CẢM BIẾN TIỆM CẬN LÀ GÌ? CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH VÀ ỨNG DỤNG

Cảm biến tiệm cận là thiết bị điện tử vô cùng quan trọng trong hệ thống tự động hóa lẫn đời sống hiện đại. Vậy thiết bị này là gì, chúng vận hành ra sao và ứng dụng trong thực tế như thế nào? Bài viết này của Sensors sẽ giúp bạn giải đáp cặn kẽ tất cả các câu hỏi trên - hãy cùng theo dõi đến cuối nhé!

KHÁI QUÁT VỀ CẢM BIẾN TIỆM CẬN

Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor) là thiết bị điện tử chuyên dùng để phát hiện sự hiện diện / vắng mặt hoặc đo khoảng cách của các vật thể ở khoảng cách gần mà không tiếp xúc trực tiếp. Đây là thiết bị đóng vai trò quan trọng trong các dây chuyền tự động hóa và ngành sản xuất công nghiệp hiện đại. Nó sẽ góp phần giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả hoạt động.​

Cảm biến vật cản có nhiều nguyên lý khác nhau, nhưng phổ biến nhất sẽ có sóng siêu âm, dòng điện xoay chiều, tia hồng ngoại. Khoảng cách hoạt động của thiết bị thường dao động từ 1mm - 30mm, tùy thuộc vào loại cảm biến và vật thể mục tiêu.​

Hiện nay, thiết bị này được phân loại dựa vào nguyên lý vận hành, các loại cảm biến tiệm cận phổ biến bao gồm:
- Cảm biến tiệm cận cảm ứng (Inductive): Chuyên dùng cho kim loại - sở hữu độ bền cao, hoạt động chính xác, ứng dụng phổ biến trong công nghiệp.
- Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive): Dùng được cho kim loại và phi kim - độ nhạy cao, có thể phát hiện bao bì và các vật liệu rời.
- Cảm biến vật cản hồng ngoại (Infrared): Ứng dụng được cho mọi vật thể, thường được tin dùng trong tự động hóa dân dụng.
- Cảm biến tiệm cận siêu âm (Ultrasonic): Ứng dụng được cho mọi vật thể, có thể đo mức, đo khoảng cách và ít bị ảnh hưởng bởi màu sắc vật thể.
- Cảm biến tiệm cận điện từ (Hall): Được dùng để phát hiện nam châm - ứng dụng đặc thù trong lĩnh vực cơ điện tử.  

Cảm biến tiệm cận có vai trò quan trọng trong các dây chuyền tự động hóa

XEM THÊM: HỆ THỐNG PLC LÀ GÌ? CẤU TRÚC, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CÁC ỨNG DỤNG

CẤU TẠO CẢM BIẾN TIỆM CẬN GỒM NHỮNG BỘ PHẬN NÀO?

Cảm biến tiệm cận thường rất nhỏ gọn và được cấu thành từ những bộ phận chính sau đây:

- Bộ phận cảm biến: Đây là phần chứa các bản cực hoặc điện cực cách điện, đóng vai trò nhận tín hiệu từ các vật thể tiếp cận.
- Mạch dao động: Đây là thành phần quan trọng, có nhiệm vụ tạo tần số điều khiển hoạt động của cảm biến vật cản. Nó quyết định cả độ nhạy lẫn tốc độ phản ứng của thiết bị.
- Bộ phận cảm nhận: Bộ phận này thực hiện chức năng giám sát các biến đổi trong trường điện từ hoặc các tín hiệu khác, giúp xác định sự hiện diện/vắng mặt hoặc đo khoảng cách của vật thể.
- Mạch tín hiệu: Chịu trách nhiệm xử lý thông số từ cảm biến và truyền tín hiệu đầu ra đến các thiết bị điều khiển khác trong hệ thống.​

Lưu ý:  Cấu tạo cảm biến tiệm cận sẽ có sự khác nhau tuỳ vào phân loại và nguyên lý hoạt động.

Cấu tạo của cảm biến tiệm cận thường sẽ có 4 phần chính

XEM THÊM: ĐỘT PHÁ CÔNG NGHỆ: CẢM BIẾN VẬN TỐC ỐNG GIÓ AVS701 SERIES

NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CƠ BẢN CỦA CẢM BIẾN TIỆM CẬN

Cảm biến tiệm cận vận hành dựa trên các nguyên tắc cảm ứng và sự thay đổi của môi trường xung quanh. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị cảm biến có thể khác nhau, nhưng cơ bản sẽ được phân thành ba loại sau:​

Cảm Biến Tiệm Cận Điện Từ

Đây là loại cảm biến ứng dụng nguyên tắc thay đổi trường điện từ để phát hiện sự hiện diện/vắng mặt của vật thể. Theo đó:
- Cảm biến sẽ tạo ra một trường điện từ xung quanh nó. 
- Khi vật thể tiếp cận khu vực điện từ của cảm biến thì nó sẽ làm thay đổi trường điện từ và tạo ra sự thay đổi trong điện áp /dòng điện đầu ra. 
- Thay đổi này giúp xác định sự hiện diện/vắng mặt và khoảng cách vật thể.​

Cảm biến vật cản dạng cảm ứng có 2 phiên bản thường thấy:​
- Không che chắn: Trường điện từ của thiết bị không hạn chế → khoảng cách hoạt động của cảm biến rộng hơn
- Được che chắn: Trường điện từ sẽ tập trung ở phía trước thiết bị → giúp giảm nhiễu nhưng khoảng cách hoạt động của cảm biến sẽ ngắn hơn.

Cảm biến vật cản điện từ

XEM THÊM: 4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN ĐO GIÓ PHỔ BIẾN NHẤT

Cảm Biến Tiệm Cận Quang

Cảm biến dạng này sử dụng sự phản xạ / hấp thụ ánh sáng để phát hiện sự hiện diện/vắng mặt hoặc đo khoảng cách của vật thể. Theo đó:
- Cảm biến hoạt động sẽ phát ra tia sáng (infrared, laser).
- Khi vật thể tiến vào khu vực hoạt động của tia sáng thì thiết bị sẽ đo lường ánh sáng phản xạ / hấp thụ. 
- Sự thay đổi ánh sáng phản xạ là yếu tố xác định sự hiện diện/vắng mặt và khoảng cách ật thể.​

Cảm Biến Tiệm Cận Điện Dung

Cảm biến vật cản điện dung hoạt động trên nguyên tắc đo sự thay đổi điện dung giữa vật thể và cảm biến. Quá trình hoạt động diễn ra như sau:
- Mạch dao động của thiết bị tạo ra trường điện tĩnh.
- Khi có vật thể đi vào vùng trường điện này thì nó sẽ làm thay đổi điện dung.
- Sự thay đổi điện dung dẫn đến sự thay đổi trở kháng của mạch, khiến biên độ mạch dao động tăng hoặc bắt đầu dao động.
- Một mạch kích hoạt sẽ theo dõi biên độ dao động này và khi nó đạt ngưỡng nhất định thì cảm biến sẽ chuyển đổi trạng thái tín hiệu ở đầu ra (ON/OFF).

Cảm biến vật cản điện dung

XEM THÊM: CẢM BIẾN CHÊNH ÁP CẦU THANG VÀ TẦM QUAN TRỌNG TRONG HỆ THỐNG PCCC

NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN TIỆM CẬN

Cảm biến tiệm cận được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực:

Sản xuất công nghiệp và tự động hoá: Phát hiện sự hiện diện/vắng mặt và xác định vị trí của vật thể mà không cần tiếp xúc. Thường được dùng trong hệ thống PLC, SCADA, robot công nghiệp, dây chuyền tự động…
Trong ngành ô tô và xe hơi hiện đại : Thiết bị sẽ được lắp đặt vào hệ thống đỗ xe tự động, phát hiện vật cản khi lùi xe, cảnh báo va chạm…
Trong điện thoại thông minh: Cảm biến vật cản được trang bị ở mặt trước của điện thoại thông minh để nhận dạng hành động người dùng, tự động tắt màn hình khi gọi điện, nhận dạng cử chỉ trong không khí (điều khiển mà không cần chạm vào thiết bị​).
Trong đo lường và kiểm tra chất lượng: Cảm biến được dùng để đo mực chất lỏng, chẩn đoán hình ảnh, ứng dụng khi xác định cự li đòi hỏi chính xác cao…
Trong hệ thống giám sát an ninh: Cảm biến tiệm cận được sử dụng nhằm phát hiện sự hiện diện của người / vật thể và phát tín hiệu cảnh báo tự động.

Cảm biến tiệm cận được ứng dụng rộng rãi trong ô tô hiện đại

XEM THÊM: CÔNG TẮC CHÊNH ÁP LỌC - GIẢI PHÁP SỐ 1 CHO HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÔNG KHÍ

Cảm biến tiệm cận là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa. Việc hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế của cảm biến vật cản sẽ giúp bạn lựa chọn đúng đắn và sử dụng hiệu quả trong các dự án của mình. Mọi thông tin tư vấn và mua hàng vui lòng liên hệ cho Sensors Việt Nam để được hỗ trợ nhanh chóng và tận tình nhất!