Cảm biến tiệm cận: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại, ứng dụng

Cảm biến tiệm cận được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử hiện đại. Trong đó, có lẽ thiết bị quen thuộc nhất đối với chúng ta là chiếc smartphone. Tuy nhiên, khá nhiều người cảm biến tiệm cận là gì? Cấu tạo cảm biến tiệm cận gồm những bộ phận nào? Cảm biến này được phân loại ra sao? Trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ thông tin đến các bạn đọc về cảm biến tiệm cận!

Cảm biến tiệm cận là gì?

Cảm biến tiệm cận có tên tiếng Anh là “Proximity Sensors” nên nó được gọi tắt là “PROX”. Bên cạnh đó, thiết bị này còn có tên gọi khác là “công tắc tiệm cận”. Cảm biến tiệm cận sẽ phản ứng khi có vật ở gần nó. Khoảng cách này trong hầu hết các trường hợp thường chỉ khoảng vài mm.

Tìm hiểu chung về cảm biến tiệm cận
Tìm hiểu chung về cảm biến tiệm cận

Thiết bị này thường phát hiện điểm cuối của chi tiết máy, tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy. Đặc biệt hơn cả là nó có thể hoạt động tốt trong cả những môi trường khắc nghiệt.

Việc chuyển đổi này được thực hiện nhờ có 3 hệ thống phát hiện sau:

  • Hệ thống sử dụng dòng điện xoáy phát ra từ chính vật thể kim loại nhờ ứng dụng hiện tượng cảm ứng từ.
  • Hệ thống dùng hiện tượng thay đổi điện dung khi tới gần vật cần phát hiện.
  • Hệ thống dùng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ.

Phân loại cảm biến tiệm cận

Hiện nay, có khá nhiều loại cảm biến tiệm cận được sử dụng. Tuy nhiên, chúng ta có thể kể đến 2 loại chính. Đó là loại cảm biến tiệm cận điện cảm (hay còn gọi là cảm biến tiệm cận từ) và loại điện dung.

Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ (cảm biến điện cảm) – Proximity sensor

Cảm biến loại này phát hiện ra vật bằng cách tạo ra trường điện từ. Loại này chỉ có thể tìm ra các vật thể làm từ kim loại. Trong loại sensor tiệm cận này, chúng ta có thể phân thành 2 loại nhỏ hơn, đó là:

  • Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ có bảo vệ (Shielded): Từ trường được tập trung trước mặt cảm biến nên nó ít bị nhiễu do kim loại xung quanh. Tuy nhiên, khoảng cách đo của chúng sẽ ngắn đi.
Các loại cảm biến tiệm cận điện cảm
Các loại cảm biến tiệm cận điện cảm
  • Cảm ứng từ loại không có bảo vệ (Un-Shielded): Cảm biến loại này không có sự bảo vệ từ trường xung quanh mặt sensor. Chính vì thế, khoảng cách đo của chúng sẽ dài hơn loại cảm ứng có bảo vệ. Tuy nhiên, loại này rất dễ bị nhiễu do kim loại xung quanh.

Cảm biến tiệm cận điện dung (tiếng Anh: capacitive sensor)

Cảm ứng này phát hiện các vật thể dựa trên nguyên tắc tĩnh điện. Cụ thể, chúng dựa vào sự thay đổi điện dung giữa vật được cảm biến với đầu sensor cảm biến. Loại sensor tiệm cận điện dung này có thể phát hiện tất cả vật thể.

Lưu ý:

  • Tuy cảm biến tiệm cận điện cảm chỉ có thể phát hiện ra các vật thể bằng kim loại, nhưng lại được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp. Bởi chúng có đặc điểm là ít bị nhiễu và giá thành rẻ hơn.
  • Đa phần các sensor tiệm cận điện cảm đều có đầu ra transistor có logic PNP hoặc NPN. Trong 2 loại này thì cảm biến NPN được ứng dụng phổ biến hơn cả.

Cấu tạo cảm biến tiệm cận và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo của sensor tiệm cận gồm có 4 phần chính là:

  • Phần cảm biến.
  • Mạch dao động.
  • Bộ cảm nhận.
  • Bộ mạch tín hiệu đầu ra.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận như sau:

Cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý trường điện từ (đối với loại cảm biến Proximity), hoặc vùng điện dung (đối với loại cảm biến capacitive). Trường điện từ hoặc điện dung được phát ra xung quanh cảm biến với khoảng cách tối đa tới 60 mm.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện dung và điện cảm
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện dung và điện cảm

Trong khoảng cách trên, cảm biến sẽ phát ra tín hiệu và truyền tới bộ xử lý khi gặp vật thể. Bộ xử lý sẽ chuyển đổi tín hiệu về sự xuất hiện hoặc chuyển động của một vật thể nào đó sang tín hiệu điện. Tín hiệu này có thể dùng để điều khiển ứng dụng nhờ việc lập trình từ máy chủ hoặc PLC. Ngoài ra, nó cũng được sử dụng để cảnh báo.

Như đã trình bày ở trên, các cảm biến tiệm cận cần 3 hệ thống phát hiện tín hiệu để có thể thực hiện công việc chuyển đổi này, đó là:

  • Hệ thống hoạt động dựa vào sự thay đổi điện dung khi tới gần vật thể.
  • Hệ thống dùng nam châm.
  • Hệ thống chuyển mạch cộng từ.

Đặc điểm của các cảm biến tiệm cận

Các loại sensor tiệm cận có một số đặc điểm như sau:

  • Có thể phát hiện được vật thể mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp và cũng không tác động lên vật. Khoảng cách xa nhất có thể phát hiện được lên đến 30 mm.
  • Vận hành ổn định, chống sốc và chống rung tốt.
  • Đầu sensor cảm biến có kích thước nhỏ nên có thể lắp được ở nhiều vị trí khác nhau.
  • Tốc độ đáp ứng cực nhanh và tuổi thọ cao hơn rất nhiều so với các công tắc giới hạn thông thường (limit switch).
  • Sensor tiệm cận có thể sử dụng được trong môi trường có điều kiện khắc nghiệt.

Cảm biến tiệm cận được dùng để làm gì?

Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận trong công nghiệp
Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận trong công nghiệp

Các sensor tiệm cận được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp nhà máy hay điện tử. Cảm biến này có thể được gắn trên xe ô tô, điện thoại smartphone, các dây chuyền sản xuất,…

Cảm biến thường được dùng với các mục đích phổ biến như:

  • Kiểm soát số lượng.
  • Kiểm soát chất lỏng trong hộp giấy hay bể chứa.
  • Kiểm soát kim loại.

Một số lưu ý khi sử dụng cảm biến tiệm cận

Khi sử dụng cảm biến này, các bạn cần phải xác định được mình đang đo cái gì. Mục đích sử dụng đó cần tốc độ xử lý cảm biến chậm hay nhanh, cần độ chính xác cao hay thấp,… Bên cạnh đó, bạn cũng cần:

  • Kiểm tra kỹ khả năng ảnh hưởng từ môi trường xung quanh khu vực đo. Bạn cần xem xung quanh đó có từ trường lớn không (chẳng hạn như: Nam châm). Bởi nó là một trong những nguyên nhân khiến cảm biến có thể có sai số khi đo.
  • Khu vực đo có bị rung hay không?
  • Nhiệt độ môi trường cao không?
  • Khoảng cách từ vật cần đo đến cảm biến là bao nhiêu?

Tóm lại, các bạn cần căn cứ vào mục đích sử dụng cũng như nhu cầu của các nhà máy để kiểm tra kỹ lưỡng. Đồng thời, dựa vào đó để chọn mua loại cảm biến thích hợp nhằm đáp ứng tối đa nhu cầu sử dụng.

Trên đây là những thông tin liên quan đến cảm biến tiệm cận mà chúng tôi tổng hợp được. Hy vọng, những chia sẻ bề loại cảm biến này trong bài viết sẽ hữu ích với các bạn. Cảm ơn các bạn đã đọc tin!

Xem thêm:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *