Cảm biến thụ động là gì?

Tác giả: Li Ai
Nguồn: Ulink Media

Cảm biến thụ động là gì?

Cảm biến thụ động còn được gọi là cảm biến chuyển đổi năng lượng. Giống như Internet vạn vật (IoT), nó không cần nguồn điện bên ngoài, tức là nó là một cảm biến không cần sử dụng nguồn điện bên ngoài, nhưng cũng có thể thu nhận năng lượng thông qua các nguồn bên ngoài.

Chúng ta đều biết rằng cảm biến có thể được chia thành cảm biến xúc giác, cảm biến hình ảnh, cảm biến nhiệt độ, cảm biến chuyển động, cảm biến vị trí, cảm biến khí, cảm biến ánh sáng và cảm biến áp suất tùy thuộc vào các đại lượng vật lý khác nhau mà chúng cảm nhận và phát hiện. Đối với cảm biến thụ động, năng lượng ánh sáng, bức xạ điện từ, nhiệt độ, năng lượng chuyển động của con người và nguồn rung động được cảm biến phát hiện là các nguồn năng lượng tiềm năng.

Theo hiểu biết chung, các cảm biến thụ động có thể được chia thành ba loại sau: cảm biến thụ động sợi quang, cảm biến thụ động sóng âm bề mặt và cảm biến thụ động dựa trên vật liệu năng lượng.

• Cảm biến sợi quang

Cảm biến sợi quang là một loại cảm biến dựa trên một số đặc tính của sợi quang, được phát triển vào giữa những năm 1970. Nó là một thiết bị chuyển đổi trạng thái cần đo thành tín hiệu ánh sáng có thể đo được. Nó bao gồm nguồn sáng, cảm biến, bộ dò ánh sáng, mạch điều chỉnh tín hiệu và sợi quang.

Nó có các đặc điểm như độ nhạy cao, khả năng chống nhiễu điện từ mạnh, cách điện tốt, khả năng thích ứng môi trường cao, đo lường từ xa, tiêu thụ điện năng thấp, và ngày càng hoàn thiện trong ứng dụng Internet vạn vật. Ví dụ, thủy âm sợi quang là một loại cảm biến âm thanh sử dụng sợi quang làm phần tử cảm biến, và cảm biến nhiệt độ sợi quang.

• Cảm biến sóng âm bề mặt

Cảm biến sóng âm bề mặt (SAW) là loại cảm biến sử dụng thiết bị sóng âm bề mặt làm phần tử cảm biến. Thông tin cần đo được phản ánh qua sự thay đổi tốc độ hoặc tần số của sóng âm bề mặt trong thiết bị sóng âm bề mặt, và được chuyển đổi thành tín hiệu điện đầu ra của cảm biến. Đây là một loại cảm biến phức tạp với nhiều ứng dụng khác nhau. Nó chủ yếu bao gồm cảm biến áp suất sóng âm bề mặt, cảm biến nhiệt độ sóng âm bề mặt, cảm biến gen sinh học sóng âm bề mặt, cảm biến khí hóa học sóng âm bề mặt và cảm biến thông minh, v.v.

Bên cạnh cảm biến sợi quang thụ động có độ nhạy cao, có thể đo khoảng cách và có đặc điểm tiêu thụ điện năng thấp, cảm biến sóng âm bề mặt thụ động sử dụng sự thay đổi tần số để dự đoán sự thay đổi vận tốc, do đó việc kiểm tra sự thay đổi từ bên ngoài có thể rất chính xác. Đồng thời, đặc điểm kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, tiêu thụ điện năng thấp giúp nó có được các đặc tính nhiệt và cơ học tốt, mở ra một kỷ nguyên mới của cảm biến không dây, kích thước nhỏ. Nó được sử dụng rộng rãi trong các trạm biến áp, đường sắt, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác.

• Cảm biến thụ động dựa trên vật liệu năng lượng

Cảm biến thụ động dựa trên vật liệu năng lượng, như tên gọi cho thấy, sử dụng các dạng năng lượng thông thường trong cuộc sống để chuyển đổi thành năng lượng điện, chẳng hạn như năng lượng ánh sáng, năng lượng nhiệt, năng lượng cơ học, v.v. Cảm biến thụ động dựa trên vật liệu năng lượng có ưu điểm là băng thông rộng, khả năng chống nhiễu mạnh, ít gây ảnh hưởng đến vật thể cần đo, độ nhạy cao, và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đo lường điện từ như điện áp cao, sét, cường độ trường bức xạ mạnh, vi sóng công suất cao, v.v.

Kết hợp cảm biến thụ động với các công nghệ khác

Trong lĩnh vực Internet vạn vật (IoT), cảm biến thụ động ngày càng được sử dụng rộng rãi, và nhiều loại cảm biến thụ động khác nhau đã được công bố. Ví dụ, các cảm biến kết hợp với NFC, RFID và thậm chí cả wifi, Bluetooth, UWB, 5G và các công nghệ không dây khác đã ra đời. Ở chế độ thụ động, cảm biến thu năng lượng từ tín hiệu vô tuyến trong môi trường thông qua ăng-ten, và dữ liệu cảm biến được lưu trữ trong bộ nhớ không bay hơi, được giữ lại ngay cả khi không có nguồn điện.

Cảm biến biến dạng vải thụ động không dây dựa trên công nghệ RFID kết hợp công nghệ RFID với vật liệu dệt để tạo thành thiết bị có chức năng cảm biến biến dạng. Cảm biến biến dạng vải RFID sử dụng chế độ giao tiếp và cảm ứng của công nghệ thẻ RFID UHF thụ động, hoạt động dựa trên năng lượng điện từ, có tiềm năng thu nhỏ và linh hoạt, trở thành lựa chọn tiềm năng cho các thiết bị đeo được.

Cuối cùng

Internet vạn vật thụ động (Passive Internet of Things - IoT) là hướng phát triển tương lai của IoT. Là một mắt xích của IoT thụ động, yêu cầu đối với cảm biến không còn bị giới hạn ở kích thước nhỏ gọn và tiêu thụ điện năng thấp. IoT thụ động cũng sẽ là một hướng phát triển đáng để tiếp tục nghiên cứu. Với sự trưởng thành và đổi mới liên tục của công nghệ cảm biến thụ động, ứng dụng của công nghệ cảm biến thụ động sẽ ngày càng rộng rãi hơn.