Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến mà chúng ta thường gặp ngày nay bởi chúng được lắp đặt trong những smartphone. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu
cảm biến tiệm cận là gì? Có các loại cảm biến tiệm cận nào? Và ứng dụng cảm biến tiệm cận trong thực tế là gì? Để giải đáp những câu hỏi này, hãy cùng
Bảo An tìm hiểu trong bài viết sau đây.
1. Cảm biến tiệm cận là gì?
Cảm biến tiệm cận là gì?
Cảm biến tiệm cận (hay cảm biến gần), tên tiếng Anh là Proximity sensor là một loại cảm biến không tiếp xúc, được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của các vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. Cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi của một trong các đại lượng vật lý (như điện từ, từ trường, hay sóng siêu âm) khi có sự thay đổi của vật thể đến gần cảm biến.
Cảm biến tiệm cận là gì?
2. Các đặc điểm của cảm biến tiệm cận
Các loại cảm biến tiệm cận có các đặc điểm quan trọng có thể kể đến như sau:
- Có thể phát hiện được vật thể mà không cần phải tiếp xúc hay tác động lên vật, khoảng cách phát hiện vật có thể lên tới 30mm.
- Cảm biến tiệm cận hoạt động ổn định, chống rung và chống sốc tốt.
- Tốc độ phản hồi của cảm biến nhanh, tuổi thọ cao hơn so với công tắc hành trình.
- Đầu cảm biến nhỏ nên có thể lắp đặt ở nhiều nơi.
- Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.
3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận
Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận là gì? Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận là dựa trên nguyên tắc cảm ứng và phản ứng với sự thay đổi trong môi trường xung quanh chúng. Nguyên lý hoạt động của mỗi loại cảm biến tiệm cận có thể khác nhau nhưng chúng thường được phân thành 3 loại cơ bản là: cảm biến điện từ, cảm biến quang và cảm biến cơ học. Dưới đây là cách hoạt động của mỗi loại cảm biến:
- Cảm biến điện từ: Cảm biến tiệm cận điện từ dựa trên cảm ứng điện từ sử dụng nguyên lý làm thay đổi trong trường điện từ để phát hiện sự hiện diện của vật thể. Cảm biến tạo ra một trường điện từ ở xung quanh nó. Khi một vật thể tiếp cận cảm biến và làm thay đổi trường điện từ, điện áp hay dòng điện đầu ra cũng thay đổi theo và điều này được dùng để xác định sự hiện diện và khoảng cách của vật thể.
- Cảm biến quang: Cảm biến tiệm cận quang hoạt động dựa trên nguyên tắc sự phản xạ hoặc hấp thụ ánh sáng để phát hiện sự có mặt của vật thể. Cảm biến quang phát ra tia ánh sáng (có thể là hồng ngoại hoặc laser) và đo lường ánh sáng phản xạ hoặc hấp thụ khi nó chạm vào vật thể. Sự thay đổi trong ánh sáng phản xạ được sử dụng để phát hiện sự có mặt và khoảng cách của vật thể.
- Cảm biến cơ học: Cảm biến tiệm cận cơ học sử dụng nguyên tắc thay đổi về cơ học để phát hiện sự có mặt hoặc sự tiếp xúc với vật thể. Loại cảm biến này có thể sử dụng cơ học như sự nén hoặc sự tách rời để kích hoạt cảm biến. Khi có vật thể tiếp xúc hoặc tách ra thì sự thay đổi về áp lực hoặc vị trí sẽ kích hoạt cảm biến.
Nhìn chung, trong tất cả các loại cảm biến tiệm cận, thông tin từ cảm biến thường được chuyển đến mạch điện tử để xử lý và đưa ra kết quả. Cảm biến tiệm cận có thể được sử dụng để phát hiện sự có mặt của vật thể hoặc khoảng cách của vật thể, và thông tin này có thể được sử dụng để kích hoạt các hệ thống điều khiển, cảnh báo hoặc thay đổi hoạt động của các thiết bị tương ứng.
4. Các loại cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận chủ yếu được phân loại theo nguyên lý hoạt động và cấu trúc của chúng. Dưới đây là một số cách phân loại chính của cảm biến tiệm cận
4.1. Phân loại theo kiểu hoạt động
- Theo kiểu hoạt động, cảm biến tiệm cận được phân thành 2 loại chính đó là cảm biến tiệm cận từ và cảm biến tiệm cận điện dung. Cụ thể như sau:
a. Cảm biến tiệm cận từ
Cảm biến tiệm cận từ, hay còn gọi là
cảm biến từ, là cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý như sau: Từ trường do cuộn dây của cảm biến sẽ thay đổi khi tương tác với vật thể kim loại do đó loại cảm biến này chỉ phát hiện được vật thể kim loại.
Cảm biến tiệm cận từ
Có 2 loại cảm biến từ chính đó là:
- Cảm biến từ có bảo vệ (shielded): Là loại cảm biến mà từ trường được tập trung ở trước mặt sensor nên ít bị nhiễu bởi kim loại xung quanh nhưng khoảng cách đo lại ngắn đi
- Cảm biến từ không có vả vệ (Un-shielded): Là loại cảm biến không có bảo vệ từ trường xung quanh mặt sensor nên khoảng cách phát hiện xa hơn, tuy nhiên lại dễ bị nhiễu bởi kim loại xung quanh.
Các loại cảm biến từ chính
Đặc điểm của cảm biến tiệm cận từ:
- Chỉ phát hiện được các vật thể là kim loại.
- Khoảng cách đo ngắn so với loại điện dung.
- Ít bị nhiễu bởi môi trường xung quanh.
b. Cảm biến tiệm cận điện dung
Cảm biến tiệm cận điện dung hay còn gọi là cảm biến điện dung, loại cảm biến này hoạt động theo nguyên tắc tĩnh điện, tức là sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu cảm biến.
Cảm biến tiệm cận điện dung
Cảm biến tiệm cận điện dung có các ứng dụng chính có thể kể đến như sau: phát hiện mức chất lỏng và chất lỏng, đếm sản phẩm trong dây chuyền sản xuất, phát hiện hoặc đếm các vật kim loại và giám sát hoạt động của khuôn dập,...
==> Tham khảo thêm thông số kỹ thuật và hình ảnh của sản phẩm Cảm biến điện dung báo mức chất lỏng SICK CQF16-06ENOEW1 tại đây.
4.2. Dựa trên phạm vi hoạt động
- Cảm biến tiệm cận đo: Loại cảm biến này phát hiện sự có mặt của các loại vật thể trong phạm vi ngắn, thường là vài centimet đến vài decimet.
- Cảm biến tiệm cận khoảng cách: Cảm biến này đo lường khoảng cách chính xác hơn và thường có phạm vi hoạt động lớn hơn so với cảm biến tiệm cận đo.
4.3. Phân loại dựa trên kiểu đầu ra
- Cảm biến tiệm cận kỹ thuật số: Loại cảm biến này có đầu ra là tín hiệu số như bit 0 hoặc 1, thường thể hiện sự có mặt hoặc không có mặt của vật thể.
- Cảm biến tiệm cận ngõ ra tương tự: Ngõ ra của cảm biến này là tín hiệu liên tục, thường thể hiện một giá trị đo lường của khoảng cách hoặc độ phân giải.
5. Ứng dụng của cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp và các lĩnh vực khác nhau nhờ vào khả năng phát hiện sự hiện diện của vật thể mà không cần tiếp xúc. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của cảm biến tiệm cận:
- Ứng dụng trong ngành công nghiệp tự động hóa: Cảm biến tiệm cận được sử dụng để phát hiện sự hiện diện hoặc vắng mặt của các vật thể trên dây chuyền sản xuất, từ đó giúp điều khiển các hoạt động tự động như di chuyển, đóng mở, hoặc kiểm tra các sản phẩm.
- Ứng dụng trong ngành ô tô: Cảm biến tiệm cận giúp đo khoảng cách trong các hệ thống hỗ trợ lái xe, chẳng hạn như trong cảm biến đỗ xe (parking sensors), cảnh báo va chạm, hoặc hệ thống kiểm soát hành trình.
- Ứng dụng trong ngành chế tạo và sản xuất: Cảm biến tiệm cận giúp kiểm tra xem các bộ phận hoặc sản phẩm có đúng vị trí hay không, giúp phát hiện ra lỗi trong quá trình sản xuất.
- Ứng dụng trong ngành điện tử và thiết bị tiêu dùng: Cảm biến tiệm cận được tích hợp trong các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại, máy tính bảng để nhận diện khi người dùng đến gần hoặc rời xa, điều khiển các chức năng như bật/mở màn hình, hoặc thay đổi cài đặt.
- Ứng dụng trong ngành y tế: Cảm biến tiệm cận có thể được sử dụng trong các thiết bị y tế để phát hiện sự hiện diện của vật thể (ví dụ: tay người, dụng cụ y tế) mà không cần tiếp xúc trực tiếp.
6. Lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận
Khi sử dụng cảm biến tiệm cận, có một số lưu ý quan trọng để đảm bảo cảm biến hoạt động chính xác và bền bỉ trong môi trường làm việc. Dưới đây là các điểm cần chú ý:
- Chọn loại cảm biến phù hợp:
+ Chọn đúng loại cảm biến: Cảm biến tiệm cận có nhiều loại (cảm ứng điện từ, điện dung, quang học, siêu âm, v.v.), mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng. Việc chọn loại cảm biến phù hợp với vật liệu cần phát hiện (kim loại, phi kim loại, vật thể không dẫn điện, v.v.) và môi trường làm việc (nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn) rất quan trọng.
+ Khoảng cách phát hiện: Chú ý đến khoảng cách phát hiện của cảm biến, vì mỗi loại cảm biến có dải phát hiện khác nhau. Đảm bảo rằng khoảng cách này đủ để phát hiện các vật thể trong ứng dụng của bạn.
- Lắp đặt đúng cách:
+ Vị trí lắp đặt: Đảm bảo cảm biến được lắp đặt ở vị trí phù hợp, tránh bị cản trở bởi các vật thể hoặc môi trường xung quanh. Ví dụ, các cảm biến quang học cần đảm bảo rằng tia sáng không bị che khuất hoặc phản xạ không chính xác.
+ Hướng lắp đặt: Cảm biến nên được lắp đặt theo hướng mà vật thể sẽ di chuyển đến hoặc gần. Đảm bảo rằng cảm biến không bị tác động bởi các yếu tố ngoài tầm kiểm soát, như rung động hay các vật thể di chuyển không liên quan.
- Điều kiện môi trường:
+ Nhiệt độ và độ ẩm: Các cảm biến tiệm cận có thể hoạt động không ổn định nếu môi trường có nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, hoặc độ ẩm quá cao. Hãy kiểm tra thông số kỹ thuật của cảm biến để đảm bảo rằng nó có thể chịu đựng được điều kiện làm việc cụ thể.
+ Bụi bẩn và các yếu tố tác động khác: Đối với cảm biến quang học hoặc siêu âm, môi trường nhiều bụi bẩn, hơi nước hoặc vật cản có thể gây ảnh hưởng đến hiệu suất. Chọn các cảm biến có lớp bảo vệ phù hợp nếu môi trường làm việc có nhiều yếu tố này.
- Điều chỉnh độ nhạy:
+ Điều chỉnh độ nhạy: Nhiều loại cảm biến tiệm cận cho phép người sử dụng điều chỉnh độ nhạy của chúng. Hãy điều chỉnh để cảm biến có thể phát hiện vật thể chính xác mà không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi không mong muốn trong môi trường xung quanh (ví dụ: thay đổi nhiệt độ hoặc vật thể không liên quan).
+ Cảnh báo khi phát hiện sai: Đảm bảo rằng hệ thống điều khiển có thể nhận biết khi cảm biến hoạt động không chính xác, tránh các lỗi phát hiện hoặc sai sót.
- Kiểm tra và bảo trì định kỳ:
+ Kiểm tra định kỳ: Cảm biến tiệm cận cần được kiểm tra định kỳ để đảm bảo chúng hoạt động bình thường. Đặc biệt trong môi trường công nghiệp, nơi có các yếu tố như bụi, độ ẩm, hoặc rung động mạnh, cảm biến có thể bị hư hỏng hoặc giảm hiệu suất theo thời gian.
+ Vệ sinh cảm biến: Đối với các cảm biến quang học và siêu âm, cần vệ sinh chúng thường xuyên để loại bỏ bụi bẩn hoặc các vật cản có thể làm giảm độ chính xác. Các cảm biến có thể có lớp bảo vệ, nhưng cần tránh các chất tẩy rửa mạnh có thể làm hỏng cảm biến.
Kết luận: Trên đây là những kiến thức hữu ích về cảm biến tiệm cận mà Bảo An đã đem đến cho các bạn. Hy vọng rằng những kiến thức này sẽ giúp ích cho công việc của các bạn.
