Chúng ta nghe nói rất nhiều về cảm biến gia tốc, gia tốc kế,… đặc biệt là trên các smartphone, smartband luôn được quảng cáo là “tích hợp cảm biến gia tốc 3 trục”,.. nhưng nếu như ngoài chuyên môn thì chúng ta không thể hình dung được nó là cái gì, đo đạc cái gì và mang lại được những giá trị có ích gì khi ứng dụng nó. Bài viết này tôi xin được tóm tắt cơ bản về cảm biến gia tốc và sự xuất hiện của nó ở khắp mọi nơi.
Tại sao chúng ta cần cảm biến gia tốc?
Độ rung động và độ sốc luôn hiện diện khắp nơi trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Chúng được tạo ra hoặc được truyền qua động cơ, tua bin, máy móc, cầu đường, tháp, hoặc cơ thể chúng ta,…
Một số trong chúng là có ích, nhưng một số là tác nhân gây ảnh hưởng xấu, thậm chí phá hoại. Do đó, chúng ta cần phải hiểu rõ nguyên nhân dẫn tới rung động để phát triển các phương pháp đo và ngăn chặn rung động. Và các cảm biến giá tốc được sử dụng để làm điều này, chúng là liên kết giữa cấu trúc rung và thiết bị điện tử đo rung.
Chúng đo được những gì?
Yếu tố thường được dùng để đo rung động là gia tốc, đơn vị tính trong hệ SI là m/s[SUP]2[/SUP]. Thỉnh thoảng nó cũng được dùng bởi đơn vị gia tốc trọng trường phi SI như [g] (1 g khoảng 9.81 m/s[SUP]2[/SUP]).
Đối với một số ứng dụng như giám sát máy, người ta thường đo vận tốc rung (mm/s) hoặc khoảng rung động (độ dịch chuyển) (micron, mm). Để tưởng tượng gia tốc qua vận tốc rung và khoảng rung, ta có thể hình dung qua các ví dụ sau:
Ứng dụng của cảm biến đo độ rung
Trong kỹ thuật
Gia tốc kế được dùng để đo lường khả năng tăng tốc của xe. Có thể sử dụng để đo độ rung trên máy móc, nhà xưởng, hệ thống điều khiển hoặc thiết lập an toàn. Chúng cũng được dùng để đo đạc các hoạt động địa chấn, độ nghiêng, độ rung của máy, khoảng cách động hoặc tốc độ có hoặc không ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Dùng gia tốc kế để tạo máy đo trọng lực cũng là một trong những ứng dụng phổ biến trong kỹ thuật
Trong sinh học
Gia tốc kế được sử dụng nhiều trong lĩnh vực nghiên cứu sinh học. Tín hiệu thu từ gia tốc kế có dãy tần cao 2 trục, 3 trục có thể mô tả lại hành vi của động vật khi chúng ra khỏi tầm nhìn. Phương pháp sử dụng gia tốc kế trên động vật để nghiên cứu hiện đang được các nhà sinh vật học sử dụng ngày càng nhiều
Trong công nghiệp
Gia tốc kế được sử dụng để giám sát tình trạng của máy móc bằng cách theo dõi sự rung động và những thay đổi trong thời gian hoạt động của trục trên ổ bi của các thiết bị quay như tua bin, máy bơm, quạt, con lăn, máy nén hoặc bạc đạn,…nếu không kịp thời khắc phục sẽ dễ dẫn đến hư hỏng và gây tốn rất nhiều chi phí khi sửa chữa. Dữ liệu thu thập từ cảm biến đo rung chính là giá trị để phân tích nhằm phát hiện hỏng hóc đang diễn ra trên thiết bị trước khi nó bị hư hỏng hoàn toàn
Giám sát công trình xây dựng
Cảm biến gia tốc được sử dụng để đo các chuyển động và rung động của một công trình được gắn tải trọng động Tải động có thể từ nhiều nguồn khác nhau như:
Ở các ứng dụng công trình xây dựng, việc đo và ghi lại tổng quát một cấu trúc có đáp ứng được hay không các yêu cầu là rất quan trọng để đánh giá sự an toàn và khả năng tồn tại của cấu trúc đó. Loại giám sát này được gọi là Giám sát Sức khỏe (Health Monitoring), ngoài cảm biến gia tốc ra, chúng còn thường liên quan đến các loại trang thiết bị khác như cảm biến đo độ dịch chuyển (Potentiometers, LVDTs), Cảm biến đo biến dạng (Strain Gauges, Extensometers), Cảm biến tải trọng (Load Cells, Piezo-Electric Sensors),…
Trong Y khoa
Vài năm qua, các hãng như Nike, Fitbit,…đã chế tạo các loại đồng hồ thể thao có tích hợp cảm biến gia tốc để kiểm soát được tốc độ, quãng đường cho người sử dụng chúng. Nhờ vào các cảm biến này mà đồng hồ có thể đếm được số bước chân, giúp cho người dùng có thể thiết lập chế độ vận động như đi bộ vài ngàn bước mỗi ngày. Gia tốc kế được đề xuất sử dụng trong mũ bảo hiểm để đo đạc vận động và va chạm, và nhiều ứng dụng y khoa khác đang dùng loại cảm biến này.
Và rất nhiều những lĩnh vực khác như: Vận tải, điện tử gia dụng, chuyển động, chụp ảnh,…
Nếu muốn tìm hiểu thêm về thông số kỹ thuật cảm biên gia tốc, bạn có thể xem thêm tại đây
Hoặc liên hệ:
Mr. Tuấn - 0976 974 726
Mong nhận được chia sẻ và góp ý!
Tại sao chúng ta cần cảm biến gia tốc?
Độ rung động và độ sốc luôn hiện diện khắp nơi trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Chúng được tạo ra hoặc được truyền qua động cơ, tua bin, máy móc, cầu đường, tháp, hoặc cơ thể chúng ta,…
Một số trong chúng là có ích, nhưng một số là tác nhân gây ảnh hưởng xấu, thậm chí phá hoại. Do đó, chúng ta cần phải hiểu rõ nguyên nhân dẫn tới rung động để phát triển các phương pháp đo và ngăn chặn rung động. Và các cảm biến giá tốc được sử dụng để làm điều này, chúng là liên kết giữa cấu trúc rung và thiết bị điện tử đo rung.
Chúng đo được những gì?
Yếu tố thường được dùng để đo rung động là gia tốc, đơn vị tính trong hệ SI là m/s[SUP]2[/SUP]. Thỉnh thoảng nó cũng được dùng bởi đơn vị gia tốc trọng trường phi SI như [g] (1 g khoảng 9.81 m/s[SUP]2[/SUP]).
Đối với một số ứng dụng như giám sát máy, người ta thường đo vận tốc rung (mm/s) hoặc khoảng rung động (độ dịch chuyển) (micron, mm). Để tưởng tượng gia tốc qua vận tốc rung và khoảng rung, ta có thể hình dung qua các ví dụ sau:
- Gia tốc dưới 0.001m/s[SUP]2[/SUP] được đo trong các cuộc khảo sát địa chấn.
- Gia tốc của một con tàu cao tốc ICE là 0.5m/s[SUP]2[/SUP].
- Gia tốc tối đa của tàu con thoi trong lúc phóng và quay trở lại là 30m/s[SUP]2[/SUP].
- Người lái xe đua có thể trải nghiệm mức 50m/s[SUP]2[/SUP]. Hầu hết người ta mất ý thức tại gia tốc 60m/s[SUP]2[/SUP].
- Tai nạn xe hơi ở mức 100m/s[SUP]2[/SUP] có thể làm gãy xương và dây an toàn có thể làm gãy xương ở mức 300m/s[SUP]2[/SUP]. Con số 100m/s[SUP]2[/SUP] là giới hạn nguy hiểm với hầu hết con người.
- Một con bọ có thể nhảy với mức 3200m/s[SUP]2[/SUP].
- Một máy tính xách tay rơi từ độ cao 1 mét xuống sàn nhà chịu mức 20,000m/s[SUP]2[/SUP].
- Kim của máy may có thể đạt 60,000m/s[SUP]2[/SUP].
- Gia tốc hơn 100,000m/s[SUP]2[/SUP] có thể tìm thấy trong đạn đạo hoặc vụ nổ.
Ứng dụng của cảm biến đo độ rung
Trong kỹ thuật
Gia tốc kế được dùng để đo lường khả năng tăng tốc của xe. Có thể sử dụng để đo độ rung trên máy móc, nhà xưởng, hệ thống điều khiển hoặc thiết lập an toàn. Chúng cũng được dùng để đo đạc các hoạt động địa chấn, độ nghiêng, độ rung của máy, khoảng cách động hoặc tốc độ có hoặc không ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Dùng gia tốc kế để tạo máy đo trọng lực cũng là một trong những ứng dụng phổ biến trong kỹ thuật
Trong sinh học
Gia tốc kế được sử dụng nhiều trong lĩnh vực nghiên cứu sinh học. Tín hiệu thu từ gia tốc kế có dãy tần cao 2 trục, 3 trục có thể mô tả lại hành vi của động vật khi chúng ra khỏi tầm nhìn. Phương pháp sử dụng gia tốc kế trên động vật để nghiên cứu hiện đang được các nhà sinh vật học sử dụng ngày càng nhiều
Trong công nghiệp
Gia tốc kế được sử dụng để giám sát tình trạng của máy móc bằng cách theo dõi sự rung động và những thay đổi trong thời gian hoạt động của trục trên ổ bi của các thiết bị quay như tua bin, máy bơm, quạt, con lăn, máy nén hoặc bạc đạn,…nếu không kịp thời khắc phục sẽ dễ dẫn đến hư hỏng và gây tốn rất nhiều chi phí khi sửa chữa. Dữ liệu thu thập từ cảm biến đo rung chính là giá trị để phân tích nhằm phát hiện hỏng hóc đang diễn ra trên thiết bị trước khi nó bị hư hỏng hoàn toàn
Giám sát công trình xây dựng
Cảm biến gia tốc được sử dụng để đo các chuyển động và rung động của một công trình được gắn tải trọng động Tải động có thể từ nhiều nguồn khác nhau như:
- Các hoạt động của con người: Chạy bộ, đi bộ, nhảy múa,…
- Máy móc làm việc trong một toàn nhà hoặc trong khu vực xung quanh
- Công trình xây dựng: ép cọc, khoan, khai quật,…
- Xe cộ, tải chuyển động trên công trình cầu
- Va chạm xe cơ giới
- Các tải tác động
- Sự gãy vỡ của các cấu trúc
- Tải gây ra bởi gió
- Áp suất khí
- Động đất, dư chấn,…
Ở các ứng dụng công trình xây dựng, việc đo và ghi lại tổng quát một cấu trúc có đáp ứng được hay không các yêu cầu là rất quan trọng để đánh giá sự an toàn và khả năng tồn tại của cấu trúc đó. Loại giám sát này được gọi là Giám sát Sức khỏe (Health Monitoring), ngoài cảm biến gia tốc ra, chúng còn thường liên quan đến các loại trang thiết bị khác như cảm biến đo độ dịch chuyển (Potentiometers, LVDTs), Cảm biến đo biến dạng (Strain Gauges, Extensometers), Cảm biến tải trọng (Load Cells, Piezo-Electric Sensors),…
Trong Y khoa
Vài năm qua, các hãng như Nike, Fitbit,…đã chế tạo các loại đồng hồ thể thao có tích hợp cảm biến gia tốc để kiểm soát được tốc độ, quãng đường cho người sử dụng chúng. Nhờ vào các cảm biến này mà đồng hồ có thể đếm được số bước chân, giúp cho người dùng có thể thiết lập chế độ vận động như đi bộ vài ngàn bước mỗi ngày. Gia tốc kế được đề xuất sử dụng trong mũ bảo hiểm để đo đạc vận động và va chạm, và nhiều ứng dụng y khoa khác đang dùng loại cảm biến này.
Và rất nhiều những lĩnh vực khác như: Vận tải, điện tử gia dụng, chuyển động, chụp ảnh,…
Nếu muốn tìm hiểu thêm về thông số kỹ thuật cảm biên gia tốc, bạn có thể xem thêm tại đây
Hoặc liên hệ:
Mr. Tuấn - 0976 974 726
Mong nhận được chia sẻ và góp ý!