Giới thiệu cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến không tiếp xúc phát hiện vật thể bằng cách phát hiện sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể dựa trên mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện. Khoảng cách phát hiện thường chỉ khoảng vài mm, thường được sử dụng để xác định vị trí cuối cùng của chi tiết máy và khởi động các chức năng khác của máy.
Cảm biến có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt và có ba hệ thống phát hiện chính:
- Sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để tạo ra dòng xoáy trong vật thể kim loại.
- Dựa vào sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể có sự thay đổi cần phát hiện.
- Dùng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ để phát hiện vật thể.
Cấu tạo của cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận thường được thiết kế với 4 phần chính như sau:
- Phần cảm biến: Là phần cơ học hoặc điện tử của cảm biến, có chức năng nhận diện và phát hiện sự hiện diện của vật thể, tín hiệu hoặc tín hiệu vật lý.
- Mạch dao động: Mạch dao động giúp cảm biến tạo ra tín hiệu dao động để tương tác với vật thể. Nó thường được cấu tạo từ một dao động tần số cao như cảm ứng, xoay, hoặc điện từ.
- Bộ cảm nhận: Bộ cảm nhận chịu trách nhiệm đọc tín hiệu từ phần cảm biến và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện tử.
- Bộ mạch tín hiệu đầu ra: Bộ mạch tín hiệu đầu ra xử lý tín hiệu điện tử từ bộ cảm nhận và chuyển đổi chúng thành tín hiệu tương tự hoặc kỹ thuật số dễ dàng đọc được bởi các thiết bị khác như vi xử lý hoặc đầu hiển thị.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận dựa trên trường điện từ phát ra xung quanh cảm biến với khoảng cách tối đa là 30mm. Khi một đối tượng được phát hiện, nó sẽ gửi tín hiệu trở lại bộ xử lý.
Cảm biến bao gồm một cuộn dây quấn quanh lõi ở cuối cảm biến. Khi sóng cao tần đi qua lõi, một trường điện từ dao động xung quanh nó.
Khi một vật kim loại di chuyển về phía trường này, dòng điện xoáy sẽ được tạo ra trong vật thể và hoạt động giống như một máy biến áp, làm cho năng lượng trong cuộn dây giảm, dao động giảm và cường độ từ trường giảm. Mạch giám sát phát hiện sự giảm dao động và thay đổi đầu ra để phát hiện đối tượng.
Do nguyên lý hoạt động sử dụng trường điện từ nên cảm biến tiệm cận vượt trội hơn cảm biến quang điện về khả năng chống chọi với môi trường.
Ngày nay, hầu hết các loại cảm biến tiệm cận đều có ngõ ra transistor NPN hoặc PNP, loại dây DC-3. Ngoài ra, trong một số trường hợp, cảm biến tiệm cận có 2 đầu nối là âm và dương, loại dây DC-2.
Phân loại cảm biến tiệm cận
Có 2 loại cảm biến tiệm cận là cảm biến điện từ và loại cảm biến tiệm cận điện dung. Chi tiết 2 loại cảm biến như sau:
Cảm biến tiệm cận điện từ: Loại cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ và chỉ phát hiện các vật thể làm bằng kim loại. Nó có phạm vi phát hiện ngắn nhưng có khả năng chống nhiễu cao. Nó được sử dụng phổ biến hơn vì ít bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài và có giá thành thấp hơn so với cảm biến điện dung.
Cảm biến tiệm cận điện dung: Thiết bị phát hiện vật bằng cách tạo ra một vùng tĩnh điện trước mặt cảm biến. Khi có vật đi vào vùng tĩnh điện, điện môi sẽ bị thay đổi. Vật thể được coi như một bản cực song song với bề mặt cảm biến. Thay đổi điện môi sẽ tác động đến khối mạch bên trong và phát tín hiệu ngõ ra. Với cảm biến tiệm cận điện dung, chúng ta có thể phát hiện nhiều loại vật thể như nhựa, thủy tinh, kim loại… Tuy nhiên, mỗi vật thể sẽ có một hằng số điện môi khác nhau, vì vậy khi sử dụng cảm biến này, chúng ta cần quan tâm đến hằng số điện môi và điều chỉnh độ nhạy của sensor để phù hợp.
Những lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận
Khi sử dụng cảm biến, người dùng cần tính toán và quan tâm đến những lưu ý sau:
- Ta cần xác định môi trường đo đạc là gì
- Tốc độ xử lý của cảm biến là nhanh hay chậm; và độ chính xác của khu vực đo có cần phải cao không?
- Kiểm tra sức ảnh hưởng của môi trường xung quanh khu vực đo xem có tồn tại lượng từ trường lớn như nam châm không; để tìm biện pháp xử lý, bởi vì đó là một trong những nguyên nhân gây sai số trong khi đo của cảm biến
- Khu vực đo có rung hay không?
- Nhiệt độ môi trường làm việc có cao không?
- Khoảng cách từ cảm biến đến vị trí vật thể cần đo là bao nhiêu?
- Dựa vào nhu cầu của các nhà máy khác nhau, chúng ta nên kiểm tra kỹ và chọn mua những loại cảm biến phù hợp để đáp ứng tốt nhu cầu đo đạc.
Ứng dụng của cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận có thể thay thế camera quan sát hoặc camera đo chiều sâu để phát hiện cử chỉ tay. Cụ thể, xe được trang bị hệ thống cảm biến thông minh có thể dự đoán các va chạm xung quanh xe, tránh các vật thể trong điểm mù mà người dùng không quan sát được.
Ngoài ra, có thể kể đến một số ứng dụng khác của cảm biến như sau:
- Hệ thống cảnh báo an toàn cận bờ trong ngành hàng không.
- Đo độ rung của các trục quay trong máy móc, ngăn ngừa hư hỏng khi sử dụng lâu dài.
- Phát hiện máy bay tàng hình.
- Tàu hỏa Maglev và hệ thống băng chuyền trong nhà máy sản xuất.
- Thiết bị phát hiện chất nổ hay thiết bị IED Thiết bị di động cầm tay, màn hình cảm ứng .
Với những ứng dụng cụ thể này thì hy vọng mọi người có thể biết thêm về cảm biến tiệm cận là gì và những ứng dụng của công nghệ này trong thực tiễn như thế nào. Ngoài ra hiện nay công nghệ đang được con người sử dụng khá phổ biến ở nhiều thiết bị công nghệ để tối ưu hóa cuộc sống trở nên tốt hơn. Tham khảo Tuấn Hưng Phát để cập nhật thêm nhiều thông tin về loại cảm biến hiện đại này nhé.
