[ MẸO] kết nối cảm biến khoảng cách với bộ điều khiển

Với những ứng dụng quan trọng trong xe hơi, đo khoảng cách, kiểm tra sản phẩm,…cảm biến khoảng cách được sử dụng rất phổ biến trong cả công nghiệp và dân dụng. 

Vậy cảm biến khoảng cách là gì? Có nguyên lý hoạt động ra sao? Cách kết nối cảm biến khoảng cách với bộ điều khiển như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu ngay trong bài viết này của CNSG.

Cảm biến khoảng cách là gì?

Cảm biến khoảng cách còn được gọi với tên cảm biến li độ, đây là thiết bị điện tử giúp xác định khoảng cách từ vị trí của điểm xét đến vật thể. 

Ngoài ra, loại cảm biến khoảng cách này còn được sử dụng để xác định mức hóa chất trong các loại bình chứa và các ứng dụng khác trong lĩnh vực sản xuất, công nghiệp.

Phân loại các loại cảm biến khoảng cách

Thông thường cảm biến khoảng cách có thể chia thành các dòng như sau:

• Cảm biến tiệm cận đo khoảng cách. 
• Loại cảm biến laser đo khoảng cách.
• Cảm biến dùng hệ thống sóng siêu âm.
• Cảm biến từ đo khoảng cách

Xem thêm:

• [ CHI TIẾT] hướng dẫn lắp đặt cảm biến chuyển động
• Cảm biến siêu âm là gì? Ứng dụng trong công nghiệp

Nguyên lý hoạt động của từng loại cảm biến khoảng cách

Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận có thể biến đổi các tín hiệu chuyển động hoặc hành động lặp lại thành tín hiệu điện, đo khoảng cách bằng cách tạo một từ trường phía trước cảm biến. Loại cảm biến tiệm cận này với ưu điểm cho hiệu quả đo chính xác cao, tuy nhiên chỉ phát hiện vật với khoảng cách rất ngắn, tính bằng đơn vị milimet.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến Laser

Cảm biến Laser là một trong những thiết bị phổ biến nhất khi dùng để đo khoảng cách. Cảm biến này sử dụng quá trình thu phát tia laser với nguyên lý phát xạ cảm ứng, thiết bị có thể hoạt động chính xác cao với phạm vi đo rộng. Do vậy mà cảm biến Laser được ứng dụng trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm đo khoảng cách dựa trên nguyên lý phát ra chùm sóng siêu âm đến vật phản xạ về cảm biến. Đây cũng là thiết bị hoạt động cho kết quả có độ chính xác rất cao. Với rất nhiều ứng dụng, cảm biến siêu âm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến Encoder 

Cảm biến Encoder hoạt động trên nguyên lý đĩa quay quanh trục, trên đĩa có các rãnh để tín hiệu quang chiếu qua đĩa, giúp xử lý các chuyển động và chuyển thành các tín hiệu điện. 

Tuy không được sử dụng phổ biến như các loại cảm biến đo khoảng cách khác vì giá thành và ứng dụng không được rộng rãi, nhưng cảm biến Encoder lại thích hợp cho 1 số ứng dụng đặc thù trong ngành công nghiệp nặng.

Đặc điểm sai số của cảm biến khoảng cách

Cảm biến khoảng cách là một loại cảm biến đo khoảng cách giữa nó và vật thể trong phạm vi hoạt động của nó. Mặc dù cảm biến khoảng cách có nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau, nhưng nó cũng có một số đặc điểm sai số quan trọng như sau:

• Sai số chính xác: Đây là sai số được tính toán bằng cách so sánh giá trị đo đạc của cảm biến với giá trị thực tế của khoảng cách đến vật thể. Sai số này được ảnh hưởng bởi độ chính xác của cảm biến, nhiễu và điều kiện môi trường.
• Sai số giữa các lần đo: Đây là sai số được tính toán bằng cách so sánh các giá trị đo liên tiếp của cảm biến. Sai số này được ảnh hưởng bởi nhiễu, độ chính xác của cảm biến và các yếu tố khác như độ rung của vật thể, thay đổi ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm.
• Sai số độ phân giải: Đây là sai số được tính toán bởi sự khác biệt giữa giá trị thực tế và giá trị đo được gần nhất của cảm biến. Sai số này phụ thuộc vào độ phân giải của cảm biến.
• Sai số độ lệch: Đây là sai số được tính toán bằng cách so sánh giá trị đo đạc trung bình của cảm biến với giá trị thực tế của khoảng cách đến vật thể. Sai số này được ảnh hưởng bởi độ chính xác của cảm biến, nhiễu và điều kiện môi trường.
• Sai số độ nhạy: Đây là sai số được tính toán bằng cách so sánh giá trị đo đạc của cảm biến với giá trị thực tế của khoảng cách đến vật thể. Sai số này được ảnh hưởng bởi độ nhạy của cảm biến, nhiễu và điều kiện môi trường.

Tín hiệu ngõ ra của cảm biến khoảng cách

Tín hiệu đầu ra của cảm biến khoảng cách có thể được truyền tải theo nhiều giao thức và phương thức khác nhau, tùy thuộc vào loại cảm biến và ứng dụng cụ thể. Tuy nhiên, các tín hiệu ngõ ra thường được phân thành hai loại chính là tín hiệu số và tín hiệu analog.

• Tín hiệu số: Đây là tín hiệu được biểu diễn bằng các giá trị số (được mã hóa số học) và được truyền tải bằng các giao thức số như I2C, SPI, RS232, UART, CAN, Ethernet và các giao thức truyền tải dữ liệu khác. Tín hiệu số thường được sử dụng trong các ứng dụng cần độ chính xác cao, nơi các giá trị đo đạc phải được xử lý và đọc bằng máy tính hoặc vi điều khiển.
• Tín hiệu analog: Đây là tín hiệu được biểu diễn bằng giá trị điện áp hoặc dòng điện và được truyền tải bằng các kết nối dây điện. Tín hiệu analog thường được sử dụng trong các ứng dụng cần giá trị đo đạc đơn giản hơn, nơi tín hiệu đầu ra có thể được đọc trực tiếp bằng các đồng hồ đo điện áp hoặc dòng điện.

Cảm biến khoảng cách thường dùng ở đâu?

Các loại cảm biến được sử dụng nhiều nhất là trong môi trường công nghiệp. Ngoài ra, cảm biến đo khoảng cách thì còn được dùng ở hệ thống cẩu trục, kho bãi, và trong dân dụng:

• Đo khoảng cách vị trí mức chất lỏng trong các bồn chứa
• Giám sát vị trí vật chuyển động, tàu thuyền tại cầu cảng
• Giám sát khoảng cách, vị trí cần cẩu và vật chuyển động ở các cảng
• Đo khoảng cách cẩu trục trong các nhà máy cơ khí, thép, dây chuyền sản xuất lắp ráp ô tô
• Xác định khoảng cách giữa các con đội trong hệ thống máy dệt nhằm mục đích điều khiển và giám sát.

Phạm vi đo của cảm biến khoảng cách?

Phạm vi đo của cảm biến khoảng cách phụ thuộc vào loại cảm biến và môi trường ứng dụng. Các loại cảm biến khoảng cách có thể có phạm vi đo từ vài milimet đến hàng trăm mét. Sau đây là một số ví dụ về phạm vi đo của các loại cảm biến khoảng cách phổ biến:

• Cảm biến siêu âm: Phạm vi đo của các cảm biến siêu âm thông thường là từ vài centimet đến khoảng 10 mét. Các cảm biến siêu âm công nghiệp có thể đo được khoảng cách lên đến hàng trăm mét.
• Cảm biến hồng ngoại: Các cảm biến khoảng cách hồng ngoại thường có phạm vi đo từ vài centimet đến khoảng 10 mét.
• Cảm biến quang điện: Các cảm biến khoảng cách quang điện có phạm vi đo từ vài milimet đến vài mét.
• Cảm biến laser: Các cảm biến khoảng cách laser có phạm vi đo từ vài milimet đến hàng trăm mét. Các cảm biến khoảng cách laser công nghiệp có thể đo được khoảng cách lên đến vài kilômét.
• Cảm biến tiệm cận: Các cảm biến tiệm cận thường có phạm vi đo từ vài milimet đến vài centimet. Tuy nhiên, có một số cảm biến tiệm cận công nghiệp có thể đo được khoảng cách lên đến vài mét.

Cách kết nối cảm biến với bộ điều khiển một cách an toàn

• Tắt nguồn điện: Trước khi kết nối bất kỳ loại cảm biến nào với bộ điều khiển, hãy đảm bảo rằng nguồn điện của hệ thống đã được tắt. Điều này sẽ giảm thiểu rủi ro cho người kết nối cảm biến và cả thiết bị.
• Kiểm tra thông số kỹ thuật: Trước khi kết nối cảm biến, hãy kiểm tra các thông số kỹ thuật của nó như điện áp, dòng điện, đầu ra tín hiệu và các thông số khác. Đảm bảo rằng các thông số này phù hợp với bộ điều khiển và các thiết bị khác trong hệ thống.
• Kết nối đúng cách: Hãy đảm bảo rằng cảm biến được kết nối đúng cách với bộ điều khiển. Hãy đọc kỹ hướng dẫn sử dụng của cảm biến và bộ điều khiển để biết cách kết nối chính xác.
• Sử dụng dụng cụ phù hợp: Sử dụng dụng cụ phù hợp để kết nối cảm biến với bộ điều khiển. Không sử dụng các công cụ không đúng cách hoặc không phù hợp để kết nối cảm biến.
• Kiểm tra kết nối: Sau khi kết nối cảm biến với bộ điều khiển, hãy kiểm tra lại kết nối để đảm bảo rằng nó đã được kết nối đúng cách và an toàn.
• Bật nguồn điện và kiểm tra hoạt động: Sau khi kết nối cảm biến với bộ điều khiển, hãy bật nguồn điện và kiểm tra hoạt động của hệ thống. Đảm bảo rằng cảm biến hoạt động đúng và đáp ứng các yêu cầu của bộ điều khiển.
• Đóng nguồn điện: Khi kết thúc quá trình kết nối, hãy đóng nguồn điện của hệ thống để đảm bảo an toàn cho cả người kết nối và thiết bị.

Ứng dụng của cảm biến khoảng cách là gì?

• Ứng dụng trong xe hơi tự lái: Cảm biến khoảng cách được sử dụng trong xe hơi tự lái để phát hiện các vật cản xung quanh. Cảm biến giúp xe tự động tránh vật cản và giảm thiểu nguy cơ tai nạn.
• Ứng dụng trong thiết bị đo khoảng cách: Cảm biến khoảng cách được sử dụng trong các thiết bị đo khoảng cách như máy đo khoảng cách và máy đo độ dày. Cảm biến giúp đo khoảng cách chính xác và nhanh chóng.
• Ứng dụng trong sản xuất và kiểm tra sản phẩm: Cảm biến khoảng cách được sử dụng để đo khoảng cách giữa các bộ phận trong quá trình sản xuất. Nó cũng được sử dụng trong kiểm tra sản phẩm để đảm bảo rằng chúng đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng.
• Ứng dụng trong máy in 3D: Cảm biến khoảng cách được sử dụng trong máy in 3D để giúp định vị đối tượng cần in. Cảm biến giúp máy in 3D in ra các đối tượng chính xác hơn.
• Ứng dụng trong robot hút bụi: Cảm biến khoảng cách được sử dụng trong robot hút bụi để giúp robot định vị vị trí các vật cản. Robot sẽ tránh các vật cản này để đảm bảo hút bụi một cách hiệu quả.
• Ứng dụng trong thiết bị đo lường độ rung: Cảm biến khoảng cách được sử dụng trong thiết bị đo lường độ rung. Cảm biến giúp đo lường độ rung chính xác và nhanh chóng.
• Ứng dụng trong thiết bị định vị vị trí: Cảm biến khoảng cách được sử dụng trong các thiết bị định vị vị trí như GPS và định vị trong nhà. Cảm biến giúp định vị vị trí chính xác của thiết bị.
• Ứng dụng trong các hệ thống an ninh: Cảm biến khoảng cách được sử dụng trong các hệ thống an ninh để phát hiện và giám sát sự di chuyển của các đối tượng trong khu vực giám sát. Cảm biến này giúp bảo vệ an ninh tại các cửa hàng, trung tâm mua sắm, khu công nghiệp và khu dân cư.
• Ứng dụng trong robot công nghiệp: Cảm biến khoảng cách được sử dụng trong robot công nghiệp để giúp xác định khoảng cách và vị trí của các vật thể. Cảm biến này giúp robot có thể di chuyển và thực hiện tác vụ một cách an toàn và hiệu quả hơn.
• Ứng dụng trong các thiết bị điều khiển từ xa: Cảm biến khoảng cách được sử dụng trong các thiết bị điều khiển từ xa, như điều khiển từ xa của TV, để định vị vị trí của thiết bị cần điều khiển. Cảm biến này giúp tín hiệu điều khiển được truyền tới thiết bị một cách chính xác và nhanh chóng hơn.

Cách chọn cảm biến khoảng cách

Khi chọn dòng cảm biến để đo khoảng cách, người dùng phải xác định trước các vấn đề sau để tìm ra sản phẩm đáp ứng được yêu cầu của hệ thống và phù hợp với chi phí đầu tư của dự án:

• Độ nhạy và độ chính xác của hệ thống? Có cần chính xác cao hay không?
• Vật thể cần phát hiện là gì? Chất liệu gì? Kích thước của vật thể?
• Xác định tính chất của môi trường? Có nhiều vật cản hay không?
• Nhiệt độ môi trường, tác động rung động …
• Khoảng cách phát hiện vật thể là bao nhiêu?
• Chi phí đầu tư cho hệ thống như thế nào?

Lưu ý khi dùng cảm biến khoảng cách

• Chọn cảm biến phù hợp: Các ứng dụng yêu cầu sử dụng các loại cảm biến khoảng cách khác nhau. Việc lựa chọn loại cảm biến phù hợp với ứng dụng giúp đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống.
• Xác định khoảng cách đo chính xác: Trước khi sử dụng cảm biến khoảng cách, cần xác định khoảng cách đo chính xác để chọn loại cảm biến phù hợp.
• Cài đặt đúng tham số: Việc cài đặt đúng tham số trên bộ điều khiển của cảm biến khoảng cách là rất quan trọng. Nếu không cài đặt đúng, có thể dẫn đến sai lệch trong kết quả đo.
• Đảm bảo điều kiện môi trường phù hợp: Điều kiện môi trường ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của cảm biến khoảng cách. Cần đảm bảo môi trường ứng dụng phù hợp để đảm bảo độ chính xác của kết quả đo.
• Kiểm tra định kỳ: Cần thường xuyên kiểm tra và hiệu chỉnh cảm biến khoảng cách để đảm bảo độ chính xác của hệ thống.
• Tránh nhiễu tín hiệu: Tín hiệu nhiễu có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến khoảng cách. Cần tránh tối đa các nguồn nhiễu tín hiệu như sóng điện từ, sóng âm, ánh sáng.
• Bảo trì đúng cách: Cảm biến khoảng cách cần được bảo trì đúng cách để đảm bảo tuổi thọ của cảm biến. Việc bảo trì đúng cách cũng giúp duy trì độ chính xác của cảm biến trong thời gian dài.