Cảm biến vị trí là gì?
Cảm biến vị trí là một thiết bị điện tử được sử dụng để đo và ghi lại khoảng cách vị trí của một đối tượng hoặc hệ thống trong không gian. Chúng được sử dụng để đo sự có mặt hay vắng mặt của một vật thể bất kì nào đó. Trong trường hợp có các thông tin về vị trí, khoảng cách kết hợp cùng các thông số vận tốc, tốc độ, thời gian có thể tính toán được chuyển động của vật thể trong không gian. Các cảm biến vị trí thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, khoa học và kỹ thuật để giám sát vị trí của các thành phần trong các hệ thống cơ khí, robot, máy móc, thiết bị định vị và hệ thống định vị toàn cầu (GPS).
Những loại cảm biến vị trí phổ biến hiện nay
Thông qua nguyên tắc vận hành thì cảm biến vị trí cũng được phân thành nhiều loại khác nhau. Mỗi loại sẽ được ứng dụng và làm việc trong một môi trường cụ thể.
Thiết bị cảm biến đo điện thế
Thiết bị cảm biến đo điện thế vận hành dựa vào nguyên lý hiệu ứng dòng điện trở. Khi có 1 rãnh điện trở hoạt động như một yếu tố cảm biến thì một thiết bị gạt nước gắn vào trong cảm biến hay một phần cảm biến có khả năng dịch chuyển được. Vì thế cần gạt nước này có thể chuyển động thì phần rãnh và gạt nước tiếp xúc được với vật thể cần đo.
Cấu tạo của cảm biến điện thế gồm có dây điện trở, vật liệu piezoresistive và carbon.
Thiết bị cảm biến điện dung
Cảm biến vị trí điện dung được vận hành theo 2 cấu hình chính như sau:
Thay đổi hằng số điện môi: Trong cơ chế này, cảm biến sử dụng một bộ điện cực gồm hai tấm điện cực có điện dung khác nhau, được phân bố trên một mặt phẳng. Khi một đối tượng được đặt giữa hai tấm điện cực, nó sẽ làm thay đổi hằng số điện môi giữa hai tấm điện cực. Sự thay đổi này sẽ dẫn đến một thay đổi tương ứng trong điện dung của cảm biến, cho phép tính toán được vị trí của đối tượng.
Thay đổi vùng chồng lấp: Trong cơ chế này, cảm biến sử dụng một bộ điện cực gồm một tấm điện cực và một lớp chắn điện trên đó. Khi một đối tượng được đặt gần tấm điện cực, nó sẽ tạo ra một vùng lấp chồng lấp giữa đối tượng và tấm điện cực. Sự thay đổi kích thước của vùng chồng lấp này sẽ dẫn đến sự thay đổi tương ứng trong điện dung của cảm biến, cho phép tính toán được vị trí của đối tượng.
Thiết bị cảm biến quang
Thiết bị vận hành theo 2 cơ chế là ánh sáng từ đầu này đi vào và sẽ nhận ở đầu còn lại. Từ đó có thể theo dõi được bước sóng, cường độ, pha và khả năng phân cực.
Ánh sáng truyền đi được phản xạ từ vật thể sau đó được trả về phía nguồn theo dõi.
Thiết bị cảm biến từ tính
Thiết bị cảm biến vị trí từ tính là một loại cảm biến được sử dụng để xác định vị trí của một đối tượng trong không gian bằng cách đo từ trường tạo ra bởi nam châm hay dòng điện trong đối tượng đó.
Trong trường hợp có một xung điện truyền từ modun điện tư xuống phần ống dẫn sóng thì lúc này từ trường được tạo ra do xung hiện tại tương tác với từ trường và nam châm. Chính nhờ thế tạo ra được sóng âm hoặc sóng biến dạng xoắn trong phần ống dẫn xoắn. Lúc này phần sóng khi đến càng cuối thì cảm biến càng có thể nhận ra sự xuất hiện của chúng.
Thiết bị cảm biến dựa trên hiện tại
Điện xoay chiều khi được đưa vào cuộn dây sẽ tạo ra từ trường, nhờ vào đó hình thành nên dòng điện xoáy trong phần vật liệu dẫn điện. Ngoài ra cũng tạo nên từ trường thứ cấp có hiệu ứng trở kháng vận hành.
Khi vật liệu dẫn điện thay đổi thì sẽ hình thành thay đổi từ trường thứ cấp và làm thay đổi trở kháng được sử dụng nhằm đo đạc các khoảng cách thân dẫn điện của thiết bị.
Thiết bị cảm biến dựa trên hiệuứng Hall
Thiết bị cảm biến vị trí dựa trên hiệu ứng Hall là một loại cảm biến được sử dụng để đo độ chính xác của vị trí hoặc khoảng cách của một đối tượng. Hiệu ứng Hall là hiện tượng khi một dòng điện chạy qua một vật dẫn có từ trường, sẽ tạo ra một điện thế vuông góc với cảm biến từ trường.
Các ứng dụng của cảm ứng vị trí
Cảm ứng vị trí là một công nghệ cho phép thiết bị di động hoặc máy tính bảng xác định được vị trí chính xác của người dùng trên màn hình. Các ứng dụng của cảm ứng vị trí bao gồm:
- Định vị GPS: Cảm ứng vị trí cho phép thiết bị sử dụng hệ thống định vị toàn cầu (GPS) để xác định vị trí của người dùng trên bản đồ.
- Điều khiển bằng cử chỉ: Cảm ứng vị trí cũng cho phép người dùng điều khiển các ứng dụng và trò chơi bằng cử chỉ trên màn hình, chẳng hạn như xoay, vuốt, phóng to và thu nhỏ.
- Tích hợp với bản đồ: Cảm ứng vị trí cũng được sử dụng để tích hợp các dịch vụ bản đồ, như đường dẫn đi từ điểm này đến điểm kia, tìm kiếm địa điểm, tìm kiếm các địa điểm quanh đây và nhiều hơn nữa.
- Điều khiển máy bay không người lái: Cảm ứng vị trí cũng được sử dụng trong máy bay không người lái để giúp máy bay tự động duy trì vị trí và hướng bay.
- Giải trí: Cảm ứng vị trí cũng được sử dụng trong các trò chơi và ứng dụng giải trí, như trò chơi đua xe, đua thuyền, golf, bắn súng và nhiều hơn nữa.
- Y tế: Cảm ứng vị trí cũng được sử dụng trong các ứng dụng y tế để giúp các chuyên gia y tế xác định vị trí của các bệnh nhân và đặt các thiết bị y tế theo cách chính xác hơn.
Cảm biến vị trí trục khuỷu trên xe ô tô
Chức năng và nhiệm vụ của cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến trục khuỷu có chức năng thông báo cho thiết bị ECU của xe ô tô biết chính xác vị trí cốt máy ở những điểm tương ứng với cuối thì nổ. Nhờ vật mà ECU có thể điều chỉnh các thời điểm phun nhiên liệu và đánh lửa thích hợp cho xi lanh động cơ vận hành.
Cảm biến trục khuỷu là một trong những cảm biến quan trọng trong quá trình vận hành động cơ. Trường hợp không có bộ phận này các động cơ không thể hoạt động bình thường, tốc độ vận hành cầm chừng, không đều. Chính vì thế nó có thể xảy ra các hiện tượng máy rung vì đánh lửa sai hoặc hao xăng và tốc độ di chuyển không ổn định.
Khi động cơ vận hành bình thường, điện áp cảm biến trục khủy đạt giá trị từ 0,2-2V và có những dao động từ 200 – 500 Ω. Chính vì thế khi lắp ráp cảm biến, lực xiết cần đảm bảo các tính năng cần thiết là 10N.m.
Vị trí của cảm biến trục khuỷu trên xe
Với các sản phẩm xe đời thấp thì vẫn sử dụng bộ chia điện, bộ phận cảm biến trục khuỷu thường nằm trong Denco.
Các thế hệ động cơ sau này thường sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp, vị trí cảm biến cũng thường nằm ở đầu máy, đuôi bánh đà hoặc giữa các lock máy.
Cấu tạo của cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến vị trí trục khuỷu (hay cảm biến vị trí trục cam) là một thiết bị cơ điện tử được sử dụng để đo vị trí quay của trục khuỷu hoặc trục cam. Thiết bị này được cấu thành từ ba bộ phận chính như sau:
- Một cực nam châm vĩnh cửu: được gắn cố định ở vị trí gần trục quay. Cực nam châm này tạo ra một trường từ tính để tương tác với rotor.
- Một cuộn cảm ứng: được gắn cố định ở vị trí xa hơn so với cực nam châm. Khi rotor quay, nó tạo ra một dòng điện xoay chiều trong cuộn cảm ứng.
- Rotor: Có nhiệm vụ khép mạch từ thông khi nam châm quay trong cuộn cảm ứng. Bộ phận được gắn trên trục quay và nó tương tác với cực nam châm và cuộn cảm ứng để tạo ra tín hiệu đầu ra.
Khi rotor quay, nó tạo ra sự thay đổi trong trường từ tính do cực nam châm tạo ra, gây ra một dòng điện xoay chiều trong cuộn cảm ứng. Tín hiệu điện này được đưa vào một bộ xử lý để xác định vị trí của rotor và quay trục.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến trục khuỷu
Vì là cấu tạo từ một nam châm vĩnh cửu mà vị trí trục khuỷu luôn có từ trường ổn định được sinh ra. Các chân thép được xoay trong từ trường khi có trục khủy quay, điều này hình thành nên sự dao động trong từ trường và điều khiển động cơ vận hành. Trong đó thiết bị sử dụng để tính tốc độ quay tạo ra dòng điện AC nhờ có dao động từ mà đem lại nhiều tính năng hữu ích trong việc xác định tốc độ, vị trí trục cam.
Cách thức kiểm tra, đo kiểm trên cảm biến vị trí trục khuỷu
Do cảm biến vị trí trục khuỷu được chia nhỏ thành các dạng cảm biến điện từ, cảm biến Hall và cảm biến quang, vì thế khi kiểm tra, đo đạc từng loại cảm biến có sự khác nhau như:
Đối với loại cảm biến từ: Kiểm tra điện trở của cuộn dây, nếu khe hở đầu cảm biến tới vành tạo xung 0.3mm – 0.5mm đối với loại nằm trong Denco và 0,5mm – 1,5mm với loại cảm biến đầu Puly hay đuôi bánh đà.
Đối với loại cảm biến Hall và Quang: Để kiểm tra được cảm biến này việc cần làm là bật chìa khóa ON sau đó dùng đồng hồ đo chân Signal khi đề máy sẽ có xuất hiện tín hiệu xung vuông với các thông số kỹ thuật là chân dương 12V, mát V, signal 5V. Khi kết hợp các thiết bị chuẩn đoán có thể đồng thời phân tích tín hiệu cảm biến trục khuỷu bằng phương pháp phân tích dữ liệu Engine Speed.
Các hư hỏng thường gặp trên cảm biến trục khuỷu
Cảm biến trục khuỷu có thể không hoạt động được, hoạt động không ổn định và gặp một số các tình trạng như đứt dây, tín hiệu chạm dương, chạm mát, chết cảm biến, lỏng giắc và chỉnh sai khe hở… Các trường hợp này đều phải mang ô tô đến kiểm tra, sửa chữa để tránh những rủi ro không cần thiết.
Trên đây là toàn bộ những thông tin liên quan đến cảm biến vị trí mà Tuấn Hưng Phát đã tổng hợp được và chia sẻ đến mọi người. Mong rằng với những chia sẻ này sẽ giúp mọi người có thêm kiến thức thú vị hơn về một số thiết bị hiện đại trong cuộc sống.
