Cảm biến

Cảm biến là thiết bị hoặc phần tử điện tử được sử dụng để phát hiện, đo lường, và chuyển đổi các thông số vật lý hoặc hóa học (như nhiệt độ, ánh sáng, áp suất, độ ẩm, vị trí, chuyển động, v.v.) thành tín hiệu điện hoặc tín hiệu số để xử lý, phân tích, và điều khiển trong các hệ thống điện tử và tự động hóa.

Cấu tạo cơ bản của cảm biến

  1. Phần cảm nhận (Sensing Element):
    • Là phần trực tiếp phát hiện hoặc tương tác với môi trường hoặc đại lượng cần đo.
    • Ví dụ: Một nhiệt điện trở (NTC/PTC) sẽ thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
  2. Bộ chuyển đổi (Transducer):
    • Biến đổi tín hiệu cảm nhận (cơ, nhiệt, ánh sáng, v.v.) thành tín hiệu điện.
  3. Mạch xử lý tín hiệu (Signal Conditioning Circuit):
    • Khuếch đại, lọc hoặc chuyển đổi tín hiệu thô thành dạng dễ sử dụng (tín hiệu tương tự hoặc số).
  4. Đầu ra (Output):
    • Cung cấp tín hiệu đo lường cuối cùng cho hệ thống điều khiển hoặc thiết bị đầu cuối.

Phân loại cảm biến

Cảm biến có thể được phân loại theo nhiều cách, chẳng hạn như:

  1. Theo loại tín hiệu đầu ra:
    • Tín hiệu tương tự (Analog): Tín hiệu thay đổi liên tục, ví dụ: cảm biến nhiệt độ (NTC).
    • Tín hiệu số (Digital): Tín hiệu dạng nhị phân hoặc xung số, ví dụ: cảm biến từ hall số.
  2. Theo đại lượng đo:
    • Cảm biến nhiệt độ: Nhiệt điện trở, cặp nhiệt điện, cảm biến hồng ngoại.
    • Cảm biến ánh sáng: LDR, photodiode, cảm biến ánh sáng môi trường.
    • Cảm biến áp suất: Cảm biến piezo, strain gauge.
    • Cảm biến độ ẩm: Cảm biến RH, hygrometer.
    • Cảm biến khoảng cách: Cảm biến siêu âm, cảm biến laser, cảm biến hồng ngoại.
    • Cảm biến chuyển động: Cảm biến PIR, cảm biến gia tốc.
  3. Theo nguyên lý hoạt động:
    • Cảm biến tiếp xúc: Phải tiếp xúc trực tiếp với đối tượng cần đo, ví dụ: cặp nhiệt điện.
    • Cảm biến không tiếp xúc: Hoạt động từ xa, ví dụ: cảm biến hồng ngoại hoặc siêu âm.

Ứng dụng của cảm biến

  1. Công nghiệp:
    • Điều khiển quy trình sản xuất (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng).
    • Giám sát và bảo trì hệ thống (cảm biến rung động, cảm biến trạng thái máy móc).
  2. Tự động hóa:
    • Robot tự động, hệ thống điều khiển thông minh, dây chuyền sản xuất.
  3. Điện tử tiêu dùng:
    • Điện thoại thông minh (cảm biến tiệm cận, cảm biến vân tay).
    • Thiết bị IoT (cảm biến môi trường, cảm biến chuyển động).
  4. Giao thông:
    • Hệ thống phanh ABS, kiểm soát tốc độ hành trình, cảm biến radar.
  5. Y tế:
    • Thiết bị đo nhịp tim, huyết áp, cảm biến nhiệt độ cơ thể.
  6. Nông nghiệp:
    • Đo độ ẩm đất, cảm biến ánh sáng để điều khiển tưới tiêu.

Ưu điểm của cảm biến

  • Tăng cường tự động hóa và độ chính xác.
  • Giảm thiểu sự can thiệp của con người.
  • Độ bền cao trong nhiều môi trường khắc nghiệt.