Hướng dẫn sử dụng cảm biến chuyển động quay (Phần 1)


I. Cảm biến dùng để làm gì ?

hinh1

Cảm biến được dùng để đo tọa độ dài hoặc góc, và thu được vận tốc dài hoặc 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

hinh2

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)

Với bộ phụ kiện cảm biến chuyển động quay (DMRM001A) , cách dùng của cảm biến chuyển động quay được mở rộng.  Một số thí nghiệm có thể được thực hiện là:

•  Đo momen quán tính của một đĩa, một hình trụ, và một khối lượng điểm

•  Nghiên cứu sự bảo toàn động lượng góc

•  Nghiên cứu chuyển động của con lắc vật lý

•  Đo tọa độ dài cho các thí nghiệm như sóng  dừng của âm thanh và định luật nghịch đảo bình phương của ánh sáng

•  Đo tọa độ dài cho mẫu nhiễu xạ hoặc mẫu giao thoa

II. Sử dụng nó như thế nào ?

Cảm biến này được thiết kế để sử dụng với cả Addestation aMixer Meter Graph Analysis (MGA), máy ghi dữ liệu cầm tay, hoặc với Addestation aMixer mini (một bộ kết nối cảm biến đến máy tính  (bên ngoài máy tính)) và một máy tính cá nhân/máy tính xách tay (PC) đã cài đặt phần mềm Addestation (phiên bản 5.0 hoặc 6.0). Vui lòng tham khảo các thí nghiệm trong các trang kế tiếp để biết chi tiết về cách sử dụng bộ cảm biến này với aMixer MGA.

(i) Lựa chọn kiểu đo và độ chính xác 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 (Hình 1) 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.

hinh3

Sau khi kết nối cảm biến với MGA, bạn có thể nhấn vào nút mũi tên xuống (Hình. 3) và chọn một đơn vị đo và độ chính xác thích hợp:

– “(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

Chú ý:  Thông tin thêm về dải đo góc và dài, cũng như độ chính xác, được cung cấp trong “Thông số kỹ thuật” trong mục “Chi tiết kỹ thuật”  .

(ii) Về 2 trục của cảm biến chuyển động quay

hinh4

Cảm biến chuyển động quay đi kèm với 2 trục (Hình 4). 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 chuyến 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.

(iii) 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:

(i) với mặt rộng của ròng rọc gần thân cảm biến (Hình. 5a, hình trên), hoặc

(ii) với mặt hẹp của ròng rọc gần thân cảm biến (Hình. 5b, hình trên)

Chú ý:

–  Để chèn ròng rọc 3-bước vào trục của cảm biến chuyển động quay, người dùng có thể muốn giữ trục để chống quay.  Khi đó anh/chị có thể quay ròng rọc để gắn chốt của nó vào lỗ trên trục.

–  Có 2 rãnh trên ròng rọc lớn nhất ở mặt bên của ròng rọng 3-bước (Hình.5, hình dưới cùng). Nó giúp giữ chắc thanh cứng vào ròng rọc (với thí nghiệm con lắc vật lý).

(iv) Kẹp chặt cảm biến chuyển động quay vào giá đỡ

Có 2 cách để kẹp chặt cảm biến chuyển động quay vào giá đỡ, như thể hiện trong Hình. 5a và 5b. Trong hình trên, ròng rọc 3-bước có thể được xoay theo chiều ngang, trong khi trong hình dưới, ròng rọc 3-bước có thể được xoay theo chiều dọc.

hinh5hinh5b

III. Chi tiết 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. Hiệu chỉnh

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 kĩ thuật

(a)  Phạm vi góc     : -360° đến 360°

Độ chính xác        : 0.25° (độ chính xác cao), 5° (độ chính xác thấp)

(b)   Phạm vi dài      : -1000mm đến 1000mm

Độ chính xác        : 0.1mm (độ chính xác cao) hoặc 2mm (độ chính xác thấp)

(c)   Vận tốc góc       : 8 rev/sec (vòng/giây)

Độ chính xác  : 0.01 rev (vòng)

(d)  Vận tốc cực đại  : 1 rev/s (vòng/giây) (độ chính xác cao)

16 rev/s (vòng/giây) (độ chính xác thấp)

(e)  Ròng rọc 3-bước  : Đường kính rãnh là 10 mm, 29 mm và 48 mm

Chức năng tự động nhận cảm biến:

Cảm biến chuyển động quay Addestation 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 với aMixer MGA/aMixer mini.

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 tính 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.