TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
*****

BÀI TIỂU LUẬN
Học phần: Kỹ Thuật Đo Lường Và Cảm Biến
Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện
Lớp
Mã số sinh viên

: Nguyễn Đình Típ
: 122201.2
: 12220414

Hưng n, tháng 01 năm 2022


MỤC LỤC
PHẦN 1: Trình Bày Về Cảm Biến Quang Loại Khuếch Tán
1.1: Khái Quát Về Cảm Biến Quang

1.2: Khái Quát Về Cảm Quang Loại Biến Khuếc Tán
1.3: Cấu Tạo Cảm Quang Loại Biến Khuếc Tán
1.4 Nguyên Lý Cảm Quang Loại Biến Khuếc Tán
1.5: Ưu và Ngược Điểm Cảm Quang Loại Biến Khuếc Tán
1.6: Ứng Dụng và Thông Số Cảm Quang Loại Biến Khuếc Tán
PHẦN 2: Đồng Hồ LCR. Thiết Bị Có Mã LCR-814
2.1: Khái Quát Về Thiết Bị Đo RLC
2.2: Phân Loại, Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động
Về Thiết Bị Đo RLC

2.3: Ứng Dụng của Thiết Bị Đo RLC
2.4: Khái Quát Về Thiết Bị RLC-814
2.5: Cấu Tạo Và Nguyên Lý Về Thiết Bị RLC-814
2.6: Thông Số Và Ưu Điểm
PHẦN 3: Thiết Kế Mạch Điều Khiển Vị Trí Trục Vít Me.
Trong khn khổ bài tiểu luận này, em xin trình bày một số vấn đề cơ bản
của Cảm Biến Quang Loại Khuếch Tán; Đồng Hồ LCR, Thiết Bị Có
Mã LCR-814 và Thiết Kế Mạch Điều Khiển Vị Trí Trục Vít Me .Nội dung
của bài tiểu luận gồm các phần như sau:


PHẦN 1: Trình Bày Về Cảm Biến Quang Loại Khuếch Tán
1.1: Khái Quát Về Cảm Biến Quang
Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái, quá trình vật lý
hay hóa học ở mơi trường cần khảo sát và biến đổi thành tín hiệu điện để
thu thập thơng tin về trạng thái hay q trình đó. Hiện nay, cảm biến
quang được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các nhà máy công nghiệp để
phát hiện từ xa vật thể, đo lường khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của
đối tượng,... Cảm biến quang tên tiếng anh là Photoelectric Sensor là tổ
hợp của các linh kiện quang điện. Khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ
thay đổi trạng thái. Cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ
phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể. Khi có sự thay đổi ở bộ
phận thu thì mạch điều khiển của cảm biến quang sẽ cho ra tín hiệu ở
ngõ OUT. Cảm biến quang là thiết bị đóng vai trị rất quan trọng trong
lĩnh vực cơng nghiệp tự động hóa. Nếu khơng có cảm biến quang thì khó
mà có được tự động hóa, giống như làm việc mà khơng nhìn được vậy.

3



1.1.1: Phân Loại Cảm Biến Quang
Hiện nay thông thường cảm biến quang được chia làm 3 loại:
•

Through – beam sensor: Cảm biến quang thu phát

•

Retro – reflection sensor: Cảm biến quang phản xạ gương

•

Diffuse reflection sensor: Cảm biến quang khuếch tán

4
1.1.2: Cấu Trúc Cảm Biến Quang


Cấu trúc khá đơn giản với 3 thành phần chính:
• Bộ phát sáng
• Bộ thu sáng
• Mạch xử lí tín hiệu ra

1.1.3: Nguyên Lý

5


•


Trạng thái khơng có vật cản: cảm biến phát ánh sáng và cảm
biến thu ánh sáng. Quá trình phát và thu ánh sáng liên tục với nhau

•

Trạng thái có vật cản: cảm biến phát vẫn phát ánh sáng nhưng
cảm biến thu ánh sáng không thu được ánh sáng (bị vật cản che
chắn

•

Khi khơng có vật cản: thì gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng.

•

Khi có vật cản đi qua: thì sẽ làm thay đổi tần số của ánh sáng
phản xạ hoặc bị mất ánh sáng thu. Lúc này cảm biến sẽ xuất tín
hiệu điện PNP, NPN,…

6


•

Trạng thái báo phát hiện vật cản: cảm biến phát ánh liên tục từ
bộ phát đến bề mặt vật cản. Ánh sáng phản xạ đi ngược về vị trí
thu sáng

•


Trạng thái khơng vật cản: Khi khơng có vật cản đi vào, ánh sáng
khơng phản xạ về vị trí thu được hoặc bề mặt vật không phản xạ
ánh sáng về vị trí thu.

1.1.4: Ưu Điểm Và Ứng Dụng
Ứng Dụng: Cơng dụng chủ yếu của cảm biến quang là để phát hiện nhiều
dạng vật thể khác nhau, từ việc phát hiện một chai nhựa trên băng chuyền
hoặc kiểm tra xem tay robot đã gắp linh kiện ô tô để lắp đặt hay chưa.

7


Ưu điểm
•

Phát hiện vật thể từ khoảng cách xa mà khơng cần tiếp xúc với vật
thể đó

•

Ít bị hao mịn, có tuổi thọ và độ chính xác, tính ổn định cao

•

Có thể phát hiện nhiều vật thể khác nhau

•

Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng


1.2: Khái Quát Về Cảm Quang Loại Biến Khuếc Tán
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán là thiết bị có bộ thu và bộ phát chung.
Chúng thường được ứng dụng nhằm phát hiện các vật thể trên các thiết bị
máy móc tự động. Nó sẽ giám sát xem các thiết bị có được lắp đặt đúng vị
trí hay khơng. Chính vì thế, bạn sẽ dễ dàng bắt gặp chúng tại các dây
chuyền sản xuất, đóng gói hay đếm để cho hàng hóa vào thùng, lơ.
Đặc điểm: Các cảm biến quang khuếch tán bị ảnh hưởng bởi màu sắc và bề
mặt. Khoảng cách tối đa có thể phát hiện được là 2m.
Cảm biến quan phản xạ khuếch tán được sử dụng rộng rãi trong các chi
tiết máy hoặc trên các dây chuyền sản xuất để đếm sản phẩm hoặc phân
loại sản phẩm.
8


1.3: Cấu Tạo Cảm Quang Loại Biến Khuếc Tán
Thông thường thì một cảm biến quang sẽ có cấu tạo khá đơn giản
bao gồm 3 bộ phận chính đó là:

9


Cấu tạo của cảm biến Quang
• Bộ phận phát sáng:
Hầu hết thì các loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn
LED và anh sáng được phát ra theo xung. Nhịp điệu xung đặc
biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh
sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng
trong phịng). Các loại LED thơng dụng nhất là LED đỏ, LED
hồng ngoại hoặc LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng
LED trắng hoặc xanh lá. Ngồi ra thì trong một số trường hợp

chúng ta cũng có thể thấy loại LED vàng.
• Bộ phận thu sáng:
Thơng thường đối với một cảm biến quang thì bộ thu sáng là một
phototransistor (tranzito quang). Bộ phận này cảm nhận ánh
sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại
cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng
ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích
hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng
vào một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp
từ bộ phát (như trường hợp của loại thu-phát), hoặc ánh sáng
phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).


10
• Mạch xử lý tín hiệu đầu ra:
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang
thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại.
Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được xác
định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt.
Mặc dù một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn
và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ-le (relay) vẫn khá phổ biến,
ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu ra bán dẫn
(PNP/NPN). Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra
phục vụ cho các ứng dụng đo đếm
1.4 Nguyên Lý Cảm Quang Loại Biến Khuếc Tán
Nguyên lý hoạt động như sau :

• Trạng thái báo phát hiện vật cản: cảm biến phát ánh liên tục
từ bộ phát đến bề mặt vật cản. Ánh sáng phản xạ đi ngược
về vị trí thu sáng

• Trạng thái khơng vật cản: Khi khơng có vật cản đi vào, ánh
sáng khơng phản xạ về vị trí thu được hoặc bề mặt vật
khơng phản xạ ánh sáng về vị trí thu.

11


12


1.5: Ưu và Ngược Điểm Cảm Quang Loại Biến Khuếc Tán
Ưu điểm của cảm biến quang
• Ít bị hao mịn, có tuổi thọ và độ chính xác, tính ổn định cao
• Có thể phát hiện nhiều vật thể khác nhau
• Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo
ứng dụng
• Nắp ráp đơn giản
• Có nhiều nhà cung cấp khác nhau
Nhược điểm của cảm biến quang
• Cảm biến sẽ hoạt động không tốt nếu như bề mặt của nó bị
bẩn
• Khoảng cách nhận biết vật phụ thuộc nhiều về yếu tố màu
sắc và hệ số phản xạ của vật đó.
• Khoảng cách tối đa 2m
• Cần phải có kinh nghiệm để chọn đúng loại cho từng ứng
dụng cụ thể

1.6: Ứng Dụng và Thông Số Cảm Quang Loại Biến Khuếc Tán
Úng Dụng:
•

•
•
•
•
•
•
•

Đếm sản phẩm trên băng tải
Kiểm tra sản phẩm lỗi
Đo độ dày của bề mặt vật thể
Phát hiện nhãn dán trên bao bì
Kiểm sốt an tồn khi đóng – mở cửa nhà xe
Bật – tắt vịi rửa xe
Phát hiện người – vật đi qua cửa
Sử dụng cho các bãi giữ xe tự động


• Kiểm tra vị trí chi tiết máy có đúng hay chưa
13


14

Thơng Số:
• Loại: Phản xạ khuếch tán
• Nguồn cấp: 12-24VDC, 24-240VAC ±10% 50/60Hz, 24-240VDC
±10%(Ripple P-P:Max. 10%)

• Khoảng cách phát hiện: 700mm (phản xạ khuếch tán)

• Độ trễ: Lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức (phản xạ
khuếch tán)

• Vật phát hiện chuẩn: Vật mờ đục, trong mờ (Phản xạ khuếch tán)
• Nguồn sáng: LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại ( 850nm),
LED đỏ (660 nm)

• Chế độ hoạt động: Có thể lựa chọn Light ON hay Dark ON bởi cơng
tắc

• Ngõ ra: Ngõ ra tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở,
cấu tạo tiếp điểm: 1c

• Chỉ thị hoạt động: Đèn led xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), led
vàng (chỉ thị hoạt động)

• Thời gian đáp ứng: Max.1ms, 20ms
• Điều chỉnh độ nhạy: Biến trở điều chỉnh
Qua quá trình tìm hiểu về cảm biến quang loại khuếc tán em
nhận thấy rằng đây là một loại cảm biến có nhiều ưu thế ở hiện
tại cũng như trong tương lại. Loại cảm biến này ược ứng dụng
khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau: như trong lĩnh vực
dân sự, cơng nghiệp... Trong q trình tìm hiểu về cảm biến
quang loại khuếc tán em có tham khảo tài liệu mạng nên có
những chỗ thiếu sót và lặp lại, mong thầy thông cảm ạ!


15
PHẦN 2: Đồng Hồ LCR. Thiết Bị Có Mã LCR-814
2.1: Khái Quát Về Thiết Bị Đo RLC

Thiết bị đo LCR là gì?
Thiết bị đo LCR là những dịng sản phẩm chuyên dụng để kiểm tra các thông số của
linh kiện như: cuộn cảm (L), điện trở (R), cảm kháng (C). Những dòng máy đo LCR
này thường được sử dụng nhiều trong các nhà máy, phịng thí nghiệm đa số là để
kiểm tra, sửa chữa linh kiện điện tử.
Ngồi những thơng số đo kể trên các dòng thiết bị đo LCR ngày nay cịn được tích
hợp thêm các tính năng đo như: Hệ số phẩm chất của cuộn cảm (Q) và hệ số (D)
tương tự Q nhưng dành cho điện trở. Các tính năng đo khác như: đo điện áp một
chiều xoay chiều, đo tần số, đo đi-ốt, đo Z, Y, θ…
Nếu chưa hiểu rõ về các thông số trên bạn có thể tìm hiểu thêm tại bài viết giải thích
các thông số thiết bị đo LCR
Không chỉ giới hạn ở những tính năng đo trên, với sự phát triển ngày càng cao của
khoa học công nghệ, các loại máy đo LCR ngày nay cịn được tích hợp thêm nhiều tính
năng cải tiến vượt bậc cho phép bạn tích hợp được nhiều loại thiết bị khác nhau trên
cùng một sản phẩm như: máy hiện sóng, máy phát xung (tìm hiểu sản phẩm ở phần
dưới)
Đương nhiên, một thiết bị đo được tích hợp càng nhiều tính năng thì giá cả sẽ càng
cao, nếu nhu cầu sử dụng của bạn không cần quá nhiều tính năng cao cấp hoặc đơn
giản bạn đã có những thiết bị khác để đảm nhiệm những tác vụ đó, bạn chỉ cần một
thiết bị đo LCR với những tính năng cơ bản là đủ.


16


17


2.2: Phân Loại, Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động
Về Thiết Bị Đo RLC

2.2.1: Phân Loại Thiết Bị Đo RLC
Đồng hồ đo LCR (LCR Meter) là dịng sản phẩm thơng dụng có giá thành khá
rẻ so với hai dịng sản phẩm còn lại. Thiết bị này thường được sử dụng trong
các công việc kiểm tra board mạch ở những cửa hàng, sửa chữa điện thơng
thường.

Nhíp đo LCR (LCR Reader) dịng sản phẩm chuyên dụng cho các xưởng sản xuất,
nhà máy nhưng nơi phải kiểm tra các linh kiện, board mạch một các hàng loạt hoặc
những loại linh kiện dán (SMD).
Đối với những loại linh kiện dán đòi hỏi kiểm tra ngay trên mạch bạn khơng thể sử
dụng các dịng đồng hồ đo LCR cầm tay hoặc để bàn thông thường phải tốn thời
gian để tháo linh kiện ra đo sẽ làm giảm hiệu suất công việc. Do đo, đối với loại linh
kiện loại dán này nhíp đo LCR là một sự lựa chọn tối ưu nhất.
Các dịng nhíp đo LCR ngày nay cịn được trang bị thêm các tính năng đặc biệt như
một máy hiện sóng, phát xung, sóng cho khả năng làm việc đa dạng linh hoạt. Bạn
có thể tham khảo model LCR-Reader-MP sản phẩm được tích hợp cách tính năng kể
trên

1919


Thiết bị đo LCR để bàn (máy đo LCR) đây là dịng sản phẩm chun sử
dụng cho các cơng việc trong phịng thí nghiệm nghiên cứu hoặc những cơng
việc trong nhà máy địi hỏi các thiết bị có dải đo rộng. Khả năng tính tốn, lưu
trữ và phân tích thơng số trên thiết bị hoặc kết nối với PC để đạt được sự
đồng nhất cao

2020



2.2.2: Cấu Tạo Của Thiết Bị Đo RLC

-

Chuyển đổi sơ cấp (CĐSC): thực hiện chức năng biến đổi các đại lượng đo thành tín
hiệu điện. Là khâu quan trọng nhất của một thiết bị đo, quyết định độ chính xác cũng
như độ nhạy của dụng cụ đo. Có nhiều loại chuyển đổi sơ cấp khác nhau tùy thuộc đại
lượng đo và đại lượng đầu ra của chuyển đổi.

-

Mạch đo (MĐ): thực hiện chức năng thu thập, gia công thông tin đo sau các chuyển
đổi sơ cấp; thực hiện các thao tác tính tốn trên sơ đồ mạch. Tùy thuộc dụng cụ đo là
kiểu biến đổi thẳng hay kiểu so sánh mà mạch đo có cấu trúc khác nhau. Các đặc tính
cơ bản của mạch đo gồm: độ nhạy, độ chính xác, đặc tính động, cơng suất tiêu thụ,
phạm vi làm việc.. được xét cụ thể cho mỗi loại mạch đo để có thiết kế phù hợp cũng
như sử dụng có hiệu quả. Mạch đo thường sử dụng kĩ thuật vi điện tử và vi xử lý để
nâng cao các đặc tính kỹ thuật của dụng cụ đo.

-

Cơ cấu chỉ thị (CCCT): là khâu cuối cùng của dụng cụ đo, thực hiện chức năng thể
hiện kết quả đo lường dưới dạng con số so với đơn vị sau khi qua mạch đo. Các kiểu
chỉ thị thường gặp gồm: chỉ thị bằng kim chỉ, chỉ thị bằng thiết bị tự ghi (ghi lại các
tín hiệu thay đổi theo thời gian), chỉ thị dưới dạng con số (đọc trực tiếp hoặc tự động
ghi lại)… Việc phân chia các bộ phận như trên là theo chức năng, không nhất thiết
phải theo cấu trúc vật lý, trong thực tế các khâu có thể gắn với nhau (một phần tử vật
2121



lý hực hiện nhiều chức năng), có sự liên hệ chặt chẽ với nhau bằng các mạch phản
hồi…

2222


2.2.3: Nguyên lý Của Thiết Bị Đo RLC
Nguyên lý làm việc:
Máy đo LCR tích hợp nhiều chức năng đo khác nhau, tuy nhiên cách thức hoạt
động của không mấy phức tạp.
Đầu tiên, một điện áp xoay chiều được truyền qua thiết bị được thử nghiệm (còn
được gọi là DUT). Máy sẽ đo điện áp thông qua thiết bị này. Như chúng ta biết
rằng một vôn kế được kết nối song song trong mạch để đo điện áp. Vì vậy, các
kết nối của máy đo LCR đảm bảo điện áp đến từ khắp DUT.
Tiếp theo đồng hồ đo dòng điện đi qua DUT. Bằng cách lấy tỷ lệ của cả hai phép
đo của nó, máy đo LCR sẽ tính tốn độ tự cảm (L) của DUT.

2.3: Ứng Dụng của Thiết Bị Đo RLC
Ngày nay, các dòng thiết bị đo LCR rất đa dạng nên tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng
mà chúng ta có thể chọn ra thiết bị phù hợp với mình. Thơng thường các dịng máy
đo LCR sẽ được ứng dụng đa số trong việc kiểm tra, sửa chữa các board mạch,
linh kiện điện tử giúp bạn nhanh chóng tìm ra những hỏng hóc của linh kiện và khắc
phục nó dễ dàng.
•

Ứng dụng trong cơng việc kiểm tra, sửa chữa thơng thường, cá nhân

•

Ứng dụng trong cơng nghiệp kiểm tra hàng loạt


•

Ứng dụng trong cơng việc nghiên cứu, phát triển sản phẩ, IQC, kiểm tra hệ
thống tự động

2.4: Khái Quát Về Thiết Bị RLC-814
Thiết Bị RLC-814 Thuộc loại Đồng Hồ Đo LCR là dịng sản phẩm thơng
dụng có giá thành khá rẻ với hai dịng sản phẩm Nhíp Đo và Máy LCR để bàn.
Thiết bị này thường được sử dụng trong việc kiểm tra board mạch ở những cửa
hàng, sửa chữa điện thông thường.

21


Thiết bị đo LCR là những dòng sản phẩm chuyên dụng để kiểm tra các thông số của
linh kiện như: cuộn cảm (L), điện trở (R), cảm kháng (C). Những dòng máy đo LCR
này thường được sử dụng nhiều trong các nhà máy, phịng thí nghiệm đa số là để
kiểm tra, sửa chữa linh kiện điện tử.

2.5: Cấu Tạo Và Nguyên Lý Về Thiết Bị RLC-814
Thiết bị RLC là dụng cụ đo biến đổi thẳng việc biến đổi thông tin chỉ diễn ra theo một
hướng thẳng duy nhất, nghĩa là khơng có khâu phản hồi.

Đại lượng đo X nối tiếp qua các khâu chuyển đổi: chuyển đổi sơ cấp CĐSC,


22
CĐ1, CĐ2… được chuyển thành đại lượng Y tiện cho việc quan sát, ghi lại hay nhớ để
truyền cho cho cấu chỉ thị CCCT thực hiện chức năng chỉ thị kết quả hoặc truyền đi

xa. Các khâu CĐ1, CĐ2, …, CĐn làm nhiệm vụ xử lý thông tin đo để đưa về dạng dễ
chỉ thị, thường là các khâu: phân áp đầu vào, mạch khuếch đại, biến đổi tương tự-số
AD…

Đặc điểm chung của dụng cụ đo biến đổi thẳng:
•
•
•
•
•

Cấu trúc đơn giản, tin cậy.
Giá thành rẻ.
Vận hành, bảo trì, bảo dưỡng đơn giản và chí phí thấp.
Khơng địi hỏi tay nghề cao.
Độ chính xác thấp (thường có cấp chính xác cỡ 1 ÷ 2,5).

23