Tìm hiểu các loại cảm biến và ứng dụng của chúng
Hiện nay, trong các thiết bị như điện thoại thông minh, máy ảnh, thiết bị y tế, đồ gia dụng đều có chứa một cảm biến bên trong. Việc hiểu rõ về các loại cảm biến và ứng dụng của chúng không chỉ giúp chúng ta tận dụng tối đa những tiện ích mà công nghệ mang lại. Mà còn mở ra những cơ hội mới trong việc phát triển và ứng dụng khoa học kỹ thuật vào đời sống.
Cảm biến là gì?
Cảm biến (sensor) là một loại thiết bị điện tử dùng để phát hiện, đo lường và thu thập thông tin từ môi trường xung quanh. Thông tin này sau đó được chuyển đổi thành các tín hiệu điện hoặc quang học để các thiết bị khác có thể xử lý, ghi lại hoặc hiển thị.
Hiện nay, các loại cảm biến được dùng trong nhiều thiết bị, máy móc để hỗ trợ công việc đo đạc, nghiên cứu khoa học kỹ thuật và nhiều lĩnh vực khác. Cảm biến thường được bố trí ở những vị trí như đầu dò, đầu thu để kết hợp với mạch điện.
Một sensor thường được cấu tạo gồm các bộ phận chính như sau: Các sensor phần tử mạch điện để hình thành mạch điện hệ thống hoàn chỉnh, được đóng gói nhỏ gọn. Khi những tín hiệu phát ra sẽ được quy chuẩn phụ thuộc theo mức điện áp và dòng điện của bộ điều khiển. Cảm biến có đầu dò thu tín hiệu thay đổi dựa theo sự biến đổi của môi trường đó.
Phân loại cảm biến gồm có những loại nào?
Cảm biến thường được phân loại theo nhiều cách khác nhau, dựa theo cấu tạo, tính chất, cách hoạt động… Cụ thể:
Cảm biến chủ động và bị động
– Cảm biến chủ động: Là loại cảm biến sử dụng điện năng để chuyển đổi thành tín hiệu điện. Nó được làm từ các vật liệu gốm, có chức năng chuyển áp suất thành điện tích trên bề mặt. Hầu hết các antenna hiện nay đều thuộc loại cảm biến này.
– Cảm biến bị động: Là loại cảm biến không dùng điện năng bổ sung để chuyển sang tín hiệu điện. Các loại photodiode hoạt động khi có ánh sáng chiếu vào và sẽ làm thay đổi mức điện trở của lớp tiếp giáp bán dẫn p-n phân cực ngược. Biến trở chính là ví dụ điển hình của loại cảm biến này.
Phân loại cảm biến theo nguyên lý hoạt động
– Cảm biến điện trở: Là loại cảm biến hoạt động theo nguyên tắc di chuyển con chạy (hoặc góc quay của biến trở, sự biến đổi điện trở do co dãn vật dẫn).
– Cảm biến cảm ứng: Gồm có cảm biến vi phân xác định vị trí, cảm biến dòng xoáy (ứng dụng trong dò khuyết tật của kim loại, dò mìn), cảm biến cảm ứng điện từ (antenna), cảm biến cảm ứng điện động (có chứng năng chuyển đổi chuyển động sang điện như microphone điện động, đầu thu sóng địa chấn).
– Cảm biến điện dung: Là loại cảm biến chuyển đổi điện dung khi giữa vật thể kim loại với cảm biến có một khoảng cách thay đổi.
– Cảm biến điện trường (FET): Là loại cảm biến hoạt động dựa vào sự thay đổi điện trường để biến đổi cường độ dòng điện bên trong cảm biến.
– Cảm biến áp điện: Loại cảm biến này có chức năng làm biến đổi áp suất sang điện, sử dụng gốm áp điện như titanat bari, mic thu âm, đầu thu sóng…
– Cảm biến quang: Là loại cảm biến ảnh thuộc dòng CMOS hoặc CCD dùng trong camera, đầu dò giấy của máy in.
– Cảm biến nhiệt độ: Loại này được dùng trong các đầu đo/máy đo nhiệt độ, cặp lưỡng kim, linh kiện bán dẫn.
Phân loại các loại cảm biến theo tính chất
Cảm biến sensor còn được phân loại dựa theo tính chất làm việc, thiết kế, cấu tạo cụ thể như sau:
– Cảm biến nhiệt độ: Các cảm biến này được dùng để tiến hành đo đạc nhiệt độ. Khi nhiệt độ có dấu hiệu thay đổi, cảm biến sẽ đo và đưa ra tín hiệu để bộ đọc phân tích, cung cấp kết quả nhiệt độ đo được.
– Cảm biến áp suất: Chức năng chính là đo áp suất, áp lực trong các vật thể như bồn chứa, đường ống dẫn khí, hơi để giúp kiểm soát áp suất hoặc áp lực của các vật thể. Nó có nhiều loại: cảm biến chênh áp, cảm biến tương đối, cảm biến tuyệt đối, cảm biến áp suất âm…
– Cảm biến quang: Cảm biến này có chức năng phát hiện vật, đo được khoảng cách, tốc độ di chuyển của vật cần đo dựa vào nguyên lý ánh sáng. Khi ánh sáng chiếu lên bề mặt cảm biến quang, nó có thể làm thay đổi tính chất.
Ngoài các loại cảm biến trên, còn có một số khác như cảm biến tiệm cận, cảm biến tốc độ, cảm biến chất lỏng…
Ứng dụng của các loại cảm biến
Các loại cảm biến phổ biến nhất hiện nay gồm: Cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, cảm biến âm thanh hoặc microphone, cảm biến áp suất, cảm biến chuyển động, cảm biến độ ẩm, cảm biến gia tốc, cảm biến khí gas. Chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp, y tế, gia đình, đến các thiết bị điện tử tiêu dùng. Cụ thể:
| Loại cảm biến | Ứng dụng |
| Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensors) | Dùng trong máy đo nhiệt độ, nhiệt kế để giám sát và điều khiển nhiệt độ trong quá trình sản xuất, đo nhiệt độ của cơ thể và thiết bị.
|
| Cảm biến ánh sáng (Light Sensors) | Sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như điện thoại thông minh.
Dùng trong máy đo cường độ ánh sáng. để đo ánh sáng môi trường, đèn… |
| Cảm biến âm thanh (Sound Sensors) | Dùng trong các thiết bị như microphone, hệ thống nhận diện giọng nói, thiết bị ghi âm, máy đo cường độ âm thanh tiếng ồn. |
| Cảm biến áp suất (Pressure Sensors) | Sử dụng trong máy đo áp suất để đo lường áp suất của hệ thống đường ống, nồi hơi, đo áp suất lốp và các hệ thống nhiên liệu |
| Cảm biến độ ẩm (Humidity Sensors) | Là bộ phận của máy đo độ ẩm để kiểm soát môi trường trong nhà kính, kho chứa hàng, trong nhà… |
| Cảm biến khí gas (Gas Sensors) | Dùng trong máy đo khí gas để phát hiện rò rỉ khí gas trong quá trình sản xuất, khai thác, bếp gas để đảm bảo an toàn |
Tiêu chí lựa chọn cảm biến phù hợp
Mỗi loại cảm biến đều có những thông số đặc trưng riêng, nhưng khi mua thiết bị này bạn cần chú ý các thông số chung dưới đây để chọn đúng loại cảm biến phù hợp:
- Độ nhạy: mức số liệu nhỏ nhất mà cảm biến có thể thu được
- Mức tuyến tính: khoảng giá trị được biến đổi, có hệ số biến đổi cố định
- Dải biến đổi: khoảng giá trị mà cảm biến có thể chuyển thành tín hiệu điện (dải đo)
- Độ nhiễu tín hiệu: cảm biến có độ nhiễu càng thấp thì càng chất lượng
- Sai số: mức sai số tín hiệu mà cảm biến nhận được
- Độ trôi: sự thay đổi tham số theo thời gian làm việc
- Độ trễ: tốc độ thu thập dữ liệu của các loại cảm biến khi môi trường biến đổi
- Độ tin cậy: khả năng làm việc ổn định, chịu được biến động lớn của môi trường
- Điều kiện môi trường: dải nhiệt độ, độ ẩm, áp suất… mà cảm biến làm việc được.
Cảm biến là một phần không thể thiếu trong các hệ thống tự động và IoT (Internet of Things), nơi chúng thu thập dữ liệu để các thiết bị có thể hoạt động một cách thông minh và hiệu quả. Hy vọng qua bài viết trên, bạn đã nắm được thông tin về các loại cảm biến cũng như các thiết bị sử dụng những cảm biến này. Nếu có nhu cầu mua các thiết bị đó, hãy liên hệ TKTECH để được tư vấn chi tiết hơn nhé!
