Cảm Biến Khoảng Cách Là Gì? Phân Loại, Phạm Vi Đo & Cách Hoạt Động

Cảm biến khoảng cách là gì? Đây là một loại cảm biến chắc không còn xa lạ với nhiều người hiện nay. Vậy cảm biến khoảng cách có những ứng dụng nổi bật và mang lại những lợi ích gì cho người dùng? Hãy cùng công ty nhà thông minh AiSmartHome khám phá trong bài viết này nhé.

Cảm biến khoảng cách là gì?

Cảm biến khoảng cách là một loại cảm biến được thiết kế để đo khoảng cách từ cảm biến đến một vật thể xác định nào đó. Các thiết bị được tích hợp cảm biến khoảng khi hoạt động sẽ phát ra một tín hiệu những tín hiệu này thường là tia laser, sóng siêu âm, sóng âm. Thời gian tín hiệu đi từ cảm biến đến vật thể và phản hồi lại là cơ sở để cảm biến xác định khoảng cách từ vật thể đến cảm biến. Cảm biến này thường được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp, sản xuất, kho bãi,..

Phân loại cảm biến khoảng cách

Cảm biến khoảng cách thường cho kết quả đo chính xác, có khả năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực và được tích hợp trên các thiết bị. Người ta thường dựa vào nguyên lý hoạt động của cảm biến để phân loại, sau đây là các loại cảm biến khoảng cách phổ biến:

• Cảm biến laser: Sử dụng tia laser để đo khoảng cách.
• Cảm biến hồng ngoại: Dùng tia hồng ngoại phản xạ để đo khoảng cách.
• Cảm biến siêu âm: Dựa trên thời gian lan truyền sóng siêu âm để đo khoảng cách.
• Cảm biến Radar: Đo khoảng cách bằng cách phát tín hiệu sóng vô tuyến, và thời gian phản xạ tín hiệu.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến khoảng cách là gì?

Mỗi một loại cảm biến thường có những nguyên lý hoạt động khác nhau và sẽ cho kết quả đo khác nhau tùy từng loại. Sau đây là một số nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến phổ biến hiện nay.

Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận

Cảm biến khoảng cách tiệm cận là loại cảm biến hoạt động dựa trên việc chuyển đổi các tín hiệu chuyển động hoặc lặp lại thành các tín hiệu điện. Khoảng cách đo được dựa trên việc đo khoảng cách từ một từ trường phía trước cảm biến. Cảm biến tiệm cận này thường cho kết quả đo chính xác, đo các vật ở khoảng cách rất ngắn. Đơn vị đo khoảng cách của cảm biến này thường tính bằng milimet.

Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm được hoạt động dựa trên việc phát ra chùm tia sóng siêu âm từ cảm biến đến vật phản xạ để xác định khoảng cách. Cảm biến sẽ phát sóng ra và phản xạ lại, thời gian phản xạ lại của cảm biến được tính là khoảng cách giữa vật thể đến cảm biến. Cảm biến siêu âm cũng cho kết quả đo chính xác, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, có tính ứng dụng cao. Đây là loại cảm biến thường được sử dụng trong công nghiệp, hay ứng dụng trên thiết bị ô tô để chống va chạm.

Nguyên lý hoạt động cảm biến Laser

Cảm biến đo khoảng cách laser, hoạt động dựa trên nguyên lý phát ra tia laser về phía vật thể để xác định khoảng cách từ cảm biến đến vật thể và đo thời gian phản hồi từ tia phản xạ quay trở lại cảm biến. Thiết bị này sử dụng tốc độ ánh sáng lên đến 300 000km/s để đo thời gian phản hồi của tia laser.

Cảm biến laser đo kết quả đo rất chính xác, đo các vật thể ở khoảng cách xa từ vài mét đến hàng trăm mét. Vì vậy, loại cảm biến này được ứng dụng rộng rãi nhiều trong các lĩnh vực như để đo đạc, ứng dụng trong hệ thống cảnh báo va chạm ô tô, tích hợp trên xe tự lái,…

Nguyên lý hoạt động cảm biến Encoder

Cảm biến Encoder được hoạt động dựa trên nguyên lý đĩa quay quanh trục, trên đĩa có các rãnh để tín hiệu điện quang chiếu qua đĩa, giúp các chuyển các tín hiệu chuyển động thành các tín hiệu điện. Đây là loại cảm biến không được sử dụng phổ biến như các loại cảm biến được nêu trên nhưng đây là loại cảm biến được ứng dụng trong một số đặc thù ngành công nghiệp nặng. 

Tín hiệu ngõ ra của cảm biến khoảng cách là gì?

Các cảm biến khoảng cách thường có các tín hiệu ngõ ra dạng analog gồm các dòng điện như tín hiệu điện áp 0-5V, 0-10V hay 0-20mA, 4-20mA ( những tín hiệu có đồ thị như đường hình sin, cos hay các đường cong lên xuống bất kỳ), NPN hoặc PNP (dạng tín hiệu kích âm, ngõ ra ở mức 1 bằng nguồn, hay còn tác động ngõ ra ở mức 0V, role,..

Thường tín hiệu ngõ ra dạng 4-20mA là loại tín hiệu ít nhiễu, truyền được đi xa hơn ngay khi cảm biến khi sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu, khuếch đại tín hiệu. Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người dùng sử dụng loại ngõ ra phù hợp mục đích của mình.

Đặc điểm sai số của cảm biến khoảng cách

Mỗi loại cảm biến khác nhau sẽ có những đặc điểm sai số khác nhau và phù thuộc vào mục đích sử dụng cảm biến. Trị số còn phụ thuộc vào nguyên lý sử dụng và thang đo. Thường trên mỗi cảm biến thường sẽ ghi giá trị sai số cụ thể trên bảng thông số của sản phẩm. Như đối với laoij cảm biến laser mức sai số được tính theo centimet, nhưng đối với cảm biến tiệm cận thì đơn vị sai số sẽ là milimet.

Phạm vi đo của cảm biến khoảng cách

Cũng như sai số thì phạm vi đo của cảm biến khoảng cách được giới hạn tùy theo mỗi loại cảm biến khác nhau. Có cảm biến xác định được vật thể ở khoảng cách vài kilomet, hay có những cảm biến chỉ đo được vật thể ở khoảng cách vài centimet. Như cảm biến laser có thể đo vật thể ở khoảng cách tối đa lên đến 3000m.

Ứng dụng của cảm biến khoảng cách trong cuộc sống

Trong cuộc sống hằng ngày chúng ta sẽ thấy cảm biến đo khoảng cách ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ công nghiệp đến thiết bị điện tử tiêu dùng hằng ngày. Sau đây là một số ứng dụng của cảm biến khoảng cách mà bạn thể biết.

Đo khoảng cách trong các hệ thống

Cảm biến khoảng cách được ứng dụng để đo khoảng cách trong hệ thống sản xuất công nghiệp, tại các kho bãi, hàng hải. Như trong ghép tàu, cảm biến này thường được ứng dụng để đo khoảng cách từ tàu đến mép bến tàu để đảm bảo khoảng cách an toàn cho các tàu trong những lần neo đậu và độ bộ tại bến cho các lần đo.

Xác định vị trí các hệ thống di chuyển

Cảm biến được sử dụng trong hệ thống di chuyển kho bãi như cần cẩu giàn, cung cấp chính xác vị trí hiện tại của cần cẩu và tránh được việc xảy ra các va chạm với các phương tiện xung quanh. Thường các cảm biến laser được ứng dụng trong việc xác định hệ thống này cùng với sự hỗ trợ cửa gương phản xạ.

Đo mực hóa chất

Cảm biến khoảng cách được ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất để đo mực chất lỏng trong các bể chứa, hay quản lý và kiểm soát lượng hóa chất đảm bảo an toàn và hiệu quả. Ngoài ra, còn cung cấp chính xác lượng xi mạng trên mỗi bồn cho các nhà điều hành cần cẩu.

Phát hiện vị trí các bộ phận, chi tiết máy

Người ta sử dụng cảm biến khoảng cách để phát hiện các vật thể có kích thước nhỏ từ vài milimet đến vài chục milimet. Đồng thời, kiểm soát vị trí chính xác của các vật thể trong hệ thống máy móc sản xuất, đảm bảo cho máy móc hoạt động chính xác và ổn định.

Định vị container

Trong hoạt động hàng hải, quá trình bốc xếp các thùng container trên tàu, cảng hay trên các phương tiện, thì cảm biến khoảng cách giúp cho người điều hành cần cẩu xác định chính xác vị trí của các thùng container. Đồng thời, giám sát và định vị chính xác các container hiệu quả.

Cách kết nối cảm biến khoảng cách với bộ điều khiển

Khi kết nối cảm biến khoảng cách với bộ điều khiển thì phụ thuộc vào khoảng cách vào ngõ ra dạng NPN hay PNP mà có cách nối khác nhau.

• Như đối với loại cảm biến tiệm cận ngõ ra dạng PNP thì chúng ta cần phải chú ý đến điện áp nguồn điện của cảm biến và đầu vào của bộ điều khiển. Nếu cả hai cùng nguồn điện với nhau (AC hoặc DC) thì có thể đấu nối trực tiếp. Nếu khác nhau thì phải dùng đến rơ le trung gian (chọn loại cùng với cảm biến) . Cuộn rơ le có một đầu nối với cảm biến, một đầu nối ngõ ra cảm biến. Điểm hở của rơ le thì nối với đầu vào input của bộ điều khiển.
• Cảm biến có ngõ ra là dạng NPN thì dùng rơ le trung gian như trường hợp hai của dạng ngõ ra PNP, nhưng cuộn dây rơ le có một đầu nói lên với V+ và một đầu nối ngõ ra của cảm biến.

Các lưu ý khi chọn cảm biến khoảng cách

Để lựa chọn được loại cảm biến phù hợp với nhu cầu sử dụng thì người dùng nên cân nhắc một số lưu ý sau để đảm bảo hiệu quả sử dụng và sở hữu sản phẩm chất lượng nhất:

• Xác định môi trường hoạt động khi lắp đặt cảm biến.
• Biết được đối tượng cần phải đo khoảng cách, chất liệu, kích thước như thế nào.
• Phạm vị để lắp đặt cảm biến giới hạn trong bao nhiêu, để chọn loại cảm biến có thông số phù hợp.
• Cân nhắc lựa chọn thương hiệu uy tín để mua cảm biến, tham khảo mức giá của thị trường, dự kiến chi phí mà bạn có thể chi trả được.

Ngoài ứng dụng của cảm biến khoảng cách được nêu trên, trong cuộc sống của chúng ta còn ứng dụng nhiều loại cảm biến khác. Với những tính năng, các công nghệ hiện đại thì các cảm biến ngày càng đóng vai trò quan trọng. Bạn có thể tìm hiểu thêm các loại cảm biến tại đây nhé: Cảm biến thông minh là gì? cấu tạo, ứng dụng & phân loại.

Từ bài viết trên, hy vọng bạn có thể tự trả lời cho mình được câu hỏi cảm biến khoảng cách là gì? Đồng thời, với những đặc điểm của từng loại cảm biến, bạn có thể ứng dụng chúng phù hợp trong đời sống hằng ngày nhé. Để trang bị cho ngôi nhà của mình những loại cảm biến hiện đại, tăng cường sự an ninh cho ngôi nhà thì bạn có thể liên hệ qua hotline 0396999918 cho công ty nhà thông minh AiSmartHome để được tư vấn nhé.