Cảm biến khoảng cách là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng

​Trong sản xuất công nghiệp, giao thông hay điện tử tiêu dùng, việc đo khoảng cách chính xác là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn. Các công nghệ đo thủ công hoặc tiếp xúc thường có giới hạn, không đáp ứng được nhu cầu hiện đại. Đây chính là lý do cảm biến khoảng cách ra đời, giúp đo lường nhanh chóng, chính xác và không cần tiếp xúc.

Cảm biến khoảng cách là gì? 

Cảm biến khoảng cách (Distance Sensor) là thiết bị điện tử dùng để xác định khoảng cách từ cảm biến đến vật thể thông qua việc phát ra một tín hiệu (siêu âm, laser, hồng ngoại, radar…) và đo thời gian phản xạ của tín hiệu đó. Nhờ cơ chế này, cảm biến có thể đo từ vài milimet đến hàng kilomet, tùy thuộc vào công nghệ được sử dụng. Ngoài tên gọi phổ biến, thiết bị này còn được biết đến với các tên như cảm biến li độ hay cảm biến xa.

Ban đầu, các cảm biến khoảng cách chủ yếu dùng sóng siêu âm trong những năm 1960. Sau nhiều thập kỷ phát triển, công nghệ đã mở rộng với laser, hồng ngoại, radar và các kỹ thuật quang học tiên tiến, mang lại độ chính xác cao và khả năng ứng dụng đa dạng.

Nguyên lý hoạt động

Dù hoạt động trên nhiều nguyên lý vật lý khác nhau, cơ chế cơ bản của cảm biến khoảng cách vẫn là: phát tín hiệu, thu tín hiệu phản xạ từ vật thể và tính toán quãng đường dựa trên tốc độ truyền sóng.

Tùy công nghệ, nguyên lý sẽ khác nhau:

• Hồng ngoại (IR): phát tia hồng ngoại, đo thời gian phản xạ, phù hợp khoảng cách ngắn.
• Siêu âm: dùng sóng siêu âm, tính khoảng cách dựa trên tốc độ truyền trong không khí.
• Laser (LiDAR): sử dụng tốc độ ánh sáng, độ chính xác đến milimet, có thể đo xa hàng trăm mét.
• Radar: phát sóng vô tuyến, đo được khoảng cách hàng kilomet, ứng dụng trong hàng không, quân sự.
• Tiệm cận: dùng từ trường, điện dung hoặc điện cảm để phát hiện vật ở phạm vi rất gần.
• Encoder quay: dùng đĩa mã hóa, ứng dụng đặc thù trong công nghiệp để đo dịch chuyển.

=> Xem thêm: Cảm biến hiện diện là gì?

Phân loại cảm biến khoảng cách

Dựa trên công nghệ đo, cảm biến khoảng cách được chia thành: hồng ngoại, siêu âm, laser, radar, tiệm cận và encoder. Ngoài ra, chúng còn có thể phân loại theo tín hiệu ngõ ra: analog (0–10V, 4–20mA), digital (PNP, NPN), relay hoặc giao thức số như UART/I2C.

Sai số và phạm vi đo

Độ chính xác và phạm vi của cảm biến phụ thuộc vào công nghệ:

• Hồng ngoại đo được cự ly ngắn nhưng dễ bị nhiễu ánh sáng.
• Siêu âm chính xác ở mức mm–cm, song bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và bề mặt phản xạ.
• Laser cho độ chính xác rất cao, sai số chỉ vài mm, phạm vi đo lên tới hàng nghìn mét.
• Radar đo được rất xa, đến hàng km, nhưng sai số lớn hơn laser.
• Tiệm cận cực kỳ chính xác trong khoảng cách ngắn (mm – cm).

Giá thành của cảm biến cũng chênh lệch đáng kể, từ vài chục nghìn đồng cho loại đơn giản đến hàng chục triệu đồng cho loại công nghệ cao như laser và radar.

=> Xem thêm: Cảm biến chuyển động là gì?

Ứng dụng của cảm biến khoảng cách

Nhờ tính đa dạng về công nghệ, cảm biến khoảng cách có mặt trong nhiều lĩnh vực:

• Trong công nghiệp, chúng được dùng để đo mức chất lỏng, xi măng, hóa chất, giám sát dây chuyền, định vị container.
• Trong ô tô và giao thông, cảm biến hỗ trợ hệ thống đỗ xe, cảnh báo va chạm, kiểm soát khoảng cách trong xe tự hành.
• Trong robot và tự động hóa, chúng giúp robot định vị, tránh vật cản, đếm sản phẩm.
• Trong điện tử tiêu dùng, có thể thấy ở smartphone (tự tắt màn hình khi nghe gọi), máy ảnh (đo tiêu cự).
• Trong y tế, cảm biến được ứng dụng trong nhiệt kế hồng ngoại, thiết bị đo không tiếp xúc.
• Trong nông nghiệp, chúng giám sát cây trồng, điều khiển máy nông nghiệp thông minh.
• Trong hàng hải và quân sự, radar đo khoảng cách tàu – cảng và giám sát tầm xa.

Cách lựa chọn cảm biến khoảng cách

Để chọn được cảm biến phù hợp, cần cân nhắc:

• Phạm vi đo cần thiết: gần, trung bình hay xa.
• Độ chính xác yêu cầu.
• Điều kiện môi trường: bụi, ẩm, nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh.
• Loại vật liệu cần đo (kim loại, nhựa, chất lỏng…).
• Kích thước, trọng lượng thiết bị.
• Dạng tín hiệu ngõ ra và giao thức giao tiếp.
• Ngân sách: chọn loại phù hợp khả năng đầu tư.

Thương hiệu cảm biến uy tín

Trên thị trường hiện có nhiều thương hiệu cung cấp cảm biến khoảng cách chất lượng:

• Keyence: nổi bật với cảm biến laser, độ chính xác cao, giá thành cao.
• Omron: đa dạng mẫu mã, giá hợp lý, dễ sử dụng.
• Autonics, Hanyoung, Sơn Long VN: phổ biến ở phân khúc tầm trung, được dùng nhiều trong công nghiệp tại Việt Nam.

=> Xem thêm: Cảm biến nhiệt độ là gì?

Xu hướng phát triển

Cảm biến khoảng cách đang ngày càng trở nên thông minh hơn nhờ tích hợp AI và Machine Learning, cho phép phân tích dữ liệu trực tiếp. Chúng cũng được thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, dễ dàng kết nối không dây qua Bluetooth, Wi-Fi và IoT. Điều này mở ra khả năng ứng dụng rộng hơn trong thiết bị di động, thiết bị đeo thông minh và hệ thống tự động hóa tương lai.

Cảm biến khoảng cách là công cụ không thể thiếu trong cả công nghiệp và đời sống. Từ đo mức bồn chứa trong nhà máy, hỗ trợ lái xe, đến smartphone hay robot, thiết bị này đã chứng minh tính ứng dụng rộng rãi. Khi lựa chọn, bạn nên cân nhắc công nghệ, độ chính xác, môi trường làm việc và chi phí để có giải pháp tối ưu.

Hãy để HISVN giúp quý khách lựa chọn giải pháp nhà thông minh phù hợp nhất với nhu cầu của gia đình!

HISVN – Giải pháp nhà thông minh

• Hotline: 0903 88 33 98
• Website: https://hisvn.vn/
• Fanpage: https://www.facebook.com/nhathongminhHISVN/
• Email: nam.kieu@hisvn.vn