Cảm biến là gì? Các loại cảm biến cơ bản
1. Cảm biến là gì?
2. Phân loại cảm biến
3. Các loại cảm biến thông dụng
1. Cảm biến là gì?
Cảm biến là một thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý, hóa học hay sinh học của môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó.
Nhiệm vụ chính của chúng nhằm để đo lường các đại lượng hoặc xác định một hiện tượng vật lý nào đó cụ thể. Ngoài ra, cảm biến được dùng để kết nối với các thiết bị hỗ trợ và điều khiển tín hiệu.
2. Phân loại cảm biến
Có nhiều cách phân loại cảm biến sensor. Người ta chia cảm biến theo kiểu hoạt động, bị động. Hoặc phân chia theo phương tiện phát hiện, hiện tượng chuyển đổi. Cụ thể:
- Cảm biến hoạt động và cảm biến bị động: Cảm biến hoạt động đòi hỏi tín hiệu kích thích bên ngoài hoặc tín hiệu nguồn. Cảm biến thụ động thì không yêu cầu bất kỳ tín hiệu nguồn bên ngoài nào và trực tiếp tạo ra phản ứng đầu ra.
- Phân loại theo phương tiện phát hiện được dùng trong cảm biến: điện, sinh học, hóa học, phóng xạ,..
- Phân loại dựa trên hiện tượng chuyển đổi tức là đầu vào và đầu ra: quang điện, nhiệt điện, điện hoá, điện từ,....
- Phân loại theo công nghệ: cảm biến analog và cảm biến kỹ thuật số. Cảm biến analog tạo một đầu ra analog, tín hiệu đầu ra liên tục liên quan đến đại lượng được đo. Cảm biến kỹ thuật số hoạt động với dữ liệu rời rạc hoặc kỹ thuật số. Loại cảm biến này được dùng để chuyển đổi và truyền tải.
Ngoài ra, người ta có thể chia cảm biến sensor thành hai kiểu: các loại sensor cảm biến vật lý và cảm biến hoá học.
- Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng, hồng ngoại, tia X, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, từ trường,...
- Cảm biến hoá học: độ ẩm, độ PH, ion, khói,....
3. Các loại cảm biến thông dụng
Cảm biến hồng ngoại (infrared sensor)
Cảm biến hồng ngoại (IR sensor) là thiết bị điện tự động hoạt động trên nguyên tắc điện tử điện dung, dùng để đo và phát hiện các bức xạ hồng ngoại. Bức xạ hồng ngoại là những nguồn sáng mà mắt người không thể nhìn thấy được, bởi bước sóng hồng ngoại rộng hơn với ánh sáng khả biến. Do vậy, bất cứ vật thể gì phát ra mức nhiệt lớn hơn 5 độ C đều phát ra bước sóng hồng ngoại.
Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm biến ánh sáng. Đồng thời, thiết bị cảm ứng hồng ngoại có cấu tạo tương tự so với cảm biến ánh sáng.
2. Phân loại cảm biến
3. Các loại cảm biến thông dụng
1. Cảm biến là gì?
Cảm biến là một thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý, hóa học hay sinh học của môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó.
Nhiệm vụ chính của chúng nhằm để đo lường các đại lượng hoặc xác định một hiện tượng vật lý nào đó cụ thể. Ngoài ra, cảm biến được dùng để kết nối với các thiết bị hỗ trợ và điều khiển tín hiệu.
2. Phân loại cảm biến
Có nhiều cách phân loại cảm biến sensor. Người ta chia cảm biến theo kiểu hoạt động, bị động. Hoặc phân chia theo phương tiện phát hiện, hiện tượng chuyển đổi. Cụ thể:
- Cảm biến hoạt động và cảm biến bị động: Cảm biến hoạt động đòi hỏi tín hiệu kích thích bên ngoài hoặc tín hiệu nguồn. Cảm biến thụ động thì không yêu cầu bất kỳ tín hiệu nguồn bên ngoài nào và trực tiếp tạo ra phản ứng đầu ra.
- Phân loại theo phương tiện phát hiện được dùng trong cảm biến: điện, sinh học, hóa học, phóng xạ,..
- Phân loại dựa trên hiện tượng chuyển đổi tức là đầu vào và đầu ra: quang điện, nhiệt điện, điện hoá, điện từ,....
- Phân loại theo công nghệ: cảm biến analog và cảm biến kỹ thuật số. Cảm biến analog tạo một đầu ra analog, tín hiệu đầu ra liên tục liên quan đến đại lượng được đo. Cảm biến kỹ thuật số hoạt động với dữ liệu rời rạc hoặc kỹ thuật số. Loại cảm biến này được dùng để chuyển đổi và truyền tải.
Ngoài ra, người ta có thể chia cảm biến sensor thành hai kiểu: các loại sensor cảm biến vật lý và cảm biến hoá học.
- Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng, hồng ngoại, tia X, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, từ trường,...
- Cảm biến hoá học: độ ẩm, độ PH, ion, khói,....
3. Các loại cảm biến thông dụng
Cảm biến hồng ngoại (infrared sensor)
Cảm biến hồng ngoại (IR sensor) là thiết bị điện tự động hoạt động trên nguyên tắc điện tử điện dung, dùng để đo và phát hiện các bức xạ hồng ngoại. Bức xạ hồng ngoại là những nguồn sáng mà mắt người không thể nhìn thấy được, bởi bước sóng hồng ngoại rộng hơn với ánh sáng khả biến. Do vậy, bất cứ vật thể gì phát ra mức nhiệt lớn hơn 5 độ C đều phát ra bước sóng hồng ngoại.
Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm biến ánh sáng. Đồng thời, thiết bị cảm ứng hồng ngoại có cấu tạo tương tự so với cảm biến ánh sáng.
Cấu tạo cảm biến hồng ngoại:
- Đèn led hồng ngoại - thiết bị phát ra nguồn sáng hồng ngoại.
- Máy dò hồng ngoại - thiết bị nhận tín hiệu và phát hiện bức xạ hồng ngoại phản xạ trở lại.
- Điện trở - Thiết bị có tác dụng cản trở cường độ dòng điện quá lớn chạy quá đèn led làm hệ thống chập cháy.
- Dây điện - Có tác dụng kết nối các chi tiết tạo nên cảm biến hồng ngoại hoạt động ổn định.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại cũng khá đơn giản.
Khi con vật hay con người đi ngang qua thiết bị, sẽ xuất hiện một tín hiệu, tín hiệu này sẽ được cảm biến thu vào và cho vào mạch xử lý để tạo tác dụng điều khiển thiết bị.
Phân loại cảm biến hồng ngoại: 2 loại
- Chủ động (AIR): Có cấu tạo gồm diode phát sáng (LED) và máy thu. Khi một vật thể đến gần cảm biến, thiết bị sẽ chủ động phát ra ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED và phản xạ vào vật thể trở lại mà người nhận có thể nhận thấy được. Ứng dụng này thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật (như trong robot).
- Thụ động (PIR): Thiết bị không thể phát ra bức xạ hồng ngoại mà chỉ có thể phát hiện được bức xạ phát ra từ các vật thể khác như người, độc vật hoặc nguồn nhiệt. Cảm biến hồng ngoại thụ động sẽ phát hiện vật thể phát bức xạ hồng ngoại và chuyển tín hiệu thành báo động. Vì vậy người ta gọi đó là thụ động, chỉ phát hiện chứ không phải là nguồn phát ra tia hồng ngoại.
Ưu nhược điểm của cảm biến hồng ngoại:
- Ưu điểm:
+ Cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao trong xác định vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại trong không gian.
+ Thiết kế cảm biến cho phép xác định khoảng cách chính xác của vật thể phát bức xạ hồng ngoại.
+ Thiết kế và cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ.
- Nhược điểm:
+ Cảm biến hồng ngoại phụ thuộc nhiều vào điều kiện nhiệt độ môi trường. Với những môi trường có nhiệt độ cao, cảm biến sẽ hoạt động kém hiệu quả.
+ Góc và phạm vi quét cảm biến hồng ngoại hạn chế, nhiều góc chết.
+ Độ nhạy cao nên dễ nhầm lẫn khi phát hiện ra chuyển động.
Một số ứng dụng cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các thiết bị đó là đèn cảm ứng hoặc dùng làm thiết bị chống trộm.
Cảm biến điện dung (Capacitive sensor)
Cảm biến điện dung hay còn gọi là cảm biến điện môi, đây là thiết bị dùng để đo hằng số điện môi ở môi trường xung quanh và dùng để phát hiện chất lỏng, chất rắn,… Hoặc có thể dùng đo mức liên tục ngõ ra tín hiệu 4 – 20mA, 0 – 10V. Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện bên trong của cảm biến
Đây là thiết bị được ứng dụng rộng rãi nhất đo mức nước sạch, đo mức acid, báo mức hóa chất, dầu,… tất cả chất lòng hoặc trong các môi trường hầm mỏ, lò hơi. trong công nghiệp sản xuất, lắp ráp, chế biến. Tùy theo mỗi hệ thống mà sử dụng các cảm biến điện môi 12v, 24v, 220v,….
- Đèn led hồng ngoại - thiết bị phát ra nguồn sáng hồng ngoại.
- Máy dò hồng ngoại - thiết bị nhận tín hiệu và phát hiện bức xạ hồng ngoại phản xạ trở lại.
- Điện trở - Thiết bị có tác dụng cản trở cường độ dòng điện quá lớn chạy quá đèn led làm hệ thống chập cháy.
- Dây điện - Có tác dụng kết nối các chi tiết tạo nên cảm biến hồng ngoại hoạt động ổn định.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại cũng khá đơn giản.
Khi con vật hay con người đi ngang qua thiết bị, sẽ xuất hiện một tín hiệu, tín hiệu này sẽ được cảm biến thu vào và cho vào mạch xử lý để tạo tác dụng điều khiển thiết bị.
Phân loại cảm biến hồng ngoại: 2 loại
- Chủ động (AIR): Có cấu tạo gồm diode phát sáng (LED) và máy thu. Khi một vật thể đến gần cảm biến, thiết bị sẽ chủ động phát ra ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED và phản xạ vào vật thể trở lại mà người nhận có thể nhận thấy được. Ứng dụng này thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật (như trong robot).
- Thụ động (PIR): Thiết bị không thể phát ra bức xạ hồng ngoại mà chỉ có thể phát hiện được bức xạ phát ra từ các vật thể khác như người, độc vật hoặc nguồn nhiệt. Cảm biến hồng ngoại thụ động sẽ phát hiện vật thể phát bức xạ hồng ngoại và chuyển tín hiệu thành báo động. Vì vậy người ta gọi đó là thụ động, chỉ phát hiện chứ không phải là nguồn phát ra tia hồng ngoại.
Ưu nhược điểm của cảm biến hồng ngoại:
- Ưu điểm:
+ Cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao trong xác định vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại trong không gian.
+ Thiết kế cảm biến cho phép xác định khoảng cách chính xác của vật thể phát bức xạ hồng ngoại.
+ Thiết kế và cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ.
- Nhược điểm:
+ Cảm biến hồng ngoại phụ thuộc nhiều vào điều kiện nhiệt độ môi trường. Với những môi trường có nhiệt độ cao, cảm biến sẽ hoạt động kém hiệu quả.
+ Góc và phạm vi quét cảm biến hồng ngoại hạn chế, nhiều góc chết.
+ Độ nhạy cao nên dễ nhầm lẫn khi phát hiện ra chuyển động.
Một số ứng dụng cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các thiết bị đó là đèn cảm ứng hoặc dùng làm thiết bị chống trộm.
Cảm biến điện dung (Capacitive sensor)
Cảm biến điện dung hay còn gọi là cảm biến điện môi, đây là thiết bị dùng để đo hằng số điện môi ở môi trường xung quanh và dùng để phát hiện chất lỏng, chất rắn,… Hoặc có thể dùng đo mức liên tục ngõ ra tín hiệu 4 – 20mA, 0 – 10V. Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện bên trong của cảm biến
Đây là thiết bị được ứng dụng rộng rãi nhất đo mức nước sạch, đo mức acid, báo mức hóa chất, dầu,… tất cả chất lòng hoặc trong các môi trường hầm mỏ, lò hơi. trong công nghiệp sản xuất, lắp ráp, chế biến. Tùy theo mỗi hệ thống mà sử dụng các cảm biến điện môi 12v, 24v, 220v,….
Cấu tạo:
Về cấu tạo thì cảm biến dung tương đối giống các loại cảm biến khác đều có các phần chính như:
- Lớp vỏ: đóng vai trò bảo vệ cảm biến chống lại các tác động của môi trường.
- Bộ não của cảm biến: bộ phận chuyển đổi tín hiệu điện dung ra tín hiệu analog 4 – 20 mA hoặc relay báo mức
- Đầu dò có dạng hình que: nơi tiếp xúc trực tiếp với vật và môi trường, để thu thập tín hiệu. Tùy vào môi chất cần đo là chất dẫn điện hay không dẫn điện, mà có các loại đầu dò khác nhau.
- Ren kết nối, nếu loại cảm biến mà có ren kết nối cùng với đầu kết nối tín hiệu ngõ ra nó dài hơn thì đó chính là loại điện dung chịu được nhiệt cao.
Nguyên lý hoạt động
Trong cảm biến tiệm cận điện dung có bộ phận làm thay đổi điện dung C của các bản cực. Nguyên lý hoạt động cơ bản dựa trên việc đánh giá sự thay đổi điện dung của tụ điện. Bất kì vật nào đi qua trong vùng nhạy của cảm biến điện dung thì điện dung của tụ điện tăng lên. Sự thay đổi điện dung này phụ thuộc vào khoảng cách, kích thước và hằng số điện môi của vật liệu. Bên trong có mạch dùng nguồn DC tạo dao động cho cảm biến dòng, cảm biến dòng sẽ đưa ra một dòng điện tỉ lệ với khoảng cách giữa 2 tấm cực.
Cảm biến điện dung thông thường có dải đo từ 2mm đến 50mm. Cảm biến điện dung 2mm, 4mm, 8mm, 12mm, 16mm, 25mm, cảm biến điện dung ON-OFF,…
Output của cảm biến điện dung: Cảm biến điện dung có output thông dụng như: PNP/NPN/NO/NC,...
Phân loại cảm biến điện dung: 4 loại
- Cảm biến đo mức liên tục chất lỏng: được dùng để đo mức chất lỏng liên tục có dạng tuyến tính ngõ ra Analog 4 – 20 mA, 0 -10V. Có thể là chất lỏng dẫn điện: dung dịch của nước, nước… hoặc chất lỏng không dẫn điện: Dầu mỏ, dầu Diesel, xăng, dầu thực vật,… Được sử dụng cho các môi trường có tính chất dễ cháy nố, được thiết kế chuyên biệt cho môi trường nguy hiểm
- Cảm biến đo mức liên tục chất rắn: loại cảm biến này ưu việt hơn so với các loại cảm biến Radar, sóng điện từ, có thể đo mức chất rắn ở dạng tuyến tính Analog 4 – 20 mA, 0 -10V. Phạm vi của chúng khá rộng lên đến 20m, được sử dụng cho các silo, bể chứa nguyên liệu chất rắn,…
- Cảm biến báo mức chất lỏng: thiết bị này ở dạng ON – OFF thay cho các loại cảm biến phao thông thường, với độ hoạt động ổn định hơn
- Cảm biến báo mức chất rắn: sử dụng cho các nhà máy dể báo mức chất rắn có hoặc không có đối với các chất rắn có trong bể chứa như hạt nhựa, sỏi, cát,…
Cảm biến nhiệt độ (temperature sensor)
Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị giúp đo và hiển thị kết quả của sự biến đổi nhiệt độ của các đại lượng, vật, môi trường cần đo
Về cấu tạo thì cảm biến dung tương đối giống các loại cảm biến khác đều có các phần chính như:
- Lớp vỏ: đóng vai trò bảo vệ cảm biến chống lại các tác động của môi trường.
- Bộ não của cảm biến: bộ phận chuyển đổi tín hiệu điện dung ra tín hiệu analog 4 – 20 mA hoặc relay báo mức
- Đầu dò có dạng hình que: nơi tiếp xúc trực tiếp với vật và môi trường, để thu thập tín hiệu. Tùy vào môi chất cần đo là chất dẫn điện hay không dẫn điện, mà có các loại đầu dò khác nhau.
- Ren kết nối, nếu loại cảm biến mà có ren kết nối cùng với đầu kết nối tín hiệu ngõ ra nó dài hơn thì đó chính là loại điện dung chịu được nhiệt cao.
Nguyên lý hoạt động
Trong cảm biến tiệm cận điện dung có bộ phận làm thay đổi điện dung C của các bản cực. Nguyên lý hoạt động cơ bản dựa trên việc đánh giá sự thay đổi điện dung của tụ điện. Bất kì vật nào đi qua trong vùng nhạy của cảm biến điện dung thì điện dung của tụ điện tăng lên. Sự thay đổi điện dung này phụ thuộc vào khoảng cách, kích thước và hằng số điện môi của vật liệu. Bên trong có mạch dùng nguồn DC tạo dao động cho cảm biến dòng, cảm biến dòng sẽ đưa ra một dòng điện tỉ lệ với khoảng cách giữa 2 tấm cực.
Cảm biến điện dung thông thường có dải đo từ 2mm đến 50mm. Cảm biến điện dung 2mm, 4mm, 8mm, 12mm, 16mm, 25mm, cảm biến điện dung ON-OFF,…
Output của cảm biến điện dung: Cảm biến điện dung có output thông dụng như: PNP/NPN/NO/NC,...
Phân loại cảm biến điện dung: 4 loại
- Cảm biến đo mức liên tục chất lỏng: được dùng để đo mức chất lỏng liên tục có dạng tuyến tính ngõ ra Analog 4 – 20 mA, 0 -10V. Có thể là chất lỏng dẫn điện: dung dịch của nước, nước… hoặc chất lỏng không dẫn điện: Dầu mỏ, dầu Diesel, xăng, dầu thực vật,… Được sử dụng cho các môi trường có tính chất dễ cháy nố, được thiết kế chuyên biệt cho môi trường nguy hiểm
- Cảm biến đo mức liên tục chất rắn: loại cảm biến này ưu việt hơn so với các loại cảm biến Radar, sóng điện từ, có thể đo mức chất rắn ở dạng tuyến tính Analog 4 – 20 mA, 0 -10V. Phạm vi của chúng khá rộng lên đến 20m, được sử dụng cho các silo, bể chứa nguyên liệu chất rắn,…
- Cảm biến báo mức chất lỏng: thiết bị này ở dạng ON – OFF thay cho các loại cảm biến phao thông thường, với độ hoạt động ổn định hơn
- Cảm biến báo mức chất rắn: sử dụng cho các nhà máy dể báo mức chất rắn có hoặc không có đối với các chất rắn có trong bể chứa như hạt nhựa, sỏi, cát,…
Cảm biến nhiệt độ (temperature sensor)
Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị giúp đo và hiển thị kết quả của sự biến đổi nhiệt độ của các đại lượng, vật, môi trường cần đo
Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ
Thiết bị đo cảm biến nhiệt độ thường được cấu chính từ 2 dây kim loại được gắn vào đầu nóng và đầu nạnh.
Ngoài ra chúng còn được cấu tạo bởi các bộ phận như sau:
- Cảm biến: Bộ phận quan trọng nhất cho biết độ chính xác của toàn bộ thiết bị cảm biến. Bộ sản phẩm này được đặt bên trong vỏ bảo vệ sau khi đã kết nối với đầu nối.
- Dây kết nối: Bộ phận này được kết nối bằng 2, 3 hoặc 4 dây, phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện sử dụng đầu đo.
- Chất cách điện: Đây là bộ phận đóng vai trò làm chất cách điện ngừa đoản mạch và thực hiện cách điện giữa các dây nối với phần vỏ bảo vệ.
- Chất làm đầy: Là bột alumina được làm mịn, sấy khô và rung với chức năng là lắp đầy các khoảng trống để bảo vệ khỏi các tác động từ bên ngoài.
- Lớp vỏ: Bộ phận này được dùng làm bảo vệ bộ phận cảm biến, dây kết nối.
- Đầu kết nối: Thường được làm từ vật liệu cách điện, chứa cá bảng mạch cho phép kết nối với các điện trở.
Cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên nguyên tắc
Điện trở của kim loại tăng lên khi nhiệt độ tăng lên hiện tượng này gọi là nhiệt điện trở. Do đó, đo nhiệt độ có thể được suy ra bằng cách đo nhiệt điện trở.
Các loại cảm biến nhiệt độ
Hiện nay có nhiều cảm biến nhiệt độ được sản xuất và có 5 loại được sử dụng phổ biến có thể kế đến như sau:
- Cặp nhiệt điện
+ Cảm biến cặp nhiệt điện là sản phẩm được sử dụng nhiều nhất với đặc điểm chắc chắn, chi phí thấp, tự cấp nguồn và có thể sử dụng cho khoảng cách xa.
+ Thiết bị này được sử dụng niêm phong bên trong tấm chắn gốm hoặc kim loại. Một số loại cặp nhiệt được sử dụng phổ biến như: K, J, T, R, E, S, N và B
- Đầu dò điện trở: Đầu dò điện trở cũng là một cảm biến nhiệt cho kết quả đo chính xác. Cảm biến này được làm từ bạch kim, đồng, niken,… có phạm vi rộng, khả năng đo nhiệt độ tốt trong khoảng 270oC đến + 850oC.
- Nhiệt điện trở: Đây là một trong những cảm biến nhiệt độ tương đổi rẻ tiền và dễ sử dụng. Sản phẩm được làm từ Mangan, oxit của niken nên độ bền không được tốt. Tuy nhiên, loại thiết bị này đem đến độ nhạy cao, kết quá khá chính xác.
- Nhiệt kế: Một thiết bị được sử dụng để đo chất rắn, chất lỏng, chất khí đó là nhiệt kế. Loại này có chứa chất lỏng thủy ngân trong ống thủy tinh. Thể tích của nhiệt kế tỷ lệ với tuyến tính với nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thể tích cũng sẽ tăng theo.
- Cảm biến bán dẫn: Cảm biến bán dẫn (IC) là sản phẩm được sử dụng nhiều nhất, đem đến độ tuyến tính cao, kết quả nhiệt độ chính xác trong phạm vi 55°C đến + 150°C.
Cảm biến tiệm cận (Proximity sensor)
Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến giúp phát hiện những vật thể mà không cần phải tiếp xúc. Một cảm biến tiệm cận thường phát ra trường điện từ hay chùm tia bức xạ điện từ và tìm kiếm những thay đổi trong trường điện từ hoặc tín hiệu trở lại. Cảm biến tiệm cận giúp chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc là sự xuất hiện của các vật thể để chuyển thành tín hiệu.
Thiết bị đo cảm biến nhiệt độ thường được cấu chính từ 2 dây kim loại được gắn vào đầu nóng và đầu nạnh.
Ngoài ra chúng còn được cấu tạo bởi các bộ phận như sau:
- Cảm biến: Bộ phận quan trọng nhất cho biết độ chính xác của toàn bộ thiết bị cảm biến. Bộ sản phẩm này được đặt bên trong vỏ bảo vệ sau khi đã kết nối với đầu nối.
- Dây kết nối: Bộ phận này được kết nối bằng 2, 3 hoặc 4 dây, phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện sử dụng đầu đo.
- Chất cách điện: Đây là bộ phận đóng vai trò làm chất cách điện ngừa đoản mạch và thực hiện cách điện giữa các dây nối với phần vỏ bảo vệ.
- Chất làm đầy: Là bột alumina được làm mịn, sấy khô và rung với chức năng là lắp đầy các khoảng trống để bảo vệ khỏi các tác động từ bên ngoài.
- Lớp vỏ: Bộ phận này được dùng làm bảo vệ bộ phận cảm biến, dây kết nối.
- Đầu kết nối: Thường được làm từ vật liệu cách điện, chứa cá bảng mạch cho phép kết nối với các điện trở.
Cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên nguyên tắc
Điện trở của kim loại tăng lên khi nhiệt độ tăng lên hiện tượng này gọi là nhiệt điện trở. Do đó, đo nhiệt độ có thể được suy ra bằng cách đo nhiệt điện trở.
Các loại cảm biến nhiệt độ
Hiện nay có nhiều cảm biến nhiệt độ được sản xuất và có 5 loại được sử dụng phổ biến có thể kế đến như sau:
- Cặp nhiệt điện
+ Cảm biến cặp nhiệt điện là sản phẩm được sử dụng nhiều nhất với đặc điểm chắc chắn, chi phí thấp, tự cấp nguồn và có thể sử dụng cho khoảng cách xa.
+ Thiết bị này được sử dụng niêm phong bên trong tấm chắn gốm hoặc kim loại. Một số loại cặp nhiệt được sử dụng phổ biến như: K, J, T, R, E, S, N và B
- Đầu dò điện trở: Đầu dò điện trở cũng là một cảm biến nhiệt cho kết quả đo chính xác. Cảm biến này được làm từ bạch kim, đồng, niken,… có phạm vi rộng, khả năng đo nhiệt độ tốt trong khoảng 270oC đến + 850oC.
- Nhiệt điện trở: Đây là một trong những cảm biến nhiệt độ tương đổi rẻ tiền và dễ sử dụng. Sản phẩm được làm từ Mangan, oxit của niken nên độ bền không được tốt. Tuy nhiên, loại thiết bị này đem đến độ nhạy cao, kết quá khá chính xác.
- Nhiệt kế: Một thiết bị được sử dụng để đo chất rắn, chất lỏng, chất khí đó là nhiệt kế. Loại này có chứa chất lỏng thủy ngân trong ống thủy tinh. Thể tích của nhiệt kế tỷ lệ với tuyến tính với nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thể tích cũng sẽ tăng theo.
- Cảm biến bán dẫn: Cảm biến bán dẫn (IC) là sản phẩm được sử dụng nhiều nhất, đem đến độ tuyến tính cao, kết quả nhiệt độ chính xác trong phạm vi 55°C đến + 150°C.
Cảm biến tiệm cận (Proximity sensor)
Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến giúp phát hiện những vật thể mà không cần phải tiếp xúc. Một cảm biến tiệm cận thường phát ra trường điện từ hay chùm tia bức xạ điện từ và tìm kiếm những thay đổi trong trường điện từ hoặc tín hiệu trở lại. Cảm biến tiệm cận giúp chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc là sự xuất hiện của các vật thể để chuyển thành tín hiệu.
Nguyên lí hoạt động
Cảm biến tiệm cận hoạt động theo nguyên lý trường điện từ phát ra xung quanh cảm biến với khoảng cách tối đa 30mm và gặp vật thể thì nó sẽ phát tín hiệu truyền về bộ xử lý
Phân loại cảm biến tiệm cận:
- Cảm biến tiệm cận cảm ứng : phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện tử.
- Cảm biến tiệm cận điện dung : phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện.
Ứng dụng
Trong các ứng dụng công nghiệp, quản lý hàng tồn kho...đều có sự tham gia của cảm biến tiệm cận. Có thể kể đến như:
- Cảm biến dùng để ứng dụng trong dây chuyển sản xuất tự động nhằm phát hiện, đếm số lượng hay kiểm tra chất lượng.
- Thiết bị cũng được ứng dụng trong các sản xuất tiêu dùng như: smartphone (cảm ứng gương mặt), công tắc cảm ứng điện dung...
- Cảm biến tiệm cận cũng dùng nhiều trong các nhà vệ sinh công cộng hay trong các thiết kế rô bốt....
Cảm biến áp suất Pressure sensors)
Cảm biến tiệm cận hoạt động theo nguyên lý trường điện từ phát ra xung quanh cảm biến với khoảng cách tối đa 30mm và gặp vật thể thì nó sẽ phát tín hiệu truyền về bộ xử lý
Phân loại cảm biến tiệm cận:
- Cảm biến tiệm cận cảm ứng : phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện tử.
- Cảm biến tiệm cận điện dung : phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện.
Ứng dụng
Trong các ứng dụng công nghiệp, quản lý hàng tồn kho...đều có sự tham gia của cảm biến tiệm cận. Có thể kể đến như:
- Cảm biến dùng để ứng dụng trong dây chuyển sản xuất tự động nhằm phát hiện, đếm số lượng hay kiểm tra chất lượng.
- Thiết bị cũng được ứng dụng trong các sản xuất tiêu dùng như: smartphone (cảm ứng gương mặt), công tắc cảm ứng điện dung...
- Cảm biến tiệm cận cũng dùng nhiều trong các nhà vệ sinh công cộng hay trong các thiết kế rô bốt....
Cảm biến áp suất Pressure sensors)
Cảm biến áp suất là thiết bị dùng để đo áp suất hoặc ứng dụng có liên quan đến áp suất chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện.
Cấu tạo của thiết bị cảm biến áp suất
Một cảm biến áp suất sẽ có cấu tạo gồm 2 phần chính là phần cảm biến và khối xử lý:
- Phần cảm biến: bộ phận này sẽ nhận tín hiệu từ áp suất khí, hơi, chất lỏng để truyền về cho khối xử lý. Tùy thuộc vào từng loại cảm biến áp suất khác nhau mà nó sẽ chuyển tín hiệu cơ của áp suất thành những dạng tín hiệu khác nhau như tín hiệu điện trở, tín hiệu điện cảm, tín hiệu điện dung, dòng điện,..
- Phần khối xử lý: bộ phận này có chức năng sẽ nhận những tín hiệu được truyền từ khối cảm biến sang. Chuyển những tín hiệu đó thành dạng tín hiệu chuẩn trong lĩnh vực đo áp suất như là tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20mA, tín hiệu 0 ~ 5VDC, tín hiệu 0 ~ 10VDC, tín hiệu 1 ~ 5VDC.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất
Khi dòng lưu chất nước, hơi, khí đi qua tác động một lực vào màng cảm biến thì màng cảm biến sẽ nhô lên tạo một lực chạm vào trong. Bộ phận chuyển đổi tín hiệu có nhiệm vụ biến đổi áp lực nhô lên này thành tín hiệu điện tiêu chuẩn 4-20mA/0-5VDC/0-10VDC. Dòng điện/điện áp này tăng giảm tương ứng tỳ lệ với áp lực tác động vào phần cảm biến.
Phân loại: 3 loại chính
- Cảm biến áp suất tương đối: loại cảm biến này hoạt động dựa theo nguyên lý so sánh với áp suất của không khí. Được sử dụng phổ biến nhất để đo đạc áp suất khí nén, áp suất gas, áp suất nước,..
- Cảm biến áp suất tuyệt đối: loại cảm biến này hoạt động dựa theo nguyên lý trong cảm biến được đo đạc dựa theo áp suất đo trong môi trường chân không. Áp suất lúc này sẽ bằng áp suất tương đối cuộng với áp suất khỉ quyển.
- Cảm biến áp suất chênh áp: đây là loại cảm biến đo đạc sự chênh lệch giữa 2 áp suất khác vị trí đo. Chúng được dùng đo đạc nhiều đặc tính như áp suất trên bộ lọc dầu, bộ lọc khí, mức chất lỏng, tốc độ dòng chảy,..Hầu hết các cảm biến áp suất thực chất đều là cảm biến chênh lệch.
Ứng dụng: để kiểm soát và giám sát trong rất nhiều ứng dụng hàng ngày. Ngoài ra cũng có thể được sử dụng để đo gián tiếp các biến khác như lưu lượng chất lỏng / khí, tốc độ, mực nước và độ cao.
Một số cảm biến áp suất còn là công tắc bật/ tắt ở một áp suất cụ thể. Ví dụ: một máy bơm nước có thể được điều khiển bởi một công tắc áp suất, bắt đầu khi nước được giải phóng khỏi hệ thống, làm giảm áp suất trong một hồ chứa.
Ngoài ra còn có một loại cảm biến áp suất được thiết kế để đo ở chế độ động để ghi lại những thay đổi tốc độ rất cao về áp suất. Ví dụ: Đo áp suất đốt trong một xilanh động cơ hoặc trong tuabin khí.
Cảm biến vân tay (Fingerprint Sensor)
Cảm biến vân tay là cảm biến dùng công nghệ sinh trắc học để quét vân tay của người sử dụng với nhiều loại sóng khác nhau, có khả năng chụp và lưu dấu vân tay của người dùng một cách nhanh chóng.
Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống sẽ xử lý dấu vân tay, chuyển sang dạng dữ liệu số rồi đối chiếu các đặc điểm của vân tay đó với dữ liệu đã được lưu trữ trong hệ thống. Nếu dấu vân tay này khớp với dữ liệu hệ thống thì các chức năng tiếp theo sẽ được thực hiện.
Phân loại cảm biến vân tay:
- Cảm biến quang học - Đây là máy quét vân tay quang học có sử dụng công nghệ camera để ghi lại những hình ảnh bề mặt lồi lõm trên ngón tay. Và sẽ lưu lại và phân tích, đưa ra mã hoá sao cho phù hợp. Với công nghệ này sẽ có nhược điểm đó là nhận dạng vân tay khá lâu. Bởi vậy nên độ chính xác sẽ không cao cũng như khả năng xử lý vân tay sẽ mất nhiều thời gian hơn.
- Cảm biến điện dung - là công nghệ tiên tiến và cao cấp được sử dụng trên các loại điện thoại, đặc biệt là iphone. Ngày nay sẽ được ứng dụng vào các hệ thống khóa cửa vân tay, mở cửa thông minh. Theo nguyên lý hoạt động thì cảm biến này sẽ sử dụng tụ điện để phân tích cung x như kiểm tra các điểm lồi lõm trên bề mặt của ngón tay.
- Cảm biến vân tay bằng sóng siêu âm - Đây là loại sóng siêu âm có thể phân tích các điểm lồi lõm trên bề mặt của các ngón tay. Sóng siêu âm, sẽ thu thập những dữ liệu phân tích. Đây được xem là công nghệ được đánh giá cao hiện nay nhưng vẫn đang trong giai đoạn được nghiên cứu bước đầu và dần được ứng dụng trong đời sống.
Ưu điểm và Nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Mở khoá thiết bị hoặc ứng dụng chỉ với một cú chạm hoặc vuốt nhẹ.
+ Tính xác thực cao vì vân tay mỗi người là khác nhau và duy nhất.
+ Nhận dạng nhiều vân tay khác nhau.
- Nhược điểm:
• Cảm biến vân tay chỉ là một hệ thống xác thực, không đóng vai trò bảo vệ dữ liệu người sử dụng, khi bạn ngủ hoặc mất ý thức thì chính ngón tay sẽ mở khoá tất cả.
Các sản phẩm được tích hợp công nghệ cảm biến vân tay chủ yếu hầu hết là trên Smartphone, nhà cửa thông minh… bởi tính tiện dụng của nó.
Cảm biến âm thanh (Sound sensor)
Cảm biến âm thanh là một thiết bị module được sử dụng với mục đích là để phát hiện ra những cường độ âm thanh xung quanh trong khu vực. Chúng có nhiều ứng dụng trong đời sống từ chuyển đổi tín hiệu, giám sát hay bảo mật,.. Vói độ chính xác, độ nhạy của thiết bị rất cao, có thể điều chỉnh và thay đổi phù hợp nhằm dễ dàng sử dụng hơn.
Cấu tạo của thiết bị cảm biến áp suất
Một cảm biến áp suất sẽ có cấu tạo gồm 2 phần chính là phần cảm biến và khối xử lý:
- Phần cảm biến: bộ phận này sẽ nhận tín hiệu từ áp suất khí, hơi, chất lỏng để truyền về cho khối xử lý. Tùy thuộc vào từng loại cảm biến áp suất khác nhau mà nó sẽ chuyển tín hiệu cơ của áp suất thành những dạng tín hiệu khác nhau như tín hiệu điện trở, tín hiệu điện cảm, tín hiệu điện dung, dòng điện,..
- Phần khối xử lý: bộ phận này có chức năng sẽ nhận những tín hiệu được truyền từ khối cảm biến sang. Chuyển những tín hiệu đó thành dạng tín hiệu chuẩn trong lĩnh vực đo áp suất như là tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20mA, tín hiệu 0 ~ 5VDC, tín hiệu 0 ~ 10VDC, tín hiệu 1 ~ 5VDC.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất
Khi dòng lưu chất nước, hơi, khí đi qua tác động một lực vào màng cảm biến thì màng cảm biến sẽ nhô lên tạo một lực chạm vào trong. Bộ phận chuyển đổi tín hiệu có nhiệm vụ biến đổi áp lực nhô lên này thành tín hiệu điện tiêu chuẩn 4-20mA/0-5VDC/0-10VDC. Dòng điện/điện áp này tăng giảm tương ứng tỳ lệ với áp lực tác động vào phần cảm biến.
Phân loại: 3 loại chính
- Cảm biến áp suất tương đối: loại cảm biến này hoạt động dựa theo nguyên lý so sánh với áp suất của không khí. Được sử dụng phổ biến nhất để đo đạc áp suất khí nén, áp suất gas, áp suất nước,..
- Cảm biến áp suất tuyệt đối: loại cảm biến này hoạt động dựa theo nguyên lý trong cảm biến được đo đạc dựa theo áp suất đo trong môi trường chân không. Áp suất lúc này sẽ bằng áp suất tương đối cuộng với áp suất khỉ quyển.
- Cảm biến áp suất chênh áp: đây là loại cảm biến đo đạc sự chênh lệch giữa 2 áp suất khác vị trí đo. Chúng được dùng đo đạc nhiều đặc tính như áp suất trên bộ lọc dầu, bộ lọc khí, mức chất lỏng, tốc độ dòng chảy,..Hầu hết các cảm biến áp suất thực chất đều là cảm biến chênh lệch.
Ứng dụng: để kiểm soát và giám sát trong rất nhiều ứng dụng hàng ngày. Ngoài ra cũng có thể được sử dụng để đo gián tiếp các biến khác như lưu lượng chất lỏng / khí, tốc độ, mực nước và độ cao.
Một số cảm biến áp suất còn là công tắc bật/ tắt ở một áp suất cụ thể. Ví dụ: một máy bơm nước có thể được điều khiển bởi một công tắc áp suất, bắt đầu khi nước được giải phóng khỏi hệ thống, làm giảm áp suất trong một hồ chứa.
Ngoài ra còn có một loại cảm biến áp suất được thiết kế để đo ở chế độ động để ghi lại những thay đổi tốc độ rất cao về áp suất. Ví dụ: Đo áp suất đốt trong một xilanh động cơ hoặc trong tuabin khí.
Cảm biến vân tay (Fingerprint Sensor)
Cảm biến vân tay là cảm biến dùng công nghệ sinh trắc học để quét vân tay của người sử dụng với nhiều loại sóng khác nhau, có khả năng chụp và lưu dấu vân tay của người dùng một cách nhanh chóng.
Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống sẽ xử lý dấu vân tay, chuyển sang dạng dữ liệu số rồi đối chiếu các đặc điểm của vân tay đó với dữ liệu đã được lưu trữ trong hệ thống. Nếu dấu vân tay này khớp với dữ liệu hệ thống thì các chức năng tiếp theo sẽ được thực hiện.
Phân loại cảm biến vân tay:
- Cảm biến quang học - Đây là máy quét vân tay quang học có sử dụng công nghệ camera để ghi lại những hình ảnh bề mặt lồi lõm trên ngón tay. Và sẽ lưu lại và phân tích, đưa ra mã hoá sao cho phù hợp. Với công nghệ này sẽ có nhược điểm đó là nhận dạng vân tay khá lâu. Bởi vậy nên độ chính xác sẽ không cao cũng như khả năng xử lý vân tay sẽ mất nhiều thời gian hơn.
- Cảm biến điện dung - là công nghệ tiên tiến và cao cấp được sử dụng trên các loại điện thoại, đặc biệt là iphone. Ngày nay sẽ được ứng dụng vào các hệ thống khóa cửa vân tay, mở cửa thông minh. Theo nguyên lý hoạt động thì cảm biến này sẽ sử dụng tụ điện để phân tích cung x như kiểm tra các điểm lồi lõm trên bề mặt của ngón tay.
- Cảm biến vân tay bằng sóng siêu âm - Đây là loại sóng siêu âm có thể phân tích các điểm lồi lõm trên bề mặt của các ngón tay. Sóng siêu âm, sẽ thu thập những dữ liệu phân tích. Đây được xem là công nghệ được đánh giá cao hiện nay nhưng vẫn đang trong giai đoạn được nghiên cứu bước đầu và dần được ứng dụng trong đời sống.
Ưu điểm và Nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Mở khoá thiết bị hoặc ứng dụng chỉ với một cú chạm hoặc vuốt nhẹ.
+ Tính xác thực cao vì vân tay mỗi người là khác nhau và duy nhất.
+ Nhận dạng nhiều vân tay khác nhau.
- Nhược điểm:
• Cảm biến vân tay chỉ là một hệ thống xác thực, không đóng vai trò bảo vệ dữ liệu người sử dụng, khi bạn ngủ hoặc mất ý thức thì chính ngón tay sẽ mở khoá tất cả.
Các sản phẩm được tích hợp công nghệ cảm biến vân tay chủ yếu hầu hết là trên Smartphone, nhà cửa thông minh… bởi tính tiện dụng của nó.
Cảm biến âm thanh (Sound sensor)
Cảm biến âm thanh là một thiết bị module được sử dụng với mục đích là để phát hiện ra những cường độ âm thanh xung quanh trong khu vực. Chúng có nhiều ứng dụng trong đời sống từ chuyển đổi tín hiệu, giám sát hay bảo mật,.. Vói độ chính xác, độ nhạy của thiết bị rất cao, có thể điều chỉnh và thay đổi phù hợp nhằm dễ dàng sử dụng hơn.
Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc của cảm biến âm thanh dựa theo cơ chế của tai người, nó sử dụng các rung động để chuyển thành các tín hiệu điện. Các cảm biến bao gồm một màng loa được thiết kế với các nam châm được xoắn bằng dây kim loại. Khi tín hiệu âm thanh chạm vào màng loa, sau đó nam châm trong cảm biến rung và dòng điện đồng thời có thể được kích thích từ cuộn dây.
Sơ đồ chân cảm biến âm thanh
Chân 1 (VCC): 3.3V DC đến 5V DC
Chân 2 (GND): Đây là chân nối mass
Chân 3 (DO): Đây là chân đầu ra
Ứng dụng
Cảm biến âm thanh được sử dụng rất nhiều trong các dự án điện tử khác nhau với sự trợ giúp của bo mạch Arduino, có thể kể đến như:
- Hệ thống bảo mật cho các chung cư và tòa nhà
- Mạch nghe lén
- Mô hình nhà thông minh
- Điện thoại thông minh
- Nhận dạng âm thanh xung quanh
- Bộ khuếch đại âm thanh
- Nhận dạng mức âm thanh
Cảm biến laser (Laser sensor)
Là một loại cảm biến sử dụng công nghệ tia laser để đo lường các giá trị vật lý như độ dài, lưu lượng, tốc độ… với bộ chuyển đổi quang điện được tích hợp bên trong, các tín hiệu quang thu được từ cảm biến sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện.
Nguyên lý cảm biến laser
Hầu hết các loại cảm biến Laser đều hoạt động dựa vào hai nguyên lý sau
- Nguyên lý góc tam giác
Thường ứng dụng cho các cảm biến laser phát hiện ở tầm ngắn (khoảng 1.5 – 60cm), sử dụng công nghệ CMOS và cho độ chính xác cao. Hoạt động dựa trên nguyên tắc tam giác quang học của máy ảnh tuyến tính CMOS.
Đối với loại này, cảm biến sẽ phát một chùm tia laser tam giác khuếch tán truyền qua thấu kính và đến mục tiêu, khi đến mục tiêu chùm tia này sẽ bị phản xạ và quay trở lại cảm biến, tại đây chùm tia sáng sẽ được hội tụ lại một điểm trên cảm biến CMOS
Khoảng cách đến đối tượng mục tiêu sẽ được tính toán dựa trên sự thay đổi của góc phản xạ.
- Nguyên lý thời gian bay
Đối với các phép đo khoảng các tầm xa (từ 1cm đến hơn 100m), ta thường sử dụng theo nguyên lý thời gian bay. Các cảm biến hoạt động theo nguyên lý này thường sử dụng một diode phát để tạo ra xung rất ngắn của ánh sáng đỏ hoặc tia hồng ngoại phổ hẹp chiếu đến mục tiêu, sau đó tia laser sẽ phản xạ ngược lại và đi vào diot thu của cảm biến.
Giá trị khoảng cách đo từ cảm biến đến vật thể sẽ được tính dựa vào khoảng thời gian mà tia laser truyền đi cho đến khi phản xạ về, nhân với hằng số tốc độ ánh sáng.
Ứng dụng cảm biến laser
- Đo kích thước
- Đo độ dày của tấm kim loại
- Đo hình trụ
- Đo chiều dài
- Kiểm tra tính đồng nhất
- Kiểm tra linh kiện điện tử
- Kiểm tra mức chiết rót trong dây chuyền sản xuất
Nguyên lý làm việc của cảm biến âm thanh dựa theo cơ chế của tai người, nó sử dụng các rung động để chuyển thành các tín hiệu điện. Các cảm biến bao gồm một màng loa được thiết kế với các nam châm được xoắn bằng dây kim loại. Khi tín hiệu âm thanh chạm vào màng loa, sau đó nam châm trong cảm biến rung và dòng điện đồng thời có thể được kích thích từ cuộn dây.
Sơ đồ chân cảm biến âm thanh
Chân 1 (VCC): 3.3V DC đến 5V DC
Chân 2 (GND): Đây là chân nối mass
Chân 3 (DO): Đây là chân đầu ra
Ứng dụng
Cảm biến âm thanh được sử dụng rất nhiều trong các dự án điện tử khác nhau với sự trợ giúp của bo mạch Arduino, có thể kể đến như:
- Hệ thống bảo mật cho các chung cư và tòa nhà
- Mạch nghe lén
- Mô hình nhà thông minh
- Điện thoại thông minh
- Nhận dạng âm thanh xung quanh
- Bộ khuếch đại âm thanh
- Nhận dạng mức âm thanh
Cảm biến laser (Laser sensor)
Là một loại cảm biến sử dụng công nghệ tia laser để đo lường các giá trị vật lý như độ dài, lưu lượng, tốc độ… với bộ chuyển đổi quang điện được tích hợp bên trong, các tín hiệu quang thu được từ cảm biến sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện.
Nguyên lý cảm biến laser
Hầu hết các loại cảm biến Laser đều hoạt động dựa vào hai nguyên lý sau
- Nguyên lý góc tam giác
Thường ứng dụng cho các cảm biến laser phát hiện ở tầm ngắn (khoảng 1.5 – 60cm), sử dụng công nghệ CMOS và cho độ chính xác cao. Hoạt động dựa trên nguyên tắc tam giác quang học của máy ảnh tuyến tính CMOS.
Đối với loại này, cảm biến sẽ phát một chùm tia laser tam giác khuếch tán truyền qua thấu kính và đến mục tiêu, khi đến mục tiêu chùm tia này sẽ bị phản xạ và quay trở lại cảm biến, tại đây chùm tia sáng sẽ được hội tụ lại một điểm trên cảm biến CMOS
Khoảng cách đến đối tượng mục tiêu sẽ được tính toán dựa trên sự thay đổi của góc phản xạ.
- Nguyên lý thời gian bay
Đối với các phép đo khoảng các tầm xa (từ 1cm đến hơn 100m), ta thường sử dụng theo nguyên lý thời gian bay. Các cảm biến hoạt động theo nguyên lý này thường sử dụng một diode phát để tạo ra xung rất ngắn của ánh sáng đỏ hoặc tia hồng ngoại phổ hẹp chiếu đến mục tiêu, sau đó tia laser sẽ phản xạ ngược lại và đi vào diot thu của cảm biến.
Giá trị khoảng cách đo từ cảm biến đến vật thể sẽ được tính dựa vào khoảng thời gian mà tia laser truyền đi cho đến khi phản xạ về, nhân với hằng số tốc độ ánh sáng.
Ứng dụng cảm biến laser
- Đo kích thước
- Đo độ dày của tấm kim loại
- Đo hình trụ
- Đo chiều dài
- Kiểm tra tính đồng nhất
- Kiểm tra linh kiện điện tử
- Kiểm tra mức chiết rót trong dây chuyền sản xuất
