Sensor là tên của cảm biến – một loại thiết bị được dùng khá nhiều trong công nghiệp. Vậy Sensor là gì? Cảm biến là gì? Cùng tìm hiểu những thông tin này trong bài viết dưới đây cũng như nguyên lý làm việc của các loại cảm biến phổ biến hiện nay từ cảm biến hồng ngoại đến cảm biến quang,… nhé!
Contents
Sensor là gì?
Sensor dịch theo từ điển Anh – Việt có nghĩa là bộ cảm biến, là một thuật ngữ chuyên ngành đặc thù dùng để chỉ những loại cảm biến, công tắc, đầu dò hoặc có thể là một loại thiết bị cảm nhận nào đó.
Sensor là các loại thiết bị chứa các bộ phận cảm nhận hoặc tiếp xúc theo một phương nào đó để có thể biết được các hiện tượng vật lý hoặc dùng để đo lường các đại lượng vật lý. Ngoài ra, sensor còn có khả năng tạo ra các dạng tín hiệu khác nhau để người dùng có thể kết nối với các thiết bị điều khiển và hỗ trợ thông qua các bộ phận xử lý tín hiệu có trong Sensor.
Sensor là thiết bị đang ngày càng phổ biến trong cuộc sống chúng ta, thay thế hoàn toàn con người trong các ứng dụng giám sát cũng như đo lường các yếu tố vật lý có tác động đến quá trình làm việc.
Những yếu tố như: độ chính xác cao, hoạt động tốt trong các môi trường khó tiếp cận cũng như thời gian đáp ứng ngày càng nhanh của sensor đã góp phần quan trọng trong quá trình tạo ra những thiết bị tiên tiến nhất của các nhà phát triển, phục vụ chế tạo và sản xuất trong công nghiệp cho đến ngày nay.
Cấu tạo của sensor
Trên thị trường hiện nay xuất hiện rất nhiều loại Sensor khác nhau và mỗi loại thì có những nét tính năng riêng biệt nhưng chung quy lại thì Sensor vẫn được cấu tạo từ 3 thành phần cơ bản nhất gồm: Phần vỏ, Bộ phận cảm nhận của cảm biến và Bộ phận xử lý tín hiệu.
- Phần 1: Phần vỏ: Tác dụng chính của phần vỏ là bảo vệ bộ phận cảm biến nằm bên trong của sensor. Phần vỏ này có thể được làm bằng kim loại hoặc làm bằng nhựa tùy vào mỗi loại cảm biến khác nhau.
- Phần 2: Bộ phận cảm nhận của cảm biến: Bộ phận này có chức năng phát hoặc cảm nhận yếu tố cần đo tùy vào từng loại sensor. Ví dụ như: Cảm biến hồng ngoại gồm cả phát ra và cảm nhận bức xạ hồng ngoại, cảm biến quang cũng vừa thu và vừa phát ánh sáng còn cảm biến nhiệt độ chỉ cảm nhận nhiệt độ thông qua đầu dò,…
- Phần 3: Bộ phận xử lý tín hiệu hay còn gọi là “bộ não” của cảm biến (sensor): Tín hiệu đi qua cảm biến nhận được trong phần thứ hai sau đó được chuyển thành tín hiệu điện, On-OFF và 4-20mA là 2 loại tín hiệu điện mà chúng ta có thể nhận được.
Phạm vi ứng dụng của Sensor
Tùy vào từng môi trường mà sensor sẽ được ứng dụng vào những mục đích khác nhau và cái tên chính là cách dễ dàng để biết được ứng dụng của chúng. Tương ứng với mỗi khả năng hoạt động của các loại sensor sẽ là một cái tên khác. Ví dụ như: Cảm biến hồng ngoại dùng để đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại, Cảm biến quang dùng để đo lượng ánh sáng vật lý,…
Sensor là một cụm từ để chỉ các loại thiết bị nói chung có khả năng đo lường cũng như giám sát và có khả năng hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau đối với các loại sensor chuyên dụng do đó ứng dụng của sensor là vô cùng rộng.
Trong một phần bài viết này chúng ta không thể nói hết hoàn toàn được những ứng dụng của sensor nên thay vào đó trong phần phân loại các sensor phổ biến trên thị trường hiện nay chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu kỹ hơn vấn đề này nhé!
Các loại sensor cơ bản
Cảm biến hồng ngoại
Trong ánh sáng thường, màu đỏ là màu có bước sóng dài nhất mà tên “hồng ngoại” tức là “ngoài mức đỏ” vậy nên loại bức xạ điện từ có bước sóng ngắn hơn tia bức xạ Vi ba nhưng dài hơn ánh sáng chính là cảm biến hồng ngoại. Thông thường những vật có thể phát ra bước sóng hồng ngoại khi nhiệt độ của nó trên 35℃.
Nguyên lý hoạt động của sensor hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại hoạt động cũng khá đơn giản: Một tín hiệu sẽ xuất hiện khi con người hay con vật đi ngang qua thiết bị, cảm biến sẽ thu tín hiệu này sau đó cho vào mạch xử lý để tạo tác dụng điều khiển thiết bị.
Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại
Một số ứng dụng cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các thiết bị như là: giúp bật tắt đèn tự động, làm thiết bị chống trộm hoặc là giúp mở cửa tự động.
Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là tên gọi khác của sensor nhiệt độ, một loại cảm biến phổ biến và được biết đến nhiều nhất hiện nay. Chức năng đo và cảm nhận nhiệt độ của sensor nhiệt độ được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau như: Không khí, y tế, nhiệt độ nước, nhiệt độ cơ thể,….
Cấu tạo của sensor nhiệt độ
Mỗi một cảm biến nhiệt độ thường sẽ được cấu tạo từ 4 bộ phận chính gồm:
- Đầu dò hay còn gọi là bộ phận cảm biến: nơi tiếp xúc với chất hoặc với vật cần đo.
- Cổng kết nối: Có chức năng nối dây điện đến những thiết bị cần thiết khác như bộ phận chuyển đổi tín hiệu hay nguồn,…
- Bộ phận bảo vệ đầu dò: Chất liệu để làm bộ phận này thường là inox và có kích thước đa dạng như 6mm, 8mm, 10mm, 15mm,… tùy thuộc vào đầu dò.
- Phần nắp hay là phần vỏ giúp bảo vệ những cổng, đầu đấu dây để hạn chế sự tiếp xúc của dây điện với bụi, nước,..
Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ
Trong công nghiệp và chế tạo, cảm biến nhiệt độ là loại cảm biến được ứng dụng và sử dụng phổ biến nhất. Các khoảng thang đo nhiệt độ có thể cao thấp khác nhau tùy vào môi trường và PT100 là loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng nhiều nhất. Bởi PT100 có thể sử dụng được trong nhiều môi trường khác nhau với thang đo khoảng từ 0 – 600℃.
Ngoài ra, Sensor cảm biến nhiệt độ cũng được ứng dụng trong nông nghiệp với nhiệm vụ đo lường nhiệt độ và giám sát khi bảo quản nông sản. Nhiệt độ để bảo quản mỗi loại nông sản là khác nhau cũng như khoảng thời gian cũng khác nhau vì vậy cảm biến nhiệt độ đóng vai trò rất quan trọng để bảo quản nông sản được lâu dài cũng như trong quá trình chúng được vận chuyển.
Cảm biến áp suất
Sensor áp suất là một trong những loại cảm biến phổ biến hiện nay chỉ sau cảm biến nhiệt độ. Cảm biến áp suất được sử dụng khá nhiều bởi khí nén áp suất đóng một vai trò khá quan trọng trong các ứng dụng về thủy lực. Có thể kể tên một vài cảm biến áp suất quen thuộc như: công tắc áp suất hay đồng hồ áp suất.
Các loại cảm biến áp suất đều được sử dụng phổ biến như nhau tuy nhiên mỗi loại sẽ mang những nét đặc trưng riêng để phù hợp với mỗi trường hợp riêng. Nhìn chung cảm biến áp suất hiện nay đa phần có cấu tạo cơ bản giống nhau nhưng có loại có đồng hồ có loại thì không tùy vào ứng dụng riêng của mỗi loại cảm biến áp suất.
Cấu tạo của sensor áp suất
Mỗi loại cảm biến áp suất đều có cấu tạo cơ bản từ các bộ phận sau:
- Lớp màng cảm biến: có nhiệm vụ cảm nhận áp suất ở nơi đo và tùy vào lực áp suất sẽ quyết định loại sensor áp suất có thang đo áp suất phù hợp. Do đó, cảm biến áp suất thường có thang đo đa dạng khác nhau và lớp màng cũng khác nhau.
- Độ sai số của cảm biến áp suất phụ thuộc vào vật liệu làm cảm biến, Ceramic và thép không gỉ thường là vật liệu được chọn để làm lớp màng cảm biến. Chất liệu làm nên lớp màng sẽ quyết định đến giá cả của cảm biến.
- Bộ phận transmitter: có chức năng xử lý các tín hiệu được truyền đến từ màng cảm biến đồng thời chuyển những tín hiệu này tới ngõ ra của cảm biến áp suất. Tín hiệu tại ngõ ra cho phép chúng ta truyền về thiết bị hỗ trợ như màn hình hiển thị và thường là loại hai dây.
- Vỏ bảo vệ cảm biến: Lớp vỏ này thường được làm từ các chất liệu đặc biệt như Inox 304, Inox 316,… và có chức năng chính là bảo vệ các bộ phận bên trong cảm biến, tránh những yếu tố môi trường bên ngoài tác động đến các bộ phận này.
- Bộ phận tiếp điểm: Các thiết bị hỗ trợ bên ngoài, các thiết bị nhận thông tin từ sensor sẽ được kết nối thông qua bộ phận này. Đây là vị trí mà những bộ phận tín hiệu, bộ hiển thị áp suất sẽ được nối dây.
Ứng dụng của Cảm biến áp suất
Đo áp suất khí nén, đo áp suất nước, đo áp suất thủy lực, đo áp suất chân không, đo áp suất trong hệ thống ống dẫn, đo áp suất nước, đo áp suất các ứng dụng khác,…. là những ứng dụng cụ thể của Sensor áp suất.
Cảm biến điện dung
Sensor điện dung là một loại cảm biến thuộc loại cảm biến tiệm cận hay còn gọi là cảm biến kiểu tụ, mô tả sự phản ứng giữa hai vật dẫn điện với nhau dựa trên độ chênh lệch khi chúng cách nhau một khoảng nào đó. Ta sẽ thu được một tụ điện giữa hai vật dẫn đó với một dấu dương và một dấu âm khi ta đặt một hiệu điện thế vào hai đầu của dòng điện.
Nguyên lý hoạt động của sensor điện dung
Cảm biến điện dung hoạt động dựa trên việc đánh giá sự thay đổi của tụ điện về điện dung, điện dung của tụ điện tăng lên khi vật đi qua trong vùng nhạy của cảm biến điện dung. Khoảng cách, kích thước và hằng số điện môi của vật liệu sẽ quyết định đến sự thay đổi của điện dung.
Ứng dụng của sensor điện dung
- Chế tạo cảm biến áp suất ứng dụng để đo huyết áp dựa trên nguyên lý hoạt động của điện dung.
- Cảm biến điện dung tạo ra thiết bị phân tích khí CO2 dựa vào nguyên lý phát hiện tia hồng ngoại.
Cảm biến tiệm cận
Sensor tiệm cận là loại cảm biến có chức năng phát hiện vật thể mà không cần đáp ứng điều kiện là phải tiếp xúc. Một cảm ứng tiệm cận thường phát ra chùm tia bức xạ điện từ hoặc trường điện từ đồng thời tìm kiếm những thay đổi trong trường điện từ hoặc tín hiệu trở lại. Chuyển đổi sự xuất hiện của các vật thể để chuyển thành tín hiệu hoặc tín hiệu về sự chuyển động là chức năng chính của cảm biến tiệm cận.
Phân loại cảm ứng tiệm cận
- Cảm biến tiệm cận cảm ứng: Tạo ra trường điện từ để phát hiện các vật.
- Cảm biến tiệm cận điện dung: Tạo ra trường điện dung tĩnh điện để phát hiện các vật.
Hiện nay, model của các loại cảm biến tiệm cận đều có sẵn trên thị trường nhằm đáp ứng các điều kiện về lắp đặt như: môi trường chống nước và hóa chất, môi trường nhiệt độ cao, môi trường nhiệt độ thấp,…
Cảm biến vân tay
Sensor vân tay là loại cảm biến để quét vân tay của người sử dụng với nhiều loại sóng khác nhau bằng công nghệ sinh trắc học, có khả năng chụp và lưu nhanh chóng dấu vân tay của người sử dụng.
Hệ thống sẽ đối chiếu các đặc điểm của vân tay đó với dữ liệu đã được lưu trữ trong hệ thống sau khi xử lý dấu vân tay được tiếp nhận ban đầu để chuyển sang dạng dữ liệu số phục vụ cho quá trình đối chiếu của hệ thống. Các chức năng tiếp theo sẽ được thực hiện nếu dấu vân tay này khớp với dữ liệu của hệ thống.
Ưu điểm:
- Chỉ với một cú vuốt hoặc chạm nhẹ có thể mở mở khóa thiết bị.
- Tính xác thực cao bởi mỗi người sẽ có vân tay khác nhau và là duy nhất của cá nhân.
- Khả năng nhận dạng nhanh cùng lúc được nhiều vân tay khác nhau.
Nhược điểm:
- Dữ liệu người dùng không được bảo vệ bởi cảm biến vân tay chỉ là một hệ thống đóng vai trò là xác thực. Ví dụ như: bạn có thể vô tình mở khóa tất cả trong khi ngủ hoặc mất ý thức chỉ với ngón tay đã được lưu lại dấu vân trong hệ thống.
- Công nghệ cảm biến vân tay chủ yếu được ứng dụng với các sản phẩm như là nhà cửa thông minh, smartphone,… bởi tính tiện dụng của nó.
Cảm biến ánh sáng
Cảm biến ánh sáng là thiết bị được sử dụng để phát hiện ánh sáng và cảm nhận được sự biến đổi của môi trường bằng con mắt cảm biến thông minh thông qua độ sáng tối.
Khả năng nhận biết các biến đổi của môi trường thông qua việc nhận biết ánh sáng của môi trường bên ngoài của cảm biến giúp ứng biến kịp thời với những thay đổi đó. Bởi vậy mà trong lĩnh vực công nghiệp nói chung và điện tử nói riêng, cảm biến ánh sáng được sử dụng rất nhiều.
Lợi ích của cảm biến ánh sáng
Cảm biến ánh sáng không cần phải điều chỉnh hay cài đặt thời gian, có khả năng thay thế hoàn toàn sức người. Lựa chọn thiết bị cảm biến ánh sáng tùy vào mục đích sử dụng để đạt được hiệu quả tốt nhất.
Cảm biến ánh sáng ngày nay càng quan trọng và thân thiện với người sử dụng hơn. Nó được ứng dụng phổ biến và rộng rãi cho các công trình đèn đường công ty quảng cáo hay hộ gia đình,… ngày càng nhiều hơn.
Cảm biến âm thanh
Các phần tử trong không khí sẽ bắt đầu rung động khi có nguồn âm thanh phát ra trong không khí. Bản chất âm thanh và nguồn phát ra âm thanh là yếu tố quyết định đến tần số cũng như biên độ của dao động. Những biến đổi rung động này được ứng dụng vào các công việc khác nhau nhờ sự biến đổi chúng thành các tín hiệu của cảm biến âm thanh.
Ứng dụng của cảm biến âm thanh
- Trong giám sát y tế tự động: Cảm biến âm thanh khi kết hợp với phần mềm phân tích âm thanh có thể dò tìm được những âm thanh bất thường như: thở mạnh, tiếng người ngã, ho,… nhằm phát hiện ra bệnh tật hoặc là những tình huống nguy hiểm khác.
- Đo mức độ áp lực của âm thanh tác dụng lên bề mặt: Cảm biến âm thanh có tác dụng kéo dài tuổi thọ của sản phẩm thông qua việc phân tích tiếng ồn động cơ, nghiên cứu tiếng ồn đóng mở cửa, các cam ly hợp,…. nhằm mang đến sự thoải mái tốt nhất cho người dùng.
- Phân tích ô nhiễm tiếng ồn: Tiếng ồn công nghiệp, các phương tiện giao thông, sân bay,…có thể là những nguồn phát ra âm thanh gây tác động tiêu cực đến con người. Cảm biến âm thanh trong trường hợp này được ứng dụng nhằm điều chỉnh sao cho môi trường lành mạnh hơn cho con người.
Cảm biến laser
Cảm biến laser là thiết bị điện tử có thể tạo ra tín hiệu điện để điều khiển các thiết bị khác biến đổi từ những thay đổi của môi trường bên ngoài mà cảm biến cảm nhận được.
Có thể hiểu đơn giản hơn, sensor laser là một thiết bị điện tử mà thông qua tín hiệu laser được truyền về từ việc thiết bị cảm nhận được môi trường bên ngoài để mã hóa sau đó đưa vào khu vực xử lý trong thiết bị chính.
Cảm biến laser được ứng dụng rất nhiều trong quân đội để thực hiện các việc như: đánh dấu hay đo khoảng cách, tốc độ của mục tiêu. Ngoài ra, sensor laser còn được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác như: làm máy in laser, máy quét mã vạch, làm mắt đọc đĩa quang CD/DVD, công cụ trình tự DNA, máy phẫu thuật laser, máy cắt, máy hàn,….
Lời kết
Trên đây mayruaxegiadinh.com.vn đã tổng hợp toàn bộ kiến thức về Sensor là gì? Cảm biến là gì? Hy vọng những thông tin trên hữu ích, giải đáp được những thắc mắc của quý độc giả về Sensor. Hãy để lại bình luận nếu bạn còn bất cứ câu hỏi nào hoặc đóng góp để bài viết thêm hoàn chỉnh hơn nhé!