmơikhơngkhínhư:Nha,thytinh,g,kimloi, Cmbin timcnđindunggingvkíchthưc,hìnhdáng,cơshotđngsovicm bintimcnđincm.ðimkhácbitcănbngiachúnglàcmbintimcn Trang48
  50. Chương2:C mBinTimCn đindungtorav ùngđi ntrưngcịnc mbintimcnđincmtorav ùng đinttrưng.Cmbintimcnđindungcĩthpháthinđit ưngcĩcht liukimloicũngnh ưkhơngphikimloi.Hình2.58 Hình2.58Cmbinđindungpháthinvt . b. Cuto Hình2. 59Cutoc mbintimcnloiđindung. Cm bin đin dung cĩ cu to bao g m các thành ph n: đin cc ni ngu n,đinccnimass ,ledchbáovànúthi uchnhđnhynh ưhình2.59. Cũnggingnhưc mbintimcnđincm,cmbintimcnloiđin dungcĩ4phnnhưh ình2.60baogmphntođintrưngcutogmhai đi ncc,tiptheol àmchdaođng,mchpháthinvà mchngõrathưng mchngõrac ũngcĩhaidngNPNhayPNP Trang49
  51. Chương2:C mBinTimCn Hình2. 60Cácthànhph ncacmbindung. Hình2.61Cácđi ncccmbindung. o Bphncmbin(cácbncc cáchđin) o Mchdaođng o Mchghinhntínhiu o Mchđinng õra c. Nguyênlýho tđng Cmbintimcnđindungp háthintheonguyênt ctĩnhđin(sthay điđindunggiavtcmbinvàđucmbin),cĩth pháthin ttccácvt. Hình2.62 Nguyêntchotđngc mbintimcnloiđindung. Cmbinmcđindunghotđngdatr êns khácbithngsđinmơi giachtl ưuvàkhơngkhí.ði ukincnthitđápdngph ươngphápnàylà Trang50
  52. Chương2:CmBinTimCn hngsđinmơicachtlưuphilnhơnhngs đinmơicakhơngkhí, thưnglàgpđơi.Hngsđinmơicakhơngkhílà1.0;ducĩhngsđin mơit1,8đn5;nưccĩhngsđinmơigiakhong50đn80. Khimcchtlưuthayđithìhngsđinmơicũngthayđitươngng. Mtloitđinđưcgilàcuđindungđotồnbđindungvàchotínhiu đoliêntc. Tđingmhaibnccbngkimloiđtcáchnhauquavtliuđinmơi. Cmbindunglàtđin“m”:Gmhaibnccđthưngraphíatrưcnhư hình2.63 Hình2.63Hailoicmbintimcnloiđindung. Bmtcmbinlàmtbncc.Khicĩđinápxoaychiuđtvàobmt toramtđintrưngbinthiên.ðinápnàylyđimđtnhưmĩcchun Tđingmhaibnccvàchtđinmơigia.Khongcáchgiahai đinccnhhưngđnkhnăngtíchtrđintíchcamttđin(đindunglà đilưngđctrưngchokhnăngtíchtrđintíchcamttđin).Nguyêntc hotđngcacmbintimcnloiđindungdatrênsthayđiđindung khivtthxuthintrongvùngđintrưng.Tsthayđinàytrngthái“On” hay“Off”catínhiumàngõrasđưcxácđnh.Mtbncclàthànhphn cacmbin,đitưngcnpháthinlàbncccịnli.Miquanhgiabiên đsĩngdaođngvàvtríđitưngcmbintimcnđindungtráingưcso vicmbintimcnđincm.Hình2.64 Trang51
  53. Chương2:CmBinTimCn Hình2.64Hotđngcacmbintimcnđindung Hình2.65Sĩngdaođngmchdaođngcmbinđincmvàđindung Cmbintimcnloiđindungcĩthpháthinbtcloiđitưngnào cĩhngsđinmơilnhơnkhơngkhí.Vtliucàngcĩhngsđinmơicàng caothìcàngdđưccmbinpháthin.Vídnưcvàkhơngkhí,cmbin timcnđindungrtddàngpháthinranưc(hngsđinmơi=80)nhưng khơngthnhnrakhơngkhí(hngsđinmơi=1).ðivicácchtkimloi khácnhau,khnăngpháthincacmbinlàkhơngđi.Nhưngđivicác chtkhác,thìphmvipháthincacmbinđivitngchtlàkhácnhau.Vì vy,cmbintimcnđindungcĩthdùngđpháthincácvtliucĩhng sđinmơicaonhưchtlngdùnĩđưcchatronghpkín(làmbngchtliu cĩhngsđinmơithphơnnhưthytinh,plastic).Cnchcchnrngđi tưngcmbinpháthinlàchtlngchkhơngphihpcha. Trang52
  54. Chương2:CmBinTimCn Hình2.66Cmbinđindungpháthinchtlngtrongbìnhcha.  Khichưacĩvtgiahaibncc :Hình2.67 Hình2.67Khikhơngcĩvtthgiahaiđincc o ðindunggiahaibncc: ε ε A C = 0 r (2.5) d εr :Hngsđinmơigiahaibncc. −12 ε0:Hngsđinmơichânkhơng.( ε 0 = .8 854187.10 F / m ) o Nukhơngcĩvtthgiahaibncc: ε A ε = ;1 C = 0 (2.6) r d  Nugiahaibncctntivtthkhơngdnđin:Hình2.68 Trang53
  55. Chương2:CmBinTimCn Hình2.2.68Khicĩvtth(phikimloi)giahaiđincc o ðindunggiahaibncc: ε ε A C = 0 r (2.7) d o Khicĩvtthgiahaibnccthì:ε r >1⇒ Cstăng →DođĩstănggiátrcaCđưcsdngđpháthinvtth.  Nutntivtthkimloigiahaibnccdnđin:Hình2.69 Hình2.69Khicĩvtth(kimloi)giahaiđincc o ðindunggiahaibncc: ε ε A C = 0 r (2.8) d − e Trang54
  56. Chương2:CmBinTimCn o Vìmơitrưnggiahaibncclàkhơngkhínên: ε A ε = 1⇒ C = 0 (2.9) r d − e →Scĩmtcavtdnđingiahaibncccũnglàmđindungtăng  Trongtrưnghpđinccthhaicáchlyvimtđt: o Nguyêntcnhưcáctrưnghptrên. o Cntìmđưngliênktbnccviđimniđt. Hình2.70Khơngcĩđincctipđt o Nukhơngcĩđưngniđtchobnccth2. o ðinccđtnitrctiptrênbmtcmbin. o ðiunàytoramtđintrưngđclpviđimccđt. d. Phânloicmbinđindung Cmbintimcnđindungcũngphânthành2loi:shielded(đưcbo v)vàunshielded(khơngđưcbov). o Loicĩbovcĩvịngkimloibaoquanhgiúphưngvùngđintrưngv phíatrưcvàcĩthđtngangbngvibmtlàmvic. o Loikhơngcĩbovkhơngcĩvịngkimloibaoquanhvàkhơngthđt ngangbngvibmtlàmvic.Xungquanhcmbinphicĩ1vùngtrng (gingcmbintimcnđincmloikhơngcĩbov),kíchthưcvùng trngtùythucvàotngloicmbin. Trang55
  57. Chương2:CmBinTimCn e. ðcđimcmbinđindung o Cĩthpháthinst,kimloi,nha,nưc,đási,g, o Tuithdàivàđtinhcycao. o Cĩmchbovchngningưcccngun. o Ddàngđiuchnhkhongcáchbngvolume.ðiuchnhđưcđnhybên trong. o CĩthkimtratìnhtrnghotđngbichthLEDđ. o Ddàngkimtramcvàvtrí. f. Nhngyutnhhưngđntmpháthincacmbintimcnđindung o Kíchthưccađincccacmbin. o Vtliuvàkíchthưcđitưng. o Nhitđmơitrưng. →ðitưngtiêuchunvàhngsđinmơi ðitưngtiêuchunđưcchđnhriêngvitngloicmbintimcn đindung.Thơngthưngchtliucađitưngtiêuchunđưcđnhnghĩalà kimloihocnưc. Hình2.71ðitưngtiêuchunvàhngsđinmơicacmbinđindung. Trang56
  58. Chương2:CmBinTimCn Hình2.71Biudinmiquanhgiakhnăngphát hin đi tưng và hngsđinmơi. g. Ưuđimvànhưcđimcacmbintimcnđindung  Ưuđim: o Cĩthcmnhnvtdnđinvàkhơngdnđin. o Tínhchttuyntínhvàđnhykhơngtùythucvàovtliukimloi. o Nĩcĩthcmnhnđưcvtthnh,nh. o Tcđhotđngnhanh. o Tuithcaovàđnđnhcũngcaođivinhitđ.  Nhưcđim: o Bnhhưngbiđm o Dâynivisensorphingnđđindungdâykhơngnhhưngđnb cnghưngcabdaođng. 2.4.2. Cácđilưngcnchúýkhisdng a. ðiuchnhđnhy Khikhơngcĩmctiêupháthin,haykhicĩsdaođngthìkhongcách giacmbinvàvt.Tùytheotngloivtvàloicmbinmàtacĩthchnh chophùhp(xemchdncanhàsnxut) b. Sgiaothoavànhhưngbikimloixungquanh Khicĩnhiucmbintincnđưcđtsátnhau,slàmvicsaicacác cmbincĩthdonguyênnhâncasgiaothaolnnhau.Vìthtaphichc chnquyđnhmtkhongcáchnhgia2cmbinnhưcáchình2.72 Hình2.72Cáccáchđiuchnhđnhy. Trang57
  59. Chương2:CmBinTimCn Khicáccmbinđưcđttrêncácbngkimloi,nĩđịihichechncm binđtránhnhhưngbicácđvtbngkimloingoitrvtcnpháthin. Vìthtaphichcchnquyđnhmtkhongcáchnhgia2cmbinnhư hình2.73 Hình2.73Cáccáchchechncmbin. c. nhhưngcacácloivtliu o Vtliucavtcmbin: Khongcáchcáccmbincĩthkhácnhaubi cácđctrưngđincavtcmbin(tínhchtdnđin,hngsđinmơi)và tìnhtrnghútnưc,kíchthưc. o ðintrưngcĩtnscao: Nĩcĩthgâyrascchomáymĩcmàcácmáy nàyphátratnscaocađintrưngvídnhưmáygit o Mơitrưngxungquanh: Cĩnưchocdutrênbmtcmbin,haycác chaiđpháthinmcbphdunĩcĩthgâyratrctrc.ðcbitloicĩ đưngkínhnh(15mm)cĩđnhycaovicácvtcĩđincmtaphichú ýđngđbthmnưc. o Du: khơngchoduchyvàocmbinnhtlàđiviloi v làm bng nha. d. Stipđt Khongcáchcmbinsđưcthayđibitìnhtrngtipđtcacmbin timcnloiđindungvàvt[50x50x1mm(st)].Hãykimtravtliutrưc khilpnĩvàobng. Trang58
  60. Chương2:CmBinTimCn 2.5 Cmbinsiêuâm:(Ultrasonicsensor) 2.5.1. Kháinimdĩngsiêuâm Siêuâmlàsĩngcơhccĩtnslnhơntnsâmnghethy(trên20kHz). Thínhgiáccaconngưirtnhycmviditnstâmtrm(vàichcHz) đncácâmthanhrtcao(gn20kHz).Mtslồivtnhưdơi,ongcĩthcm nhnđưcsiêuâm. Giithiuvcmbinsiêuâm:Cmbinsiêuâmlàthitbdùngđxác đnhvtrícacácvtthơngquaphátsĩngsiêuâm.Cmbinsiêuâmcĩthphát hinrahuhtcácđitưnglàkimloi,phikim,lnghocchtrn,vttrong hocmđc(nhngvtcĩhsphnxsĩngâmthanhđln). 2.5.2. Nguyênlýchto Sĩngsiêuâmđưctruynđitrongkhơngkhívivntckhong343m/s. Numtcmbinphátrasĩngsiêuâmvàthuvcácsĩngphnxđngthi,đo đưckhongthigiantlúcphátđitilúcthuv,thìmáytínhcĩthxácđnh đưcquãngđưng màsĩngđãdichuyntrongkhơnggian. Quãng đưng di chuyncasĩngsbng2lnkhongcáchtcmbintichưngngivt,theo hưngphátcasĩngsiêuâm.Haykhongcáchtcmbintichưngngivt sđưctínhtheonguyênlýTOF(TimeOfFlight)hình2.74 Hình2.74NguyênlýTOF. Trang59
  61. Chương2:C mBinTimCn Hình2.75Cácloicmbinsiêuâm. Cmbinmcsĩngsi êuâmđưcxácđ nhmcbngcáchđokhongthi giantlúctruyn sĩng tilúcnhnđưcsĩngphnhi.Cmbinmcsĩngsi êu âms dngsĩngditns hơn10KHz.Tcđtruy ncasĩng(34 3m/giây trongkhơngkhí 15đC)phthucv àoloikhívànhi tđcakhíb êntrong bìnhcha. Hình2.76Mtv àilo icmbintimcnsi êuâmdoSiemenss nxut. 2.5.3. Gi ithiucmbinsi êuâm a. Cuto Cmbintimcnsi êuâmcĩ4phnchính:Hình2.77 o Bphnphátv ành nsĩngsi êuâm(Transducer/Receiver) o Bphnsosánh(Comparator) o Mchpháthi n(DetectorCircuit) :Khic mbinnhnđ ưcsĩngphnhi, bphânsosánhtínhtốnkhongcáchbngcáchsosánh thi gian phát, nhnvàv ntcâmthanh. o Mchđinng õra(Output): Tínhiungõracĩthl àdigitalho canalog.Tín hi utcmbindigitalbáocĩhaykhơngsxuthinđit ưngtrongvùng Trang60
  62. Chương2:CmBinTimCn cmnhncacmbin.Tínhiutcmbinanalogchađngthơngtin khongcáchcađitưngđncmbin. Hình2.77Cácthànhphncacmbintimcnsiêuâm. b. Nguyênlýhotđng Kĩthutcmbinsiêuâmdatrênđcđimvntcâmthanhlàhngs. Thigiansĩngâmthanhđitcmbinđnđitưngvàquaytrliliênhtrc tipđnđdàiquãngđưng.Vìvycmbinsiêuâmthưngđưcdùngtrong cácngdngđokhongcách.Hình2.78 Hình2.78Sĩngâmthanhphnhikhiđitưnglàchtrn,chtlng. Tnshotđng:Nhìnchung,cáccmbincơngnghiphotđngvitn s25khzđn500Khz.Cáccmbintronglãnhvcykhoathìhotđngvi khongtnst5MHztrlên.Tnshotđngcacmbintlnghchvi khongcáchpháthincmbin.Vitns50kHz,phmvihotđngcacm bincĩthlênti10mhochơn,vitns200kHzthìphmvihotđngcm binbgiihnmc1m. Vùnghotđng:làkhuvcgia2giihnkhongcáchpháthinlnnht vànhnhtCmbintimcnsiêuâmcĩmtvùngnhkhơngthsdnggn bmtcmbingilà“khuvcmùhayvùngcht”(blindzone).Hình2.79 Trang61
  63. Chương2:CmBinTimCn Hình2.79Vùnghotđngcacmbintimcnsiêuâm. Cmbinsiêuâmbaogm:mtbphátsĩngâmlàmbngđĩagmss phátsĩnglantuyntrongkhơnggianđnkhigpvtcnscĩsĩngdili.Hình 2.80 Hình2.80Slantruynsĩngâmcacmbinsiêuâm. Trongmtchukỳlàmviccmbinsđcliêntcsĩngdivchođnkhi xungdivcĩbiênđbngxungphátđibanđusktthúcmtchukỳthu nhn.Hình2.81 Hình2.81Chukỳđcxungcacmbinsiêuâm. Trang62
  64. Chương2:CmBinTimCn Vùnghotđngcacmbinsiêuâmbaogm:Vùngcht,vùngnhìnthy vàvùngcàiđttrưcđưc(vùnghotđng).Hình2.82 Hình2.82Cácvùnghotđngcacmbinsiêuâm. Khibtđuphátxunglàlúcsĩngâmsphátđiđnkhigpvtcnsĩngs dilinhưngvùnghotđng phùhpchcáchđu cm nhn ca cm bin khong6đn8cmvùngnàygilàvùngcht.Hình2.83 Hình2.83Hotđngcacmbinsiêuâm Gĩcquétcacmbinsiêuâmlàvùngmàuxanh,cịnlilàvùngmàcm binkhơngđođưcgilàvùngmù.Hình2.84 Hình2.84Hotđngcacmbinsiêuâm Cmbinsiêuâmđưcmơhìnhhĩathànhmthìnhqut,trongđĩcác đimgiadưngnhưkhơngcĩchưngngivt,cịncácđimtrênbiênthì dưngnhưcĩchưngngivthình2.85 Trang63
  65. Chương2:CmBinTimCn Hình2.85Hotđngcacmbinsiêuâm 2.5.4. Saisnhiuphbinvicmbinsiêuâm a. Hintưngforecasting HintưngForecastinglàhintưngphnxgĩcsailchcacmbin. Do nguyên lý TOF, đ cĩ khong cách đúng, cm bin siêu âm phi hưng vuơnggĩcvibmtchưngngivtcnđo.Tuynhiên,cácchưngngivt khơngbaogilàphng,mn,nêntiaphnxcĩthkhơngtươngngvigĩcti. Cácchùmtiaphnxnàycĩnănglưngphnxthphơnnhưhình2.86. Hình2.86Sphnxcasĩngsiêuâmtrênbmtvtliu Tuyvy,mtkhongcáchnàođĩ,cmbinsiêuâmvncĩthghinhn đưcnhngtínhiuphnxnày.Ktqu,thơngsđcvcacmbinsiêuâm blchdogĩcmcacmbinsiêuâmln.HìnhnhvhintưngForecasting nhưhình2.87. Trang64
  66. Chương2:CmBinTimCn Hình2.87HintưngForecasting Ngồira,vìgĩcmrngnênkhơngchsaivnhndngvtríchưngngi vt,màkhongcáchghinhncũngbsailch.Tuyvy,saisnàykhơngđáng knhưsaisdohintưngđcchéogâyra.Vìsaisnàylàsaiscĩthqunlý đưc,trongkhiđĩ,saisdohintưngđcchéokhơngthqunlýđưc.Sau đâychúngtastìmhiuvhintưngđcchéovà phươngphápxlýhin tưngđcchéo. b. Hintưngcrosstalk Hintưngđcchéo(crosstalk)làhintưngmàcmbinsiêuâmnàyghi nhntínhiuphnxhoctínhiutrctiptcmbinsiêuâmkhác,hocsau quátrìnhsĩngsiêuâmtruynđivàphnxquacácbmtquaylicmbin mtcáchkhơngmongmun.Hình2.79mơthintưngđcchéocacmbin siêuâm Hình2.79Hintưngđcchéocacmbinsiêuâm Trang65
  67. Chương2:CmBinTimCn  Hintưngđcchéocĩthphânloithànhhailoichính: o Loi1 làhintưngnhiurobothotđngtrongcùngmtmơitrưng,vàcm binsiêuâmnàyghinhntínhiucacmbinsiêuâmkiamtcáchtrctip hocgiántip,hocdosĩngsiêuâmdichuyntrongkhơnggiansaumtthi gianngunhiênnàođĩquaytrlicmbin. o Loi2 làhintưngcmbinsiêuâmnàyghinhntínhiucacmbinsiêu âmkiatrêncùngrobotsauquátrìnhphnx. Cnphiphânbithaiquátrìnhđcchéonày,bivìtathyrng,đivi hintưngđcchéoloimt,rõràng,sĩngsiêuâmsailchlàngunhiên,khơng dđốnđưc.Tuynhiên,vìtínhngunhiênnày,vicxlýnhiu(tínhiusait cmbinkhác)trnênddànghơnthuttốnEERUFchophépxlýchailoi cahintưngđcchéo. Ýtưngcơbncathuttốnnàynmch,xemcáctínhiughinhn đưclànhiu,vàsdngnhngquyđnhphátvàthuđloibđưccácnhiu khơnghplý.  Phântíchxlýhintưngcrosstalk Mctiêucavicxlýhintưngđcchéolànhmnângcaotcđđc cacmbinvàđốntrưcđưcđưngđcchéokhinàoxyra.Ngồivicxác đnhthiđimxyrahintưngđcchéothìtacĩthphátthêmmtcmbin vàchđccmbin,đimtthigiantđchonănglưngsĩngâmyudnvà khơnglàmnhhưnglêncáccmbinkháctrongcùngmtmơitrưng.hình 2.80 Hình2.80ðtlchthigianphátsĩng Trang66
  68. Chương2:CmBinTimCn Tronghintưngđcchéoloi1,nucácđưngđcchéohìnhthànhngu nhiênvàkhơngthxácđnhtrưc,tanhnthycĩthsdngphươngpháplp, đcnhiulnnhnrađưctínhiulnđughinhnđưclàtínhiugâynhiu. nhưvyvicđccmbinnhiulnchophéptaloibđưccácđưngđc chéongunhiên. Tronghintưngđcchéoloi2khơngphânbitđưcđưngchéolnhai vàlnba.ChúngtasdngphươngphápBorensteinđpháthinđưngđc chéokhinĩxuthinvàthayđicácgiátrthigianchsaumichukỳđc. Hình2.81 Hình2.81phươngphápxlýhintưngđcchéo c. Saisdomơitrưng Saisdonhitđđitưngcnđo,nhitđvàđmmơitrưngđưcmơ tnhưhình2.82 Hình2.82nhhưngcanhitđđitưngcnđo Trang67
  69. Chương2:CmBinTimCn Khinhitđmơitrưngthayđicũngnhhưngđnktquđo,đthmơ tquátrìnhthayđinhưhình2.83 Hình2.83nhhưngcanhitđđitưngcnđo Khiđmưtmơitrưngthayđicũngnhhưngđnktquđo,đth mơtquátrìnhthayđinhưhình2.84 Hình2.84nhhưngca đmmơitrưng Nhitđbmtcađitưngnhhưngđnphmvihotđngcacm bin.Hơinĩngtaratđitưngcĩnhitđcaolàmméodngsĩng,làmcho khongcáchpháthincađitươngngnlivàgiátrkhongcáchkhơngchính xác. Trang68
  70. Chương2:CmBinTimCn Hình2.85nhhưngcanhitđđivisĩngphnhi. 2.5.5. Cácchúýkhisdngcmbinsiêuâm a. Cáchbtrícmbin Kíchthưcvàvtliucađitưngcnpháthinquytđnhkhongcách pháthinlnnht(xemhình2.86) Hình2.86Khongcáchhotđngcacmbintimcnsiêuâm. Khongcáchgiacáccmbinkhibtrícáccmbingnnhaucũngcnchúý khibtrícmbinsiêuâmcnchúýphithamãncácđiukintheocácbngtheo tngtrưnghpnhưđãchotrongcácbngnhưsau: o Khibtrísongsonghaicmbinkhongcáchgiachúngnhưhình2.87 o Khibtríđimthaicmbinkhongcáchgiachúngnhưhình2.88 Trang69
  71. Chương2:CmBinTimCn o Khibtrícmbingnnhngvtcĩbmtphnxkhácnhaukhongcách giachúngnhưhình2.89 Hình2.87Btrísongsonghaicmbin Hình2.88Btrímtđimt. Hình2.89nhhưngcavtsovivùnghotđng Bmtphngphnhinănglưngcasĩngâmthanhtthơnbmtg gh.Tuynhiênbmttrơnphnglicĩđịihikhckhevvtrígĩctothành giacmbinvàmtphngđitưngxemhình2.91 Trang70
  72. Chương2:CmBinTimCn Hình2.91ðtcmbinsiêuâmđiviđitưngcĩbmtgghvàgĩc nghiêngsoviphươngngang3 o. b. Ưunhưcđimcacmbinsiêuâm  Ưuđim: o Khongcáchmàcmbincĩthpháthinvtthlênti15m. o Sĩngphnhicacmbinkhơngphthucmàusccabmcđitưng haytínhchtphnxánhsángcađitưngvídbmtkínhtrongsut,b mtgmmàunâu,bmtplasticmàutrng,haybmtchtliunhơmsáng, trng lànhưnhau. o Tínhiuđápngcacmbintimcnsiêuâmanaloglàtltuyntínhvi khongcách.ðiunàyđcbitlýtưngchocácngdngnhưtheodõicác mccavtcht,mcđchuynđngcađitưng.  Nhưc đim: o Cmbintimcnsiêuâmyêucuđitưngcĩmtdintíchbmtti thiu(giátrnàytùythucvàotngloicmbin). o Sĩngphnhicmbinnhnđưccĩthchunhhưngcacácsĩngâm thanhtpâm. o Cmbintimcnsiêuâmyêucumtkhongthigiansaumilnsĩng phátđiđsnsàngnhnsĩngphnhi.Ktquthigianđápngcacm bintimcnsiêuâmnhìnchungchmhơncáccmbinkháckhong0,1s. Trang71
  73. Chương2:CmBinTimCn o Vicácđitưngcĩmtđvtchtthpnhưbthayvi(qunáo)rtkhĩ đpháthinvikhongcáchln. o Cmbintimcnsiêuâmbgiihnkhongcáchpháthinnhnht. o Sthayđicamơitrưngnhưnhitđ(vntcâmthanhphthucvào nhitđ),ápsut,schuynkhơngđngđucakhơngkhí,bibnbay trongkhơngkhígâynhhưngđnktquđo. Trang72
  74. Chương3:CmBinQuang Chương3 CMBINQUANG (Opticalsensor ) 3.1 Kháinim Cmbinquangđincĩtínhlinhhotrtcaovàgiáthànhtươngđithp. Cmbinquangđincĩthpháthincácđitưngnhanhhơnvàclyxahơn sovinhiukthutkhác.Vinhngưuthtrên,cmbinquangđinnhanh chĩngtrthànhmttrongcácthitbtronglãnhvctđngđưcsdngrng rãitrongthctsnxut. Giithiumtvàihìnhdngcacmbinquangthưnggp Hình3.1Hìnhdngcmbinquang. 3.1.1 Cơbnvánhsáng a. Tínhchtcaánhsáng Ánhsángcĩ2tínhchtcơbnlàsĩngvàht.Dngsĩngánhsánglàsĩng đintphátrakhicĩschuynđintgiacácmcnănglưngnguyêntca ngunsáng.Vntcánhsángđưcxácđnh: Trang73
  75. Chương3:CmBinQuang c v = n trongđĩcvntctrongchânkhơngc=299792km/s,nchitsutcamơitrưng truynsĩng o Sliênhgiatnsfvàbưcsĩng: V λ = f (3.1) o Trongchânkhơng: c λ = f (3.2) o Tínhchthtcaánhsángthhinquastươngtáccanĩvivtcht. ÁnhsángbaogmcáchtphotonvinănglưngW φphthucvàotn s. Wφ=hf (3.3) TrongđĩhlàhngsPlanckh=6,6256.10 34 Js Trongvtchtcáchtđintluơncĩxuhưngtrthànhđinttdo.ð giiphĩngđưccáchtđintkhinguyêntthìcn1nănglưngtithiu bngnănglưngliênktW L.Dođĩnuphotoncnhpth1htđintthìcn 1điukinlàW φ≥W L o Khiđĩtacĩ: WL c hc f ≥ dotacĩ λ = nên λ ≤ W h f L (3.4) o Bưcsĩngngưng(bưcsĩnglnnht)caánhsánglàbưcsĩngcĩth gâynênhintưnggiiphĩngđintđưctínhtbiuthc: hc λs = W l (3.5) Hin tưnggiiphĩnghtdndưitácdngcaánhsángbnghiung quangđingâynênsthayđitínhchtđincavtliu.ðâylànguyênlýcơ bncacmbinquang.Dưitácdngcaánhsáng,hiungquangđintl thunvislưnghtdnđưc gii phĩngtrong1đơnvthigian.Ngayckhi Trang74
  76. Chương3:CmBinQuang λ> λSthìkhơngthgiiphĩngttccáchtdnbivì1ssphnxtbmt vàskhácschuynnănglưngcachúngthànhnăng lưng ca dao đng nhit.ðivivtliucĩhsphnxRlnvàbchiubiánhsángđơnsccĩ cơngsut φthì: o Sphotonchiuđntrong1giây: φ λφ ninc = = hv hc (3.6) o Sphotonhpthtrong1giây: λφ na = 1( − R)ninc = 1( − R) hc (3.7) o Shtđintvàltrngđưcgiiphĩngtrong1giây: λφ G =η.na =η 1( − R) hc (3.8) Trongđĩ ηlàhiusutlưngt(sđinthocltrngtrungbìnhđưc giiphĩngkhi1photonđưchpth) Cáccmbinquangđưcsdngđchuynthơngtintánhsángnhìn thyhoctiahngngoi(IR:Infared)vàtiatngoi(UV:UltraVioled)thành tínhiuđin.Ánhsángcĩhaitínhchtcơbnlàsĩngvàht.Dngsĩngcaánh sánglàsĩngđintphátrakhicĩschuynđintgiacácmcnănglưng nguyêntcangunsáng.Cácdngsĩngnàydichuyntrongchânkhơngvi tcđc=299792km/s(khong300.000km/s).Trongvtchtángsángcĩvn tcV=c/n(nlàchitsutcamơitrưng). Trênhình3.2biudinphánhsángvàsphânchiathànhcácdimàuca ph.ðơnvđdàisĩngthưngdùnglà m(1 m=1x10 6m). b. Dãyphánhsáng Cácbcxtrưngđinttnscao(tiagamma,tiaXvàánhsángcctím) cĩbưcsĩngngnmangnhiunănglưng. Trang75
  77. Chương3:CmBinQuang Ánhsánghngngoi Ánhsángcctím Ánhsángthyđưc (InfraRed) (UltraViolet) (VisibleLight) Tím ChàmLam Lc Vàng Cam ð UVA UVC UVB (nm) Violet Indigo Blue GreenYellow Orange Red 100 200 300 400 780 Bưcsĩng Hình3.2Tnsvàbưcsĩng. Cácbcxtrưngđinttnsthp(ánhsángthyđưc,ánhsánghng ngoi,viba)cĩbưcsĩnglnnhưngmangítnănglưnghơn. Tiađ,vàtiatímcũngđưcphânloilàbcxsĩngánhsáng,nhưnglà ánhsángkhơngnhìnthyđưcbngmtthưngcangưi.Tathymàuánh sángphthucđdàisĩng. Tiađ(IR)cĩđdài λt780nmđn10 6nm,sĩngánhsángnàycĩth thyđưcdưidngánhsángmàuđti,sĩngnàygiápcndưicasĩngdài vơtuyn(LW) Tiacctím(UV)cĩđdài λt100nmđn380nm,sĩngánhsángnàycĩ ththyđưcdưidngánhsángmàutímthm,sĩngnàygiápcntrêncasĩng cĩđdài λngnhơnvàcĩmàunhưcuvng. Ngunsángtnhiên,haynhântolàtnghpnhiudaođngđint,nĩi khácđicĩnhiuđdàisĩngkhácnhau,qualăngkínhtathyđưcphánhsáng này.Ngunsángnhântochophéptadchchuynphnlncácbcxnàytheo ý,bngcácvtliu,vàcáctínhchtvtlý,chnghnngunsángchyuch sinhratiađ,tímhayvàng. c. ðơnvđoquang Nănglưngbcx(Q)lànănglưngphátx,lantruynhochpthdưi dngbcx,đưcđobngJun(J). Thơnglưngánhsáng( φ)làcơngsutphátx,lantruynhochpth,đo bngđơnvoat(W). Trang76
  78. Chương3:CmBinQuang ∅ = (3.9) Cưngđánhsáng(I)làlungnănglưngphátratheo1hưngchotrưc dưi1đơnvgĩckhi,cĩđơnvđolàoat/steradian. dφ I = d (3.10) ðchĩinănglưng:làtsgiacưngđánhsángphátrabi1phnt bmtdAtheo1hưngxácđnhvàdintíchhìnhchiucaphntnàytrên mtphngPvuơnggĩcvihưngđĩ dAn = dAcosθ (θlàgĩcgiaPvàmt phngchadA).ðchĩiđobngoat/steradian.m 2. dI L = dA n (3.11) ðrinănglưng(E)làtsgialungnănglưngthuđưcbi1phnt bmtvadintíchphntđĩ.ðrinănglưngđưcđobngoat/m 2 dφ E = (3.12) dA Tênđnhnghĩa ð/vthgiác ð/vnănglưng Lung(thơnglưng) Lumen(lm) Oat(W) Cưngđ Candela(cd) Oat/sr(W/Sr) ðchĩi Candela/m 2(cd/m 2) Oat/sr.m 2(W/sr.m 2) ðri Lumen/m 2haylux(lx) W/m 2 Nănglưng Lumen.s(lm.s) Jun(J) d. Ngunsáng Sdngánhsángđãđưcđiuch,tnsthưngt5đn30khz.Thưng sdngphánhsángtmàuxanhđnánhsánghngngoi. Trang77
  79. Chương 3:CmBinQuang Hình3.3Cưngđsángvàbưcsĩng. Vi csdng1cmbinchcĩhiuqukhinĩph ùh pvibcxánh sáng(ph,thơnglư ng ,tns).Ngunsángsquytđnh miđctínhcabc xvìvyvict ìmhi ungunsángrtquantrngtrongvicchnlav àsdng cmbin. o ðèns iđtwonfram: ðư ccutogm1dâywonframcĩvbcbngthy tinhho cthanhanhcĩchachtkhíhimhochalogen(I 2).ðènwonframcĩ đcđim:Thơnglư ngln,dãyph rng,cĩthgimbngcáctmlc. Docĩ quántínhnhi tlnn ênkhơngththayđibcx1c áchnhanhchĩng ,tuith thp,dv. o Diodephátquang:Thigianhiđápnh,khongv ài ns do v ycĩkhnăng thayđitheot nscao .Phánhsánghồntồnxácđnh,đtincycao,bn theothigian.Thơng lư ngtươngđinh( ~10mW)vành yvinhitđlà nhưcđimcađ èn . o Lazer:TiaLazerlàngu nsángđơnsc,đchĩiln,r tđnhh ưngvàđcbit cĩtínhliênk tmnh(rtkhĩx yratánscánhsáng).Lazerl àánhsángcĩbưc songđơnschịan tồnxácđ nh,thơnglưngln,cĩkh năngnhnđ ưcchùm tiam nhviđđnhh ưngcaovàtruy nđivikhongcáchrtln . Phnxánhsángtr ênbmt:Tùytheođbĩnglốngc abmtmàánh sángph nxsbđih ưngnhiuhayítvinhưhình3.4 Trang78
  80. Chương3:CmBinQuang Ngu nsáng Ngu nsáng Phnx Phnx Ngu nsáng θ θ Bmtkhuchtán Bmtbĩnglống Hình3.4Hintưngphnxtrênbmt. Khúcxánhsáng:Tùytheomơitrưngcĩchitsutkhácnhaumàgĩc phnxskhácnhaunhưhình3.5 ASb khúc x t nưc đn mt khơng khí Vi mt,vt đây nKhơng khí : 1.00 ðưng as nnưc : 1.33 t vt nthy tinh : 1.46 Vt thc n1 n1 n2 n1 n2 Hình3.5Hintưngkhúcxánhsáng. nhhưngcabmtlênánhsángphnx:Tùytheođbĩngcabmt màánhsángchiuvàosphnxnhiuhayít,rnghayhpkhácnhaunhư hình3.6 Trang79
  81. Chương3:CmBinQuang Ngu nsáng Ngu nsáng Ngu nsáng Ngu nsáng Phnx Phnx Phnx Phnx Bmtkhuchtán Bmtbĩnglống Bmtkimloi Bmttrongsut Hình3.6nhhưngcabmtlênánhsángphnx. 3.1.2 Cáclinhkinbándncmbinquang a. ðinTrQuang:(PhotoResistor) Cáccmbinđintrlàsphthuccađintrvàothơnglưngbcx vàphcabcxđĩ.Quangtrlà1trongnhngcmbincĩđnhycao. Nguyêntcchtoquangtrlàdatrênhintưngquangdndoktquca hiungquangđinni(hintưnggiiphĩnghttiđintrongvtliudưi tácdngcaánhsánglàmtăngđdnđincavtliu).  Cuto:Cmbinquangthưngđưccutobngcácchtbándnđatinhth đngnhthocđơntinhth,bándnriênghocbándnphatpcht. − ðatinhth:CdS,CdSe,CdTe,PbS,PbSe,PbTe. − ðơntinhth:Ge,SitinhkhithocphatpAu,Cu,Sb,In,SbIn,AsIn,PIn, CdHgTe. Tùytheochtcutomàquangtrcĩvùngphlàmvickhácnhau.  ðintr:Mtquangtrcĩgiátrđintrtươngđươngvi2đintrghépsong songgmđintrtiR co vàđintrR cp đưcxácđnhbihiungquangđin doánhsángtácđng.Giátrđintrtiphthucvàovtliucuto,dng hìnhhc,kíchthưcvànhitđ. − CácchtPbS,CdS,CdSecĩgiátrđintrtikháln:t10 4đn10 9 nhitđ25 0C. − CácchtSbIn,SbAs,CdHgTecĩgiátrđintrtikhánh:t10 đn 10 3nhitđ25 0C ðintrR cp đưcxácđnhtheobiuthc: Trang80
  82. Chương3:CmBinQuang −γ R = aφ (3.13) cp trongđĩaphthucvàovtliu,nhitđvàphbcxánhsángγcĩgiátrt 0.5đn1 DođĩgiátrđintrcaquangtrlàR C −γ Rco Rcp Rco .aφ RC = = (3.14) R + R R + aφ −γ co cp co ThơngthưngR cp <<R co nên: R = aφ −γ c (3.15) Nghĩalàgiátrđintrcacmbinphthucmnhvàoánhsángtác dng,cĩgiátrgimrtnhanhkhiđritănglên.Sphthuccađintrvào thơnglưngánhsángkhơngtuyntính.Tuynhiêncĩthtuyntínhhốnĩbng cáchghépsongsongvi1đintr.Hình3.7 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 0.01 1.0 1 10 100 1000 Hình3.7Sphthuccađintrvàođrisáng ðintrR Cphthucvàonhitđ,đnhynhitcaquangtrcàngnh khiđricàngln.Giátrđintrsbgimchmnhngđiukinlàmvic giihnkhiđrivàđinápđtvàoquáln.  ðnhy:Davàosơđtươngđươngcaquangtr,đdnđincaquangtr làtngđdnsángvàđdnti. G = G + G (3.16) c co cp Trongđĩ: 1 G làđdnti Gco = (3.17) co R co Trang81
  83. Chương3:CmBinQuang 1 φ γ G làđquangdn Gcp = = (3.18) cp R a cp Khilàmvicquangtrđưcphâncc1đinápVscĩ1dịngđinđiqua nĩđưcxácđnh: I = G V = G V + G V = I + I c CO CP O P (3.19) trongđĩI odịngti,Ipdịngquangđin Tuynhiêntrongđiu kinsdngI o << I pnêndịngquangđincĩth đưcxácđnhtheobiuthc: V.φ γ I p = (3.20) a ðivilungbcxcĩphxácđnh,tlchuynđitĩnh: I V γ −1 = φ (3.21) φ a ðnhy: I V = γ φ γ −1 (3.22) φ a Tnhngvnđtrêntarútraktlun: − Nutínhđngiátrca γthìtlchuynđitĩnhvàđnhycĩcùngđ ln. − Quangtrlàcmbinkhơngtuyntính,đnhycanĩgimkhibcx tăng.(trtrưnghp γ=1) − ðnhytlthunviđinápđtvàoquangtr.  ngdngquangtr: Nhngnhưcđimkhisdngquangtrlàquátrìnhhiđápphthuc khơngtuyntínhvàothơnglưng,thigianhiđápln,cácđctrưngkhơngn đnh(giàhĩa),đnhyphthucvàonhitđ,mtsloiđịihiphilàm ngui. Dođĩngưitakhơngdùngquangtrđxácđnhchínhxácgiátrthơng lưngmàđưcsdngđphânbitmcánhsáng:trngtháisángtihoc xungánhsáng.Vicxácđnhgiátrđintrcaquangtrhocxácđnhsthay Trang82
  84. Chương3:CmBinQuang đicnphicĩmchđophùhp,nghĩalàphiđưccpdịngkhơngđivà ghéptheosơđđođinthhocsơđcuWheatstone,mchkhuchđithut tốn.Trongthctthưngđưcngdng2trưnghplàđiukhinrelayvà thutínhiuquang.Hình3.8 Hình3.8Sơđngdngquangtr b. DiodeCmQuang(photodiode)  Nguyêntc Khicho2chtbándnPvàNtipxúcvinhaustonênvùngnghèoht dntitipxúc,tiđĩxuthin1đintrưnggilàE TX vàhìnhthành1hàng ràođinthV TX .Khikhơngcĩđinthngồithìdịngquatipgiápcĩgiátr I=0.ThctdịngIlúcđĩchínhlàdịngtngca2dịngngưcchiunhauvàcĩ cùngđln: − Dịngkhuchtáncacáchtdncơbnkhitipxúc2chtbándn. − Dịng ht dn khơng cơ bn nh tác dng ca đin trưng trong vùng nghèo. Khiđt1đináplênvùngnghèo,chiucaocahàngràođinthsthay đikéotheosthayđicadịnghtdncơbnvàbrngvùngnghèo.ðináp đtlênvùngnghèosxácđnhgiátrdịngđinI Trang83
  85. Chương3:CmBinQuang qV  I = IO exp  − IO (3.23)  kT  Khiđinápngưcđln,chiucaocahàngràođinthlnđnmc dịngkhuchtáncacáchtdn(dịngcơbn)cĩthbquavàchcịnlidịng khơngcơbn,nghĩalàI=I O,đâychínhlàdịngngưccadiode. Khichiusángdiodebngbcxcĩbưcsĩngnhhơnbưcsongngưng (λ< λS)shìnhthànhthêmcáccpđintvàltrng.ðcáchtdnnàytham gialàmtăngđdn,tđĩlàmtăngdịngI.ðiuquantrnglàánhsángphi đưcchiuđnvùngnghèo,saukhiđiqua1bdàyđángkcachtbándnvà tiêuhaonănglưng(càngđivàosâuthìthơnglưng φcànggim) TrongthctcácvtliuthưngđưcdùngđchtophotodiodelàSi, Ge,(dùngđthuánhsánhnhìnthyđưcvàhngngoign)GaAs,InAs,InSb, HgCdTe(dungđthuhngngoi)  ðnhy: ðivi1bcxcĩphxácđnh,dịngquangđinItuyntínhvithơng lưngtrong1khongtươngđirng.ðnhyđưcxácđnh: I qη(1− R)exp(−αX ) S()λ = = λ (3.24) φ hc ngvi λ≤ λS η:hiusutlưngt R:hsphnx α:hshpth h:hngsPlanckh=6,6256.10 34 Js c:vntctruyntrongchânkhơng  Chđsdngphotodiode: Cĩ2chđsdng:chđquangdnvàchđ quangth. o Chđquangdn:Chđquangdnđưcđctrưngbiđtuyntínhcao, thigianhiđápngnvàdãithơngln.Cĩ2dngsơđ − Dngsơđcơs:Hình3.9 Trang84
  86. Chương3:CmBinQuang Hình3.9Sơđcơs Trongsơđtacĩ:  R2  Vo = Rm 1+ I (3.25) R  1  NutănggiátrR mslàmgimnhiu.Tngtrngãvàophilnđ gimnhhưngcanitrdiode. − Dngsơđtácđngnhanh:Hình3.10 Hình3.10Sơđtácđngnhanh Khiđĩtacĩ: V = R + R I o ( 1 2 ) (3.26) R + R ðintrticadiodenhvàgnbng 1 2 ,trongđĩKlàhs K khuchđitnslàmvic.TC 2cĩnhimvbùtrnhhưngcatkí Trang85
  87. Chương3:CmBinQuang sinhC 1viđiukin R1C1 = R2C2 .Bkhuchđisdngdịngvàortnh vàsuygimdonhitkhơngđángk. o Chđquangth Trongchđnàymchcĩthlàmvicchđtuyntínhhoclogarittuỳ thucvàoti,ítnhiu,thigianhiđáplnvàdithơngnh,đcbitnhycm vinhitđkhilàmvicchđlogarit. Hình3.11Chđquangth Trongsơđtuyntínhtacĩ: V = R I (3.27) o 2 sc Trongsơđlogarit:  R2  Vo = 1+ Voc (3.28) R  1  c. TransistorQuang(photoTransistor)  Cutovànguyêntc: TransistorquangđưccutobngchtbándnloiSi,đưcchtotheo loitransistorNPNsaochocĩvùngccBcĩkhnăngcmnhnánhsángt bênngồi.KhitransistorquanglàmvicthìđưcphânccchoccCvàEnên đinápphâncctptrungtồnbvàovùngchuyntipBC(phânccngch). KhichuyntipBCđưcchiusáng(ccBnhnánhsáng)thìtransistorquang hot đng ging vi diode quang (Hình 3.12) ch đ quang dn vi dịng ngưc.Khiđĩtacĩ: I = I + I (3.29) r o p Trang86
  88. Chương3:CmBinQuang viI olàdịngngưctiI plàdịngquangđindotácdngcathơnglưng φ chiuquabdàyX.Tacĩ: qη(1− R)exp(−αX ) I p = (3.30) hc η:hiusutlưngt R:hsphnx α:hshpth h:hngsPlanckh=6,6256.1034Js c:vntctruyntrongchânkhơng Hình3.12SơđphânccTransistorquang TrongtrưnghpnàydịngI BchínhlàdịngI rnêntacĩ: I = βI = βI = βI + βI (3.31) C B r o p  ðnhy: Khinhnđưcthơnglưng φoslàmxuthin1dịngI pđivàoccBca transistor,dịngnaystonên1dịngdntrongtransistor I c = (β +1)I p ,giátr caI clà: (β +1)qη(1− R)exp(−αX ) I p = λφo (3.32) hc ðivi1thơnglưngchotrưc,dịngI ckhơngphilà1hàmtuyntính I c theo φvìhskhuchđi βphtucvàogiátrcaI c,nghĩalà phthuc φo vàogiátrca φo. I ðnhy:S= c . (3.33) φo Trang87
  89. Chương3:CmBinQuang  Sơđdùngtransistorquang: Transistorquangcĩthdunglàmbchuynmchhoclàmphnttuyn tính.chđchuynmchcĩthchophépdịngđiquatươngđiln,cịn chđtuyntínhthìítđưcsdngvìđtuyntínhkémnênthưngngưita dùngdiodequang.  Transistorquangchđchuynmch: Trongtrưnghpnàysdngthơngtindưidngnhphân: − Cĩhaykhơngcĩtínhiuquang(khơngcĩbcxhccĩbcx). − Ánhsángnhnđưcnhhơnhaylnhơnánhsángngưngbanđu − TransistorlàmvicchđD:dnbãohồhocngưngdn.Hotđng như1relay,hoccnglogic. Tcđchuynmchcatransistorquangbgiihnđángkbinitr canĩ.Tcđnáycĩthcithinbngcáchghépthêmvàomch1bkhuch đihocghépthêmtransistordưidngdarlingtone(viđiukinmchphicĩ trkhángvàonh).Hình3.13 Hình3.13TransistorquangHotđngchđON/OFF  Transistorquanglàmvicchđtuyntính: Cĩ2trưnghpngdng: − ðoánhsángkhơngđi. − Hotđnggingnhưluxmetter. 3.1.3 Cmbinquangcơngnghip a. Cuto: Cmbinquangcơngnghipthưngđưctíchhptrênmtthitbcĩkh nănglàmvictttrongmơitrưngcơngnghip.Chúngcĩcutonhưhình3.14 Trang88
  90. Chương 3:CmBinQuang Hình3. 14 Cutovànguyênt chotđngcacmbinquang. o Bphát:Thư ngd ùngđènLED(LedEmittingDiodes).ðâylàloiLEDcĩ kh năngphátsángkhicĩd ịngđinthunchyqua.Ledđư cchtođ phátranhi uloiánhsángkhácnhau,thơngth ưngng ưitathưngtora cácloiLEDphátánhsángcĩph nmtmàuxanhđ nhngngoi o Bthu:Nh nánhsángt bphát,th chintotínhiung õrathưng dngcáctínhi uon/off. Thưngdùngcáclo ilinhkinsauđây: − Photodiode − Phototransitor − Photocell(cáct bàoquangđin,đintrquang ) b. Nguyênlýho tđng: Lư ngánhsángnhnvsđ ưcchuyntlth ànhtínhi uđináp(hoc dịngđin)v àsauđĩđư ckhuchđi.Cmbinxu ttínhiurabáocĩvtnu mcđináplnh ơnm cngưng.Hình3.15 ðináp ðináp OK Mcngưng NG Cư ngđsáng Cưngđsáng Hình 3. 15Mcngưngđinápbáohiutheoc ưngđsáng. Trang89
  91. Chương3:CmBinQuang Cưngđsáng PhotoSensor Xung Hình3.16Cáckiupháttiasángcacmbinquang. Ánhsángphátracacáccmbinquangrtđadng:dngchùmtia,mt tiathnghaydngxungcĩtnsthayđitheokhongcách.Hình3.16 3.2 Cácloicmbinquangcơngnghip 3.2.1 Loithuphátđclp:(ThroughBeam) a. Cutovànguyêntchotđng Cmbinquangloithuphátđclpbaogmhaiphn:phnthuvàphn phátđclpnhau,vtđưcđtvàogiabthuvàphátnhưhình3.16 Nguyêntchotđngnhưsơđhình3.16.ÁnhsángtđuphátEtiđu thuR.KhitiasángđĩbchnlaibivtOthìngrabtácđng.Cmbin quangcĩhaiđuphátvàthuricĩkhnăngnhnbitlênti30m.Cũngging nhưcmbinquangcĩgương,loicmbinnàycĩkhnăngpháthinttc cácvtkhơngchoánhsángtruynqua. Khongcáchpháthin Sensor Sensor Vt Thukính Pháthinvt Thukính Mch Mch phát nhn OFF Diode sáng sáng Diode ON phát Vtth nhn quang quang Hình3.16Cmbinquangthuphátđclp. Trang90
  92. Chương3:CmBinQuang ðcbit,cmbinnàycĩthpháthinvtphnxmtcáchddàng.Trongmơi trưngbnvàcĩsthayđitínhchtcađitưngnguyêntchotđngcacm binhunhưkhơngthayđi.Cnphichúýcungcpđúngngunchochaiđuphát vàthu.Trongbtctrưnghpnàothìchiphílpđtchocmbinnàyđiucaonht. b. ðcđimcmbinquangthuphátđclp Cmbinquangloithuphátđclpcĩđcđim: o ðtincycao. o Khongcáchpháthinxa. o Khơngbnhhưngbimàuscvàbmtcavt. o Khongcáchcĩthlênđn30m o Kimtrađưcttccácvtthtrmtítvtthcĩbmttrongsut. o Hiuqusdnglàcaonht. 3.2.2 Loithuphátchungphnxgương(RetroReplective) a. Cutovànguyêntchotđng ðivicmbinquangcĩgươngánhsángtđuEđiđngương,phnx vđuRnhưhình3.17.KhiđưngđicaánhsángnàybchnbivtO,thì ngraQstácđng.Khongcáchnhnbitcacmbint0.1đn20mvàcĩ thlnhơnna.Cmbinquangcĩgươngcĩthpháthinttccácvtkhơng trongsut. ð tránh s khuych tán ánh sáng ging như trưng hp ca cm bin quangphnx,ngưitadùngđuphátcơngsutlnhơnvàvivicđưcphn x t gương thì làm cho khon nhn bit ca cm bin tăng lên. Trong mơi trưngbnvàcĩsthayđitínhchtcađitưngthìítbtácđnghơnsovi cmbinquangphnx.Tuynhiênviclpđtvàđiuchnhđịihitnkém nhiuhơn,đcbitlàđivikhongcáchxa,khiđĩđịihiphilpđcrt chínhxác. Trang91
  93. Chương 3:CmBinQuang ðitưngtrongsutcĩthđ ưcpháthinmtsvt,bngcáchl àmgim lư ngánhsángphnxa,nh ưngkhinĩchnngangmtphnđ ưngđicaánh sángthìcĩkh năngcmbinkhơngnhnbitđ ưc. ðivivtphnxánhsáng,khi đingangquatiasángcĩth taosnhm lnchocmbin,v ìc mbinkhơngbitđâulàvtv àđâulàgương.Dov tcũng phnxgingnh ưgương. Hình 3.17Cmbinquangthuphát chung . Cmbinquangloithuphátchungbaogmhaibthuv àphátgnchung nhau,b mtphnxđth ưngvàob mtthuphátcacmbin,trongloin ày nhhưngphnxl ênbmtlàr tquangtrongđnvicthuphátcacm bin. b. ðcđimcmbinquangthuphátchung: o Cmbinquangloithuphátchungcĩđcđim: o ðtincycao. o Gi mbtdâydn. o Cĩth phânbitđ ưcvttrongsut,m,bĩnglống. o Khongcáchch c½,1/3soviphươngpháptruy nxuy êntâm. Trang92
  94. Chương 3:CmBinQuang o Khơngthích khidùngđ pháthincácvtliutrongsuthoccácvtliu cĩb mtphnxđ ưc. o Vtpháthinphicĩkíchth ưclnhơnb phnphnxcacmbin. 3.2.3 Loikhuchtán(DiffuseReplective) a. Cutovàn guyênt chotđng ðivicmbinquangphnx,ánhsángđ ưcphátratccE(ccphát) ánhsángc mbinnhnđ ưcccR(ccthu)thìđư cphnxtrctiptvt O.Khis dngthitbdnsángth ìc mbincĩkhnăngpháthinđ ưcvtrt nh.Hình3.18 Vigiátr đtbanđu,bi ênđánhsángnhnđưctrongmơitr ưngbn ho ccĩsthayđiđcđimcađit ưngphnxsnhh ưngxuđnxung xut.Lưngánhsángnhnđ ưckhiđĩsrtnh,vìv ym àkhongnhnbit cacmbincũngsrtkhánh. Donguyênt chotđngcacmbinquang ,cthl àvisưclưng ánhsángthìcácv ttrongsuthayphnxánhsángkhơngthpháthinđ ưc, ho cchpháthinđ ưcmts. Hình 3.18Cmbinquanglo ikhuchtán . Trang93
  95. Chương 3:CmBinQuang ðivicmbinquangcĩ gươngchyêuc uthngh àng,nhưngđivi cmbinquangcĩhaiđuphátv àthur iphilphaiđuđidinnhau. Gingnhưc mbinloithuphátchungnh ưngkhơngc nbmtphnx màlyvtcnl àmv tphnxđtiaphnxphnchiulibthu. b. ðcđimcmbinquangloikhuchtán o Cmbinquangloikhuchtáncĩđcđim: o Dlpđt. o Bnhhưngbibmt,m àuscvt,nn o Chthuđưcmtphnsáng,phthucnhiuv àomàus c,đphnx cavtv àvàomơitrư ng(khơngthíchhpvinh ngn ơicĩmơitrưng ho tđngbn). 3.2.4 Cáclo icmbinquangcơngnghipkhác a. Cmbinquangphnxgiihn Trc thu Trc phát Vt Nn Hình 3.1 9Nguyêntccmbinquangph nxgiihn . Hình3.20Nguyênt cthunhncacmbinquangph nxgiihn . Trang94
  96. Chương 3:CmBinQuang ðcđimcacmbinquangloiphnxgiihn : o Ch pháthinvttrongv ùngpháthingiihn. o Khơngb nhh ưngbimàunnsauvùngcmbin. o Lýtư ngchonhiungdngcntriuti êunn. b. Cmbi nquangloiđckhongcách Hình 3.21Cmbinquanglo iđckhongcách . Loi này nh đt đ ưc khong cách, nên phn nn đ ã đưc trit tiêu. Thưng vicđckhongcáchbngcáchđiuchnhđnhycacmbinđ thayđ ikhongcáchcmnhncacmbin. c. Cmbi nquangloipháthinm àu Hình 3.22Cmbinquangloipháthinm àu. Trang95
  97. Chương3:CmBinQuang Cmbinmàuphátcácánhsángđ(R),xanhlá(G),xanhdương(B)ti vtcmbin,sauđĩnhnánhsángphnxv,phântíchtlcácánhsángR,G, Bđphânbitmàucavt. Hình3.23Cácloicmbinquangpháthinmàu. ðcđimcmbinquangloipháthinmàu: o ðtincycao. o Dsdng. o Cĩthdychocmbinbitmàucavt(chcnăngteach). d. Cmbinsiquang(Filbesensor)  Hìnhdng: Hình3.24Cmbinsiquang. Cmbinsiquangtrưcđâychđưcdùngtronglĩnhvcquâns,nhưng ngàynaynĩđưcngdngrngrãitrongcácngànhcơngnghxehơi,hàng khơng,tàuthycũngnhưcácngànhcơngnghkhác Cácthơngsmàhthngnàycĩthđođưcbaogm:Nhitđ,ápsut haysccăng.Gnđây,vicngdnghthngđolưngtíchhpcmbinsi quangđangđưcnghiêncutrongcácngdngvtuabinvàchothynhng ktqurtkhquan. Mttrongnhngcmbintrungtâmcahthngcmbinsiquanghin đangđưcpháttrinlàcmbingiaothoakFabryPerot. Trang96