Cảm biến chuyển động quay

0
73

I. Cảm biến được dùng để làm gì?

Cảm biến được dùng để đo tọa độ dài hoặc góc, và thu được vận tốc dài, vận tốc góc và gia tốc. Nó cho biết cả hướng chuyển động.

Nó có thể được dùng cho các thí nghiệm khác nhau trong vật lý, như:

  • Nghiên cứu chuyển động của con lắc
  • Thu được gia tốc do trọng lực
  • Chứng minh định luật II (Thí nghiệm máy Atwood)

Phụ kiện cơ bản:

Cảm biến này đi kèm với các phụ kiện cơ bản sau:

(a) Một vít lớn (để kẹp cảm biến chuyển động quay vào trụ đỡ)

(b) Một ròng rọc 3-bước (để gắn vào cảm biến chuyển động quay).  Bên ngoài và ở giữa mỗi ròng rọc có một lỗ nhỏ, nó cho phép ta giữ chặt dây vào nó.

(c)  Một vít nhỏ (để giữ chặt ròng rọc vào cảm biến)

II. Sử dụng cảm biến như thế nào?

Cảm biến này được thiết kế để sử dụng với thiết bị aMixer MGA. Xin tham khảo các thí nghiệm phía dưới để biết chi tiết về cách sử dụng bộ cảm biến này với aMixer MGA.

Lựa chọn kiểu đo và độ chính xác của cảm biến:

Cảm biến  này có thể được thiết lập để hoạt động ở độ chính xác cao hoặc độ chính xác thấp. Để thiết lập độ chính xác cao, chỉ cần bật công tắc cảm biến đến vị trí “Hi” với độ chính xác cao hoặc “Lo” với độ chính xác thấp.

Các phép đo cảm biến có thể được hiển thị dưới dạng góc (theo độ) đối với chuyển động quay, hay quãng đường (theo mm) đối với chuyển động dài:

  • “(Lo)(°)” chỉ đo góc với độ chính xác thấp
  • “(Hi)(°)” chỉ đo góc với độ chính xác cao
  • “(Lo)(mm)” chỉ đo quãng đường với độ chính xác thấp
  • “(Hi)(mm)” chỉ đo quãng đường với độ chính xác cao

Về 2 trục của cảm biến chuyển động quay:

Cảm biến chuyển động quay đi kèm với 2 trục. Một trong số đó được dán nhãn “Trục để chèn RÒNG RỌC để đo lường”, trong khi trục kia được dán nhãn “Trục để chèn BÁNH XE”.

Đối với trụ có nhãn “Trục để chèn RÒNG RỌC để đo lường”, nó có thể được quay một cách trơn tru (gần như không ma sát). Ròng rọc 3-bước là để gắn lên trục này.

Khi thực hiện các thí nghiệm mà đo tọa độ dài, người sử dụng cần phải đính kèm một bánh xe (có sẵn trong Bộ phụ kiện cảm biến chuyển động quay) với trụ dán nhãn “Trục để chèn BÁNH XE”. Với ròng rọc và bánh xe gắn vào 2 trục, người dùng có thể di chuyển cảm biến một cách dễ dàng trên bề mặt để thu  quãng đường đo được.

Gắn ròng rọc 3-bước vào cảm biến chuyển động quay:

Ròng rọc 3-bước có thể được gắn vào trục quay của cảm biến chuyển động quay theo hai cách:

  • với mặt rộng của ròng rọc gần thân cảm biến
  • với mặt hẹp của ròng rọc gần thân cảm biến

Lắp cảm biến chuyển động quay vào giá đỡ:

Có 2 cách để lắp cảm biến chuyển động quay vào giá đỡ. Trong hình trên, ròng rọc 3-bước có thể được xoay theo chiều ngang hoặc ròng rọc 3-bước có thể được xoay theo chiều dọc.

III. Thông số kĩ thuật

1. Chú ý

Cảm biến này được thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng giáo dục, nghĩa là không được sử dụng trong bất kì các ứng dụng thương mại, công nghiệp, y học hoặc nghiên cứu nào khác.

2. Chuẩn hóa

Hiệu chỉnh thường là không cần thiết với cảm biến này, vì nó được hiệu chỉnh đến mức độ nhất định trước khi giao hàng.

3. Thông số

  • Phạm vi góc: -360° đến 360°
  • Độ chính xác phạm vi góc: : 0.25° (độ chính xác cao), 5° (độ chính xác thấp)
  • Phạm vi dài: -1000mm đến 1000mm
  • Độ chính xác phạm vi dài: 0.1mm (độ chính xác cao) hoặc 2mm (độ chính xác thấp)
  • Vận tốc góc: 8 rev/sec (vòng/giây)
  • Độ chính xác vận tốc góc: 0.01 rev (vòng)
  • Vận tốc cực đại: 1 rev/s (vòng/giây) (độ chính xác cao); 16 rev/s (vòng/giây) (độ chính xác thấp)
  • Ròng rọc 3-bước: Đường kính rãnh là 10 mm, 29 mm và 48 mm

Cảm biến chuyển động quay có chức năng tự động nhận cảm biến. Chức năng này cho phép cảm biến có thể tự động đo và tự thu thập dữ liệu khi được kết nối thiết bị aMixer MGA.

4. Nguyên lý hoạt động

Cảm biến chuyển động quay về cơ bản được tạo thành từ một mô-đun mã hóa quang học và một đĩa tròn với một số mẫu mã hóa của các thành phần mờ đục và trong suốt trên nó.

Bộ mã hóa quang học bao gồm một nguồn thấu kính LED và một máy dò vi mạch kèm trong đó. Sự quay của đĩa tròn sẽ dẫn đến hai mẫu xung ra từ mô-đun mã hóa quang học.

Mối liên hệ pha giữa các tín hiệu đầu ra xác định chiều quay.

Lượng góc quay theo một chiều cụ thể sau đó được xác định bằng cách đếm số xung theo chiều đó. Chuyển động góc có thể cũng được biên dịch để cho ra chuyển động dài cho chiều rộng của đĩa được sử dụng.

IV. Thí nghiệm minh họa – con lắc đơn

1. Mục đích

Để tự học cách sử dụng cảm biến này bằng cách thông qua thí nghiệm đơn giản này về con lắc đơn, và thu được chu kì dao động của nó.

2. Dụng cụ

  • Thiết bị ghi dữ liệu cầm tay aMixer MGA
  • Cảm biến chuyển động quay Addestation
  • Con lắc đơn
  • Dây (30 cm)
  • Giá đỡ

3. Các bước thí nghiệm

  • Bật công tắc thiết bị aMixer MGA.

  • Đặt công tắc trên cảm biến chuyển động về chế độ “Hi”.

  • Kết nối cảm biến chuyển động với thiết bị aMixer MGA. Chú ý lẫy của giắc kết nối hướng về phía vạch trắng.

  • Cảm biến chuyển động quay có chức năng tự động nhận cảm biến. Một cửa sổ sẽ xuất hiện. Chọn “Cảm biến chuyển động quay (Hi)(°)” và ấn “Chạy”. Đảm bảo rằng “Kênh 1: Chuyển động quay (Hi)(°)” được hiển thị.

  • Chọn ô và thiết lập “Thời gian hiển thị” là 5s. Ấn “Chạy”.
  • Gắn ròng rọc 3-bước vào cảm biến chuyển động quay với mặt rộng của ròng rọc 3-bước gần vỏ cảm biến, và kẹp nó vào giá đỡ theo chiều dọc.
  • Thiết lập con lắc như hình vẽ, với chiều dài dây khoảng 25 cm.

  • Ấn nút để bắt đầu thu thập dữ liệu (bạn cũng có thể ấn nút màu xanh trên thiết bị aMixer MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu).
  • Di chuyển con lắc sang 1 bên và giữ nguyên ở đó.
  • Bạn sẽ thấy dòng “Giá trị đo…” khi dữ liệu đang được thu thập.
  • Thả con lắc nhẹ nhàng. Nó sẽ bắt đầu dao động và đồ thị góc – thời gian sẽ xuất hiện trên màn hình.
  • Sau khoảng 10 giây, ấn nút để dừng thu thập dữ liệu (bạn cũng có thể ấn nút màu đỏ trên thiết bị aMixer MGA để dừng thu thập dữ liệu).

  • Chọn ô và sau đó ấn 1 vài lần vào đồ thị để phóng to.

  • Chọn ô , sau đó chọn 1 đỉnh của đồ thị. Một dấu “+” sẽ xuất hiện, và tọa độ của dấu “+” sẽ được hiển thị ở phía trên màn hình. Ấn vào 1 đỉnh liên tiếp. Một dấu “+” khác sẽ xuất hiện.

  • “Độ lệch thời gian” xuất hiện ở phía trên là độ lệch thời gian giữa 2 đỉnh, đó chính là chu kì dao động của con lắc đơn.

4. Phân tích

Tính gia tốc trọng trường.

(Gợi ý:  Bạn có thể sử dụng công thức T = 2π√(l/g), trong đó T chu kì của dao động, l là chiều dài của con lắc và g là gia tốc trọng trường.)

LEAVE A REPLY