Với khả năng nhận diện vật thể chính xác và nhanh chóng, cảm biến tiệm cận được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hệ thống an ninh, đồ gia dụng,... Đây là một phát minh công nghệ hiện đại, góp phần giúp cuộc sống tiện nghi và an toàn hơn.
Cảm biến tiệm cận là gì?
Cảm biến tiệm cận (tiếng anh: Proximity sensor) là một loại cảm biến có khả năng phát hiện vật thể trong khoảng cách gần bằng cách sử dụng sóng siêu âm, từ trường, ánh sáng,... mà không tiếp xúc trực tiếp. Khi vật thể đến gần cùng cảm biến, cảm biến sẽ gửi tín hiệu để hệ thống điều khiển thực hiện các hành động cụ thể.
Cảm biến tiệm cận
Với nhiều đặc điểm nổi bật, cảm biến tiệm cận có vai trò rất quan trọng đời sống hiện nay. Các đặc điểm đó là:
- Tiếp xúc phi vật lý: Không cần chạm trực tiếp, cảm biến có thể phát hiện sự hiện diện của vật thể trong phạm vi tương đối ngắn, chưa tới 1m tùy theo loại cảm biến và đối tượng nhận diện.
- Phản hồi nhanh chóng: Cảm biến có khả năng phát hiện và phản hồi nhanh chóng, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tốc độ xử lý cao như cánh tay robot, dây chuyền sản xuất tự động,...
- Phát hiện được nhiều loại vật liệu: Đây là đặc điểm quan trọng để phân biệt cảm biến tiệm cận với cảm biến kim loại - loại cảm biến được ứng dụng trong máy dò kim loại. Ngoài các vật thể làm bằng kim loại, cảm biến tiệm cận có khả năng phát hiện các vật thể làm từ nhựa, gỗ, giấy,... và cả con người tùy theo công nghệ sử dụng.
- Tính ứng dụng cao: Được dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y tế, giáo dục, giao thông, vận tải,...
Phân loại cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận được chia thành nhiều loại khác nhau tùy theo từ tiêu chí phân loại. Trong đó, các loại cảm biến tiệm cận phổ biến hiện nay là:
Cảm biến tiệm cận điện từ
Cảm biến tiệm cận điện từ (Tiếng anh: inductive proximity sensor) là loại cảm biến có khả năng phát hiện các vật thể kim loại (nhôm, đồng, sắt, thiếc,...) trong khoảng cách gần nhờ sử dụng từ trường. Loại cảm biến này còn được gọi là cảm biến tiệm cận kim loại.
Khi vật thể đi vào vùng từ trường của cảm biến sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng, làm thay đổi từ trường ban đầu và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu này được xử lý để xác minh sự hiện diện của vật thể kim loại.
Cảm biến tiệm cận kim loại
Cảm biến tiệm cận siêu âm
Cảm biến tiệm cận siêu âm (tiếng anh: ultrasonic proximity sensor) là loại cảm biến sử dụng sóng siêu âm để phát hiện vật thể. Khi hoạt động, cảm biến sẽ phát ra xung sóng siêu âm tần số cao, vượt qua khả năng nghe của con người. Dựa vào thời gian phản hồi khi sóng siêu âm phản xạ lại từ bề mặt vật thể, cảm biến sẽ nhận biết được vật thể, tính toán khoảng cách và gửi tín hiệu điều khiển đến bộ điều khiển trung tâm.
Cảm biến siêu âm có phạm vi hoạt động rộng, phát hiện được cả vật thể kim loại và phi kim loại. Tuy nhiên, sóng siêu âm có thể bị hấp thụ bởi nhiệt độ và một số vật liệu như vật liệu xốp (mút xốp, sợi thủy tinh,...), vật liệu đàn hồi (cao su,..), chất lỏng có độ nhớt (dầu, mỡ,...),...
Cảm biến tiệm cận siêu âm
Cảm biến tiệm cận hồng ngoại
Cảm biến tiệm cận hồng ngoại (tiếng anh: infrared proximity sensor) là một trong các loại cảm biến tiệm cận có nhiều ứng dụng nhất trong đời sống. Khi hoạt động, cảm biến phát ra tia hồng ngoại và đo sự phản xạ của tia này khi gặp vật thể để có thể xác định được khoảng cách cũng như sự hiện diện của vật thể.
Cảm biến tiệm cận hồng ngoại có độ nhạy cao, có khả năng phát hiện các vật liệu phi kim loại như thủy tinh, gỗ, nhựa, cơ thể người,.... nên được ứng dụng rộng rãi.
Cảm biến tiệm cận hồng ngoại
Ngoài ra còn có nhiều loại cảm biến tiệm cận khác như điện dung, tiệm cận quang, tiệm cận siêu âm,...
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận là gì?
Cấu tạo của cảm biến tiệm cận
Cấu tạo cảm biến tiệm cận gồm các bộ phận cơ bản sau:
- Phần cảm biến: Đây là bộ phận quan trọng, đóng vai trò then chốt trong việc phát hiện vật thể. Phần cảm biến có nhiệm vụ phát ra tín hiệu (có thể là từ trường, tia hồng ngoại, sóng siêu âm,...), sau đó thu thập thông tin về sự thay đổi và chuyển thành tín hiệu điện từ để truyền đến các bộ phận khác của cảm biến.
- Mạch dao động: Tạo ra tín hiệu điện từ có tần số cao và tương tác với vật thể khi nó đến gần đầu cảm biến.
- Bộ cảm nhận: Nhận tín hiệu phản hồi từ đầu cảm biến.
- Bộ xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu được gửi về từ bộ cảm nhận.
- Bộ mạch tín hiệu: Có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu được phân tích từ bộ xử lý thành tín hiệu đầu ra để thực hiện một hành động cụ thể.
Các bộ phận cơ bản cấu tạo cảm biến tiệm cận điện từ
Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận hoạt động dựa vào việc phát hiện sự thay đổi của tín hiệu khi có vật thể xuất hiện trong phạm vi cảm nhận của cảm biến. Chi tiết về cách thức vận hành của cảm biến tiệm cận như sau:
- Phát ra tín hiệu: Cảm biến phát ra tín hiệu trong phạm vi cảm biến. Tín hiệu có thể là từ trường, điện trường, ánh sáng, sóng,... tùy theo loại cảm biến.
- Tương tác với vật thể: Khi vật thể tiến vào vùng hoạt động của cảm biến, tín hiệu sẽ tương tác với vật thể, dẫn đến sự thay đổi.
- Thu nhận tín hiệu: Sự thay đổi của tín hiệu được cảm biến thu lại, chuyển đến bộ phận tích và xử lý.
- Kích hoạt tín hiệu đầu ra: Sau khi xác định có thể vật thể, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đầu ra.
Ứng dụng của cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận dùng để làm gì? Với khả năng phát hiện chính xác vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp, cảm biến tiệm cận được dùng rộng rãi trong đời sống với các ứng dụng sau:
Trong sản xuất công nghiệp
- Lắp trên các dây chuyền sản xuất tự động để đếm số lượng sản phẩm, phát hiện sản phẩm lỗi/ bị thiếu,....
- Định vị vị trí vật liệu và điều khiển cánh tay robot thực hiện thao tác lắp ráp tự động,...
- Kiểm soát quá trình trình hàn, cắt, tiện,... của một số loại máy móc công nghiệp hiện đại.
Dây chuyền lắp ráp tự động bằng cánh tay robot
Trong giao thông vận tải
- Xây dựng hệ thống bãi đỗ xe thông minh, giúp phát hiện và cảnh báo vật cản giúp tài xế dễ dàng điều chỉnh vị trí khi đỗ xe.
- Điều khiển cửa tự động trên các phương tiện công cộng như xe buýt, tàu điện ngầm,...
- Một số phương tiện hiện đại tích hợp cảm biến để cảnh báo người lái về các vật thể di chuyển gần xe, hạn chế va chạm,...
Cửa xe bus đóng/ mở tự động nhờ tích hợp cảm biến
Đồ gia dụng, thiết bị tiêu dùng thông minh
- Tắt màn hình điện thoại tự động khi đưa điện thoại đến gần tai trong cuộc gọi. Tính năng này giúp tiết kiệm pin và tránh các thao tác chạm ngoài ý muốn.
- Cảm biến tiệm cận sử dụng để kích hoạt các thiết bị như đèn, điều hòa,... khi có người vào phòng và tự tắt khi không có ai ở trong phòng.
Đèn chiếu sáng thông minh
Các ứng dụng khác
- Cảm biến tiệm cận được tích hợp trong hệ thống giám sát an ninh để phát hiện các đối tượng xâm nhập trái phép vào khu vực cấm.
- Tại các tòa nhà thương mại, cảm biến được ứng dụng để đóng/ mở cửa tự động khi có người đến gần.
- Ngoài ra, cảm biến tiệm cận còn được lắp đặt tại các vòi nước rửa tay tự động, thiết bị bay không người lái, hệ thống tưới nước tự động,..
Phát hiện xâm nhập trái phép bằng cảm biến hồng ngoại
Lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận
Khi sử dụng cảm biến tiệm cận, chúng ta cần lưu ý một số vấn đề sau:
- Chọn loại cảm biến phù hợp với môi trường và đối tượng cần phát hiện. Ví dụ, cảm biến điện từ phù hợp phát hiện các vật thể kim loại; cảm biến siêu âm thích hợp dùng cho các vật thể phi kim loại,... Ngoài ra, cần chú ý đến môi trường sử dụng khi chọn cảm biến bởi hiệu suất hoạt động của cảm biến có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, nhiễu điện từ,...
- Hiểu rõ phạm vi hoạt động của cảm biến, đảm bảo khoảng cách giữa vật thể và cảm biến vừa đủ để cảm biến hoạt động chính xác nhất.
- Đảm bảo cảm biến tiệm cận được lắp đặt đúng hướng và đúng vị trí để có thể phát hiện cũng như phản ứng với sự thay đổi của môi trường chính xác.
- Đảm bảo nguồn điện cấp cho cảm biến ổn định, phù hợp với yêu cầu của hệ thống. Nguồn điện không ổn định sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của cảm biến.
- Thường xuyên vệ sinh, bảo dưỡng, kiểm tra tính chính xác, hiệu chỉnh cảm biến nhằm giúp thiết bị hoạt động tốt nhất.
Cảm biến tiệm cận là thiết bị có quan trọng, góp phần giúp tự động hóa sản xuất công nghiệp và hiện đại hóa nhiều hoạt động sống của con người, nâng cao chất lượng cuộc sống. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cảm biến tiệm cận là gì và thông tin tổng quan về loại cảm biến này nhé.
Chia sẻ nhận xét của bạn về Cảm biến tiệm cận là gì? Nguyên lý, phân loại và ứng dụng