1. Cảm biến là gì?
- Cảm biến là một thiết bị có khả năng phát hiện và phản hồi một số loại đầu vào (ánh sáng, nhiệt độ, âm thanh, độ ẩm,…) từ môi trường. Đầu ra sẽ là tín hiệu đã được chuyển đổi và hiển thị trên màn hình điều khiển.
- Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong Internet vạn vật (IoT), giúp tạo ra một hệ sinh thái để thu thập và xử lý các tín hiệu khác nhau từ môi trường. Từ đó, các tính hiệu này được theo dõi, quản lý và kiểm soát một cách dễ dàng và hiệu quả hơn.
2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến như thế nào?
- Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý từ trường. Khi được cấp nguồn, dòng điện chạy qua một mạch có cuộn cảm, khi có từ trường xuyên qua mạch, cảm biến sẽ phát hiện vật thể kim loại tương tác với từ trường. Cảm biến không phản ứng với các chất phi kim loại như chất lỏng hoặc bụi bẩn. Do đó, cảm biến từ hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiều bụi bẩn hoặc ẩm ướt.
- Ngoài ra, cường độ từ trường phát ra càng mạnh, phạm vi phát hiện vật thể càng lớn, hiệu quả sử dụng càng cao. Kích thước và thiết diện của cảm biến từ càng lớn thì hiệu suất hoạt động càng tốt, và ngược lại.
3. Cấu hình chung của các loại cảm biến
- Đầu dò: Bộ phận tiếp theo nhận các tín hiệu, biến trạng thái trong môi trường.
- Mạch điện: Hệ thống mạch điện được thiết kế thu gọn, chuẩn hóa theo năng lượng và dòng điện thông minh nhất, phù hợp cho điều khiển mạch.
- Lớp vỏ bảo vệ đầu dây và mạch điện, có khả năng chống nước, chịu được nhiệt độ và các hoạt động môi trường phù hợp.
4. Phân loại cảm biến
a. Phân loại theo chủ động/ bị động
* Cảm biến chủ động
- Cảm biến chủ động là loại cảm biến tự phát ra tín hiệu hoặc sóng để phản ánh hoặc tương tác với môi trường xung quanh và sau đó thu thập dữ liệu từ phản ứng của môi trường đó.
* Cảm biến bị động
- Cảm biến bị động là loại cảm biến không phát ra bất kỳ tín hiệu hoặc sóng nào để tương tác với môi trường xung quanh. Thay vào đó, chúng chỉ đơn giản là nhận biết và đo lường các tín hiệu hoặc thông tin từ môi trường mà chúng được đặt vào.
b. Phân loại theo nguyên lý hoạt động
* Cảm biến điện trở
- Cảm biến điện trở là loại cảm biến sử dụng nguyên lý biến đổi điện trở của vật liệu khi bị tác động từ môi trường để đo lường hoặc giám sát các biến thay đổi.
- Cảm biến này hoạt động bằng cách thay đổi giá trị điện trở của một vật liệu hoặc thành phần điện trở khi có sự thay đổi trong môi trường. Khi môi trường thay đổi, ví dụ như nhiệt độ, áp suất, hoặc độ ẩm, điện trở của vật liệu cũng thay đổi tương ứng. Sự thay đổi này được đo lường và chuyển đổi thành tín hiệu điện để phản ánh các biến thay đổi trong môi trường.
* Cảm biến điện trường
- Cảm biến điện trường là loại cảm biến sử dụng nguyên lý của trường điện để phát hiện và đo lường các biến thay đổi trong môi trường. Cảm biến này hoạt động dựa trên sự ảnh hưởng của trường điện, tức là một lực hoặc hiệu ứng nào đó phát sinh ra từ một điện trường, đến vật liệu hoặc thiết bị trong môi trường.
- Cảm biến điện trường có nhiều ứng dụng, bao gồm trong lĩnh vực công nghiệp, y tế, ô tô, và các hệ thống điện tử. Chúng thường được sử dụng để đo lường và giám sát các thông số như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, và các biến thay đổi khác trong môi trường.
* Cảm biến cảm ứng
- Là để chỉ một loại cảm biến có khả năng phát hiện sự tiếp xúc hoặc gần gũi với các vật thể hoặc tác động từ môi trường xung quanh mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Cảm biến này thường dựa vào các hiệu ứng điện, từ trường, sóng âm, sóng cảm biến, hoặc sóng quang để phát hiện và đo lường các biến thay đổi.
5. Một số loại cảm biến thông dụng
- Cảm biến hình ảnh
+ Cảm biến hình ảnh hay còn được gọi là cảm biến thị giác. Đây là loại cảm biến có khả năng phát hiện một đối tượng cụ thể hoặc màu sắc trong phạm vi nhất định. Các tín hiệu này được chuyển thành hình ảnh đến hệ thống điều khiển để khách hàng có thể quan sát.
- Cảm biến nhiệt độ
+ Loại cảm biến này thường được thiết kế dưới dạng một đầu dò nhiệt độ. Từ đó, các thông số nhiệt được tiếp nhận và truyền tín hiệu đến thiết bị đo nhiệt. Cảm biến nhiệt độ thường được dùng để đo các đặc tính nhiệt độ của chất lỏng, rắn và khí trong một số ngành công nghiệp chế biến, môi trường hiện nay.
+ Các loại cảm biến nhiệt độ thông dụng hiện nay như: nhiệt kế bức xạ, cảm biến nhiệt bán dẫn, điện trở oxit kim loại, nhiệt điện trở,…
- Cảm biến gia tốc
+ Cảm biến gia tốc (tên tiếng Anh: accelerometer) là cảm biến tiếp nhận tín hiệu gia tốc hoặc độ rung của các vật thể. Sau đó, tín hiệu này được chuyển đổi thành tín hiệu điện để hiển thị lên màn hình. Cảm biến gia tốc thường được sử dụng trong các loại máy đo độ rung và bộ thu thập dữ liệu độ rung.
- Cảm biến bức xạ
+ Được sử dụng để xác định sự hiện diện và mật độ của các hạt bức xạ như: hạt alpha, beta hoặc gamma. Các tín hiệu này được mã hóa rồi truyền đến màn hình điểu khiển của máy đo bức xạ sau khi đã được giải mã. Các loại cảm biến này thường được ứng dụng trong các lĩnh vực như: y tế, quân sự, quốc phòng,…
- Cảm biến tiệm cận
+ Đây là loại cảm biến được sử dụng khá phổ biến, giúp phát hiện sự hiện diện của các vật thể trong phạm vi nhất định mà không cần phải tiếp xúc. Khi các vật thể này tiến gần lại, một cảm biến sẽ được tạo ra và truyền tín hiệu đến bộ điều khiển. Loại cảm biến tiệm cận được sử dụng phổ biến nhất là cảm biến tiệm cận điện dung. Nhờ sự thay đổi điện dung do giảm khoảng cách giữa các tụ điện mà có thể xác định chuyển động và vị trí của vật thể tốt hơn.
- Cảm biến áp suất
+ Thực chất, cảm biến áp suất là một thiết bị cơ điện giúp phát hiện lực trong một diện tích chất khí hoặc lỏng nhất định. Máy đo áp suất sẽ tiếp nhận tín hiệu đầu vào và hiển thị trên màn hình điều khiển. Thông thường, màng ngăn và cầu đo biến dạng sẽ được sử dụng để xác định lực tác động.
- Cảm biến vị trí
+ Cảm biến vị trí hay đầu dò vị trí là thiết bị điện tử thường được sử dụng để xác định vị trí của van, van tiết lưu,… Đúng như tên gọi, loại cảm biến này được ứng dụng chủ yếu trong các trường hợp cần thông tin về vị trí. Cảm biến vị trí cơ bản được cấu tạo bởi dây nồi hoặc dây chiết áp.
- Cảm biến quang điện (Photoelectric sensor)
+ Chủ yếu được sử dụng để phát hiện các đối tượng hoặc sự thay đổi trong trên bề mặt thông qua đặc tính quang học. Cấu tạo cơ bản của các loại cảm biến quang điện bao gồm bộ phát (dùng để phát ánh sáng) và bộ thu (dùng để nhận ánh sáng).
- Cảm biến khói
+ Đây là thiết bị được thiết kế chuyên biệt để kịp thời nhận biết khói. Thông thường, các loại cảm biến khói được sử dụng trong hệ thống phòng cháy chữa cháy tại các trung tâm thương mại, văn phòng, tòa nhà,…Cảm biến này sẽ phát hiện khói trong không gian và truyền tín hiệu về bộ điều khiển để phát thông báo đến mọi người.