Cảm biến là gì? Các loại cảm biến thông dụng hiện nay

Cảm biến (sensor) được áp dụng trong muôn vàn thiết bị công nghệ cũng như trong cuộc sống. Cùng System Fan tìm hiểu cảm biến là gì? Các loại cảm biến thông dụng hiện nay. 

1.Cảm biến là gì?

Cảm biến hay gọi là sensor là một thiết bị điện tử hoặc một bộ phận của một hệ thống, được thiết kế để nhận biết hoặc đo lường một loại thông tin cụ thể từ môi trường xung quanh và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện hoặc tín hiệu khác có thể được sử dụng để xử lý hoặc kiểm soát.

Thông tin sẽ được xử lý để đưa ra các tham số định tính hoặc định lượng tại môi trường đó. Phục vụ cho việc xử lý thông tin, đo đạc trong việc điều khiển các thiết bị.

2.Cấu tạo và ứng dụng của cảm biến

2.1 Cấu tạo chính

Cấu tạo chính của một cảm biến thường bao gồm các thành phần sau:

♺ Phần chuyển đổi: Đây là thành phần cơ bản của cảm biến, nhận biết hoặc đo lường thông tin từ môi trường và chuyển đổi nó thành tín hiệu đầu ra, thường là tín hiệu điện. Ví dụ, trong cảm biến nhiệt độ, phần chuyển đổi có thể là một biến trở nhiệt hoặc một cặp nhiệt cặp kỵ.

♺ Mạch điện tử và bộ xử lý tín hiệu: Tín hiệu đầu ra từ phần chuyển đổi thường được đưa vào một mạch điện tử để xử lý và biến đổi thành dạng phù hợp cho ứng dụng cụ thể. Bộ xử lý tín hiệu có thể thực hiện các chức năng như lọc tín hiệu, hiệu chỉnh, và biến đổi đơn vị đo.

♺ Nguồn điện: Cảm biến thường cần nguồn điện để hoạt động. Nguồn điện có thể là pin, nguồn điện DC hoặc AC từ mạch ngoại vi hoặc nguồn năng lượng từ môi trường xung quanh.

♺ Vỏ bảo vệ và cách nhiệt: Để bảo vệ phần chuyển đổi và mạch điện tử bên trong khỏi yếu tố môi trường bên ngoài, cảm biến thường được bọc trong một vỏ bảo vệ. Nếu cần, cách nhiệt cũng có thể được sử dụng để bảo vệ cảm biến khỏi các biến động nhiệt độ.

2.2. Ứng dụng

Cảm biến tự động mở cửa khi có người tới

Cảm biến tự động bật đèn sáng

Cảm biến có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như ô tô (ABS, ESP), y tế (đo nhịp tim, glucose), công nghiệp (điều khiển quy trình sản xuất), điện tử tiêu dùng (cảm biến vân tay, ánh sáng), môi trường (giám sát ô nhiễm), an ninh (phát hiện chuyển động), và năng lượng tái tạo (điện mặt trời, gió).

3.Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của cảm biến thường dựa trên việc chuyển đổi thông tin từ môi trường thành tín hiệu điện, quang hoặc cơ học. Điều này cho phép cảm biến phát hiện và đo lường các biến thay đổi trong môi trường xung quanh và chuyển đổi chúng thành dữ liệu có ý nghĩa cho ứng dụng cụ thể.

4.Phân loại cảm biến

4.1. 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.

4.2. 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.

Một số ví dụ phổ biến về cảm biến cảm ứng bao gồm:

● Cảm biến tiệm cận: Sử dụng hiệu ứng từ trường hoặc điện để phát hiện sự tiếp xúc hoặc gần gũi với các vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp.

● Cảm biến hồng ngoại: Sử dụng sóng hồng ngoại để phát hiện sự tiếp xúc hoặc chuyển động của các vật thể trong phạm vi cảm biến.

● Cảm biến siêu âm: Sử dụng sóng siêu âm để phát hiện vật thể trong phạm vi cảm biến và đo khoảng cách hoặc phản xạ của chúng. Cảm biến ánh sáng: Sử dụng ánh sáng để phát hiện sự tiếp xúc hoặc gần gũi với các vật thể hoặc để đo lường các thông số như mức độ sáng.

5.Các loại cảm biến phổ biến

Cảm biến hình ảnh

Cảm biến hình ảnh hay cảm biến thị giác, có khả năng phát hiện đối tượng hoặc màu sắc trong một phạm vi nhất định. Tín hiệu này được chuyển thành dạng hình ảnh đến hệ thống điều khiển để con người có thể quan sát. 

Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ sử dụng để đo nhiệt độ dầu DO

Cảm biết nhiệt độ được sử dụng để tiếp nhận nhiệt độ, truyền tín hiệu tới thiết bị đo nhiệt độ. Dùng để đo nhiệt độ của chất rắn, lỏng, khí trong các ngành công nghiệp chế biến, môi trường. 

Cảm biến gia tốc

Cảm biến tiếp nhận tín hiệu gia tốc hay độ rung của các vật thể. Tín hiệu được chuyển đổi thành tín hiệu điện, hiển thị trên màn hình. 

Cảm biến bức xạ

Sử dụng xác định sự hiện diện, mật độ của hạt bức xạ (hạt alpha, beta, gamma...). Cảm biến bức xạ sử dụng trong lĩnh vực y tế, quốc phòng, quân sự. 

Cảm biến vị trí

Cảm biến vị trí sử dụng để xác định vị trí của các van như van tiết lưu. Sử dụng cho các trường hợp cần thông tin về vị trí. 

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận sử dụng phổ biến, chúng được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các vật thể trong phạm vi cho phép. Khi có vật thể lạ tiến lại gần trong phạm vi cho phép, cảm biến sẽ nhận biết và tạo ra tín hiệu truyền về bộ điều khiển. Sử dụng phổ biến là loại cảm biến tiệm cận điện dung. Dựa vào sự thay đổi của điện dung do giảm khoảng cách giữa các tụ điện, nhờ đó xác định được sự chuyển động và vị trí của vật thể. 

Cảm biến áp suất

Thiết bị cảm biến dùng để đi áp suất của các thiết bị khí, bình hơi. Chuyển áp lực thành tín hiệu điện, dòng điện với các định mức quy chuẩn công nghiệp theo điện áp hoặc theo dòng điện. Tín hiệu sẽ được truyền về biến tấn hoặc PLC để điều khiển động cơ hoạt động. Động cơ được giám sát bằng thiết bị cảm biến để điều chỉnh công suất chạy ít hay nhiều. 

Cảm biến quang ( photoelectric sensor )

Được cấu tạo bởi linh kiện bán dẫn quang điện. Khi có ánh sáng chiếu vào, bề mặt bán dẫn sẽ thay đổi tính chất của light sensor. Thông qua bảng mạch điện tử, nhờ vào hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot, tín hiệu quang được chuyển đổi sang tín hiệu điện quy chuẩn. Cảm biến quang thường có 1 đầu để thu và 1 đầu phát tín hiệu. Cảm biến quang thường có các loại như: cảm biến quang thu phát, cảm biến quang dạng khuếch tán, cảm biến quang phản xạ gương... được phân chia dựa theo nguyên lý làm việc. 

Cảm biến khói

Cảm biến kịp thời nhận biết khói, sử dụng trong các hệ thống phòng cháy chữa cháy. Cảm biến có nhiệm vụ nhận biết khói phát sinh trong không gian, kịp thời truyền tín hiệu về bộ điều khiển để phát thông báo đến mọi người. 

Trên đây, System Fan tổng hợp cho bạn đọc thông tin về cảm biến là gì, các loại cảm biến thông dụng hiện nay. Hi vọng những thông tin này hữu ích tới bạn đọc.