Trong một số lĩnh vực có tính chất đặc biệt như truyền thông tin hay lĩnh vực công nghiệp, giao thông vận tải thì việc sử dụng các thiết bị cảm biến đã không còn quá xa lạ, các thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống thông minh và tự động hóa, từ đó giúp bạn giảm thiểu rủi ro, nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình vận hành và sử dụng, vậy cụ thể cảm biến là gì? Có bao nhiêu loại cảm biến? Cùng mình tìm hiểu ngay bài viết dưới đây.
Cảm biến là gì?
Cảm biến (Sensor) là một công cụ có nhiệm vụ thu nhận các tín hiệu vật lý (âm thanh, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, gia tốc.. sau đó chuyển thành tính hiệu để ghi nhận thông tin và đo lường, điều khiển hoặc giám sát quá trình khi hoạt động và sử dụng.
Cảm biến được áp dụng rất nhiều trong hệ thống tự động hóa, giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình hệ thống hoạt động. Hiện nay phần lớn các thiết bị cảm biến đặt trong vỏ bảo vệ để tạo thành đầu rò hoặc đầu thu khi sử dụng.
Cấu tạo của cảm biến như thế nào
Nhằm đáp ứng chính xác yêu cầu và mục đích sử dụng của người dùng, các thiết bị cảm biến này được sản xuất trong nhiều loại khác nhau, tuy nhiên, về cơ bản các loại cảm biến này sẽ có một cấu tạo chung đồng nhất, vậy cấu tạo chung của các loại cảm biến này là gì?
Cấu tạo các loại cảm biến thông minh bao gồm các phần tủ mạch điện, được sắp xếp có hệ thống và gói gọn trong vỏ hộp, từ đó các tin hiệu này phát ra được quy chuẩn theo dòng điện và mức điện áp cho phù hợp nhất với bộ điều khiển khi sử dụng.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến như thế nào
Thiết bị cảm biến sẽ không còn khả năng hoạt động độc lập, thay vào đó chúng ta sẽ cần một nguồn cấp, trong đó nguồn điện được cung cấp từ thiết bị đo hoặc nguồn tín hiệu thiết bị thu được.
Dưới đây là các sơ đồ kết nối khi cần thiết để hệ thống hoạt động cảm biến hiệu quả, bao gồm:
Bộ phận cảm biến: Tương thích với ứng dụng
Bộ phận dây dẫn: Thu nhận và gửi các tín hiệu từ bộ phận cảm biến và thiết bị đo
Bộ phận thiết bị đo: Bao gồm bộ chuyển đổi tín hiệu thu từ Senior thành tín hiệu điện hoặc màn hình hiểu thị dữ liệu để người dùng dễ dàng đọc được, bên cạnh đó còn cần dùng đến các phím chức năng cho cảm biến.
Phân loại các cảm biến khác nhau
Sau khi đã nắm rõ nguyên lý hoạt động của cảm biến, hãy cùng SECOM tìm hiểu các loại cảm biến phổ biến hiện nay. Trong lĩnh vực công nghiệp, cảm biến được phân chia thành nhiều nhóm khác nhau, cụ thể như sau:
Cảm biến vật lý
Bao gồm các loại cảm biến có khả năng phát hiện và đo lường các yếu tố vật lý như: âm thanh, ánh sáng, tia/hạt bức xạ, chuyển động, rung động, áp suất, khoảng cách, v.v.
Cảm biến hóa học
Nhóm cảm biến này liên quan đến việc đo các thông số hóa học như: độ ẩm, độ pH, khói, ion, và các thành phần hóa học khác trong môi trường.
Cảm biến sinh học
Dùng để nhận diện và phân tích các yếu tố sinh học như: DNA/RNA, glucose, protein đặc hiệu, virus, vi khuẩn,…
Cảm biến phát hiện vật lý
Bao gồm các loại cảm biến dùng để phát hiện các hiện tượng vật lý cụ thể như: kim loại, ngọn lửa, khí hóa học,…
Cảm biến cảm nhận
Dòng cảm biến này có thể nhận diện các biến đổi về: nhiệt độ, chuyển động, bức xạ, áp suất,…
Cảm biến chủ động
Là loại cảm biến không cần nguồn điện bổ sung để chuyển đổi tín hiệu thu được thành tín hiệu điện. Ví dụ: ăng-ten, các vật liệu gốm piezoelectric,…
Cảm biến thụ động
Ngược lại với cảm biến chủ động, loại này cần sử dụng điện áp hoặc năng lượng ngoài để xử lý tín hiệu. Thường thấy ở các cảm biến dạng điện trở,…
Ngoài ra, cảm biến còn có thể được phân loại theo nguyên lý tiếp xúc, bao gồm:
- Cảm biến tiếp xúc: Phải chạm vào vật thể hoặc môi trường cần đo.
- Cảm biến không tiếp xúc: Hoạt động từ xa, không cần tiếp xúc trực tiếp với đối tượng.
Vai trò của cảm biến là gì?
Cảm biến ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, y tế, giao thông, điện tử, tự động hóa,… Dưới đây là những vai trò tiêu biểu và quan trọng nhất của thiết bị cảm biến:
Thu thập thông tin
Cảm biến có chức năng chính là ghi nhận các tín hiệu và dữ liệu từ môi trường xung quanh, chẳng hạn như ánh sáng, âm thanh, chuyển động, nhiệt độ, độ ẩm,…
Đo lường và giám sát
Thiết bị cảm biến giúp định lượng và theo dõi các thông số vật lý hoặc hóa học một cách chính xác, hỗ trợ người dùng trong việc giám sát tình trạng thiết bị hoặc môi trường một cách liên tục và hiệu quả.
Một số các loại cảm biến phổ biến hiện nay
Cảm biến độ ẩm
Cảm biến độ ẩm là thiết bị giúp đo lường và giám sát hàm lượng hơi nước có trong không khí hoặc trong các môi trường kín. Dữ liệu thu được thường được dùng để điều chỉnh hệ thống làm mát, sấy khô, hoặc kiểm soát môi trường.
Các thông số kỹ thuật cần lưu ý:
- Dải đo độ ẩm.
- Sai số cho phép.
- Thời gian đáp ứng.
- Nhiệt độ làm việc.
Ứng dụng thực tế: Cảm biến độ ẩm được sử dụng phổ biến trong các nhà máy sản xuất thực phẩm, dược phẩm, kho lưu trữ, nhà kính nông nghiệp hoặc hệ thống điều hòa không khí thông minh.
Cảm biến ánh sáng
Cảm biến ánh sáng giúp phát hiện và đo cường độ ánh sáng trong môi trường. Thiết bị này sẽ chuyển đổi ánh sáng thu được thành tín hiệu điện để hệ thống có thể phân tích hoặc phản hồi.
Thông số kỹ thuật quan trọng:
- Dải đo độ rọi (lux).
- Tốc độ phản hồi.
- Dòng điện tiêu thụ.
- Dạng tín hiệu đầu ra.
Ứng dụng phổ biến: Được dùng trong các thiết bị điều chỉnh độ sáng màn hình tự động, đèn đường thông minh, hệ thống tiết kiệm năng lượng trong tòa nhà,…
Cảm biến chuyển động (motion sensor)
Cảm biến chuyển động có khả năng phát hiện sự di chuyển của người hoặc vật trong khu vực giám sát. Tín hiệu sau đó được gửi đến hệ thống xử lý để thực hiện hành động phù hợp, như bật đèn, cảnh báo,…
Các thông số cần quan tâm:
- Góc phát hiện.
- Khoảng cách phát hiện tối đa.
- Loại cảm biến (hồng ngoại, siêu âm, vi sóng).
- Thời gian phản hồi.
Ứng dụng thực tế: Phổ biến trong hệ thống an ninh, chiếu sáng tự động, nhà thông minh, văn phòng hoặc nhà kho.
Cảm biến khói và khí gas
Đây là loại cảm biến chuyên dùng để phát hiện khí cháy, khí độc, hoặc khói trong môi trường, từ đó cảnh báo sớm nguy cơ cháy nổ hoặc rò rỉ khí.
Thông số cần lưu ý:
- Loại khí phát hiện được (CO, CH4, LPG…).
- Mức độ nhạy cảm.
- Tốc độ phản ứng.
- Ngưỡng cảnh báo.
Ứng dụng tiêu biểu: Cảm biến khói/gas được lắp đặt trong hệ thống phòng cháy chữa cháy, bếp công nghiệp, khu dân cư, hoặc các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa chất.
Cảm biến vân tay (Fingerprint Sensor)
Đây là loại cảm biến xác thực sinh trắc học, có khả năng nhận diện vân tay của người dùng thông qua hình ảnh hoặc dòng điện vi mô từ lớp da tay.
Thông số cần lưu ý:
- Độ phân giải cảm biến.
- Tốc độ nhận dạng.
- Tỷ lệ sai số FAR/FRR (False Acceptance/False Rejection Rate).
- Loại công nghệ (quang học, điện dung, siêu âm).
Ứng dụng phổ biến: Được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị kiểm soát ra vào, điện thoại thông minh, két sắt điện tử, và hệ thống an ninh cá nhân.
Cảm biến lực (load sensor)
Cảm biến lực giúp đo lực tác động lên một bề mặt hoặc vật thể, sau đó chuyển đổi lực này thành tín hiệu điện tương ứng.
Thông số kỹ thuật chính:
- Dải đo lực.
- Độ nhạy.
- Loại tải (nén, kéo, xoắn).
- Kích thước và cấu tạo.
Ứng dụng phổ biến: Được sử dụng trong cân điện tử, máy ép, kiểm tra độ bền vật liệu, và các thiết bị tự động hóa yêu cầu kiểm soát lực chính xác.
Cảm biến rung (Vibration Sensor)
Cảm biến rung có chức năng phát hiện các dao động hoặc rung động của thiết bị, máy móc hoặc kết cấu, từ đó chuyển đổi thành tín hiệu điện để đánh giá tình trạng hoạt động của thiết bị.
Thông số kỹ thuật cần lưu ý:
- Dải tần số hoạt động.
- Độ nhạy cảm biến.
- Gia tốc tối đa.
- Hệ số suy hao tín hiệu.
- Kiểu lắp đặt (gắn vít, từ tính,…)
Ứng dụng phổ biến: Được sử dụng trong hệ thống giám sát rung động của động cơ, máy quay, trục truyền động trong nhà máy hoặc dây chuyền sản xuất nhằm phát hiện sớm hỏng hóc, tránh sự cố nghiêm trọng.
Cảm biến từ (Magnetic Sensor)
Cảm biến từ là thiết bị dùng để phát hiện sự thay đổi từ trường hoặc tiếp xúc với vật liệu có từ tính. Thiết bị này thường ứng dụng trong giám sát trạng thái đóng/mở hoặc phát hiện chuyển động.
Thông số kỹ thuật quan trọng:
- Loại cảm biến (Hall effect, Reed, từ trở,…).
- Độ nhạy từ trường.
- Khoảng cách phát hiện.
- Dạng tín hiệu đầu ra.
- Điện áp hoạt động.
Ứng dụng thực tế: Được dùng trong cửa cuốn, thiết bị an ninh, robot, cảm biến tốc độ quay, và các ứng dụng cần đo vị trí không tiếp xúc.
Cảm biến dòng điện (Current Sensor)
Cảm biến dòng điện giúp đo lường dòng điện đang chạy qua dây dẫn, từ đó cung cấp dữ liệu cho hệ thống điều khiển điện năng.
Thông số kỹ thuật quan trọng:
- Dải dòng đo được.
- Loại dòng (AC, DC, hoặc cả hai).
- Độ chính xác.
- Cách ly tín hiệu đầu ra.
Ứng dụng thực tế: Dùng trong máy biến tần, bộ nguồn, hệ thống năng lượng mặt trời, bộ sạc xe điện, hoặc các thiết bị cần kiểm soát dòng điện an toàn và ổn định.
