Cảm biến rung là gì? Nguyên lý, cấu tạo và ứng dụng của các loại cảm biến rung PHỔ BIẾN nhất 2023

Cảm biến rung hiện nay được ứng dụng rất nhiều trong sản xuất cũng như đời sống, đặc biệt trong những căn nhà thông minh. Vậy cảm biến rung là gì? Hãy cùng AKIA tìm hiểu 3 loại cảm biến rung phổ biến nhất hiện nay nhé!

1. Cảm biến rung là gì?

Cảm biến rung (Vibration Sensor) là một loại thiết bị điện tử có khả năng đo lường  độ rung động hoặc dịch chuyển của một các vật xung quanh (ví dụ như chuyển động của người). Cảm biến rung có thể được sử dụng trong sản xuất công nghiệp và trong đời sống như một giải pháp bảo vệ an ninh.

Có 3 loại cảm biến rung phổ biến nhất là:

• Cảm biến gia tốc (Accelerometers)
• Cảm biến dòng điện xoáy (Eddy-current)
• Cảm biến đo sức căng (Strain Gauge)

2. Cấu tạo cảm biến rung

Cấu tạo của cảm biến rung bao gồm 2 bộ phận chính là:

• Cuộn dây dẫn: với chức năng như một tụ điện, gây cản trở dòng điện xoay chiều, cho phép dòng điện một chiều chạy qua.
• Nam châm vĩnh cửu: kết nối hai cực từ lại gần nhau để tạo ra một từ trường mạnh mẽ.

Với cấu tạo như trên, nam châm vĩnh cửu sẽ được thiết kế cố định khi khung biến di chuyển. Khi đó, nam châm vĩnh cửu và cuộn dây dẫn sẽ chuyển động tạo một dòng điện có điện tích tỷ lệ thuận với vận tốc rung. Chính vì vậy, cảm biến rung hoạt động không cần dùng đến dòng điện bên ngoài.

3. Nguyên lý cảm biến rung

Nguyên lý hoạt động của cảm biến rung dựa trên nhiều nguyên tắc cơ học khác nhau về mặt quang học như cảm biến ánh sáng,…với mục đích là phát hiện các rung động của hệ thống quan sát được. Cụ thể như sau: 

• Rung động báo đến được đo dựa vào cảm biến gia tốc trên cảm biến rung (cảm biến được sử dụng phổ biến nhất hiện nay trong công nghiệp là cảm biến gia tốc, áp suất điện với độ nhạy vào khoảng 100mV/g).
• Sau đó dưới tác dụng của độ rung, tinh thể áp điện sẽ bị biến dạng và tạo ra điện tích, hay còn gọi là hiện tượng áp điện. Để kiểm soát được sự biến dạng của tinh thể áp điện thì bên trong cảm biến rung đã được đặt sẵn một vật nặng lên nó. 
• Một điện tích được chuyển vào một mạch điện bên trong cảm biến rung, sau đó biến đổi thành điện áp.
• Điện áp được tạo ra từ điện tích sẽ chuyển vào thiết bị đo độ rung thông quan connector và cáp để chuyển đổi thành dữ liệu đo.

Hoặc nói ngắn gọn thì nguyên lý hoạt độ của cảm biến rung là dựa trên việc xử lí các tín hiệu điện áp thu được để đưa ra số liệu từ dữ liệu đo cụ thể. Nó làm việc như một vôn kế nhưng không hiển thị thông số điện áp mà tín hiệu điện áp sẽ được xử lí và hiển thị dưới dạng các giá trị như gia tốc hoặc vận tốc.

4. Các loại cảm biến rung phổ biến trên thị trường

Các loại cảm biến rung phổ biến trên thị trường hiện nay bao gồm 3 loại: cảm biến rung gia tốc, cảm biến rung dòng điên xoáy và cảm biến rung đo sức căng. Hãy cùng AKIA tìm hiểu chi tiết khái niệm, cấu tạo, nguyên lý cũng như ứng dụng của cảm biến rung từng loại nhé

4.1. Cảm biến rung gia tốc (Accelerometers)

Cảm biến gia tốc (Accelerometer) giúp đo lường gia tốc chuyển động của các phần tử trong kết cấu. Cảm biến gia tốc có bộ chuyển đổi lực cơ học do sự thay đổi chuyển động gây ra và chuyển thành dòng điện. Đây được coi là loại cảm biến rung được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. 

Bảng thông tin chi tiết đặc điểm của cảm biến rung gia tốc:

Phân loại	Ưu điểm	Nhược điểm	Ứng dụng
Có ba loại cảm biến rung gia tốc kế chính:  MEMS áp điện: Đây là loại bạn sẽ tìm thấy trong điện thoại của mình. MEMS áp điện là cảm biến gia tốc tiết kiệm chi phí nhất và thường gắn bảng mạch PCB. Gia tốc kế áp điện: Đây là loại gia tốc được sử dụng nhiều nhất nhờ vào tính khả dụng rộng rãi và tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm cao. Gia tốc kế điện trở:  Loại này ngày càng trở nên phổ biến vì chúng khắc phục được các vấn đề mà gia tốc kế áp điện gặp phải ở mức cao và tần số thấp, nhưng giá thành của chúng lại cao hơn từ 2-5 lần so với gia tốc kế áp điện.	Giao diện đơn giản và thiết kế chắc chắn Có trở kháng cao Cung cấp độ nhạy cao hơn Có đáp ứng tần số cao Có sẵn với chi phí thấp hơn do sự tiến bộ của công nghệ MEMS Là loại cảm biến rung phổ biến nhất, có nhiều ứng dụng trong đời sống	Gia tốc kế chỉ đo lường cơ hội bằng vận tốc. Nó không đo vận tốc không đổi Gia tốc kế không thể đo chuyển động quay quanh trục chuyển động của chính nó Bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ Hiệu quả sẽ bị giảm dần Hoạt động phụ thuộc vào nguồn điện bên ngoài	Cảm biến rung gia tốc được ứng dụng trong: Sử dụng trong hệ thống xe cộ: Gia tốc kế được sử dụng để kích hoạt túi khí vì cảm biến sẽ gửi tín hiệu khi nó bị sốc đột ngột. Ứng dụng trong máy bay không người lái: Gia tốc kế giúp máy bay không người lái ổn định hướng giữa. Máy quay: Gia tốc kế được sử dụng trong máy quay phát hiện các rung động nhấp nhô. Nền tảng công nghiệp: Dùng để đo độ ổn định hoặc độ nghiêng trong công nghiệp. Giám sát rung động: Trong khi máy móc vận hành sẽ tạo ra những rung động, vì vậy nên sẽ cần cảm biến gia tốc để giám sát và báo hiệu, tránh tình trạng hỏng máy móc.

4.2. Cảm biến rung dòng điện xoáy (Eddy-current)

Cảm biến rung dòng điện xoáy (Eddy – current) là cảm biến dịch chuyển điện dung. Thiết bị cảm biến dòng điện xoáy hoạt động bằng trường điện từ và không đo lường trực tiếp vị trí thay đổi của các thành phần dẫn điện. Loại cảm biến rung này được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, điện, dầu khí,…

Bảng mô tả đặc điểm của cảm biến rung dòng điện xoáy:

Ưu điểm	Nhược điểm	Ứng dụng
Kích thước nhỏ gọn Chi phí thấp Độ tin cậy cao  Nó tạo ra đáp ứng tần số cao Độ nhạy cao đối với sự dịch chuyển nhỏ Nó không nhạy cảm với vật liệu trong khe hở giữa đầu dò và dây dẫn.	Kết quả sẽ chỉ chính xác nếu khoảng cách giữa đầu dò và dây dẫn nhỏ Không thể sử dụng thiết bị để tìm vị trí của vật liệu không dẫn điện Luôn tồn tại mối quan hệ phi tuyến tính giữa khoảng cách và trở kháng của cuộn dây tích cực của thiết bị	Cảm biến dòng điện xoáy được sử dụng rộng rãi trong điện, luyện kim và các ngành công nghiệp khác.

4.3. Cảm biến rung đo sức căng (Strain Gauge)

Cảm biến đo sức căng là loại cảm biến rung phổ biến nhất, dùng để đo sức căng của bộ phận máy móc. Cảm biến sẽ chuyển áp suất, trọng lượng,…thành điện để có thể đo lường được. Loại này được ứng dụng nhiều trong đời sống đó chính là cảm biến đo sức căng.

Ưu nhược điểm và ứng dụng của cảm biến rung đo sức căng:

Ưu điểm	Nhược điểm	Ứng dụng
Không có bộ phận chuyển động và do đó không bị mài mòn Đồng hồ đo biến dạng rất chính xác Nhỏ và rẻ tiền Cảm biến có băng thông tần số cao	Rất nhạy với nhiệt độ Cần phải được hiệu chỉnh thường xuyên Không có tuyến tính	Cảm biến rung đo sức căng được sử dụng rộng rãi trong giám sát địa kỹ thuật để liên tục kiểm tra các cấu trúc, đập, đường hầm và tòa nhà để có thể tránh tai nạn kịp thời. Cụ thể:  Máy bay: Cảm biến đo sức căng được cố định vào các bộ phận chịu lực của máy bay để đo áp suất làm biến dạng phần cánh máy bay xuyên suốt đường bay. Cầu cáp: Cảm biến đo sức căng cũng được sử dụng trong thi công cầu bởi một chút sai lệch trong xây dựng cầu cũng có thể gây tai nạn nghiêm trọng. Giám sát đường ray: Trong giám sát đường ray, cảm biến đo được lực căng, lực nén, đưa ra cảnh báo trong trường hợp nguy hiểm để có thể kịp thời bảo trì đường ray.

4.4. Một số loại cảm biến rung ít phổ biến khác

Bên cạnh 3 loại cảm biến rung phổ biến trên, trên thị trường hiện nay cũng có rất nhiều loại cảm biến rung khác như sau.

Tiêu chí	Cảm biến con quay hồi chuyển	Cảm biến chuyển dịch laze	Cảm biến micro hoặc áp suất	Máy đo độ rung	Cảm biến vận tốc
Cấu tạo		Cảm biến đo độ dịch chuyển laze thường gồm máy dò chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) và nguồn sáng laze trạng thái rắn.	Cảm biến micro hoặc áp suất bao gồm hai phần chính là phần cảm biến và khối xử lý	Máy đo độ rung bao gồm ba bộ phận chính là bộ điều khiển, dây cáp và sensor đo độ rung	Cảm biến vận tốc bao gồm một nam châm vĩnh cửu, một lõi từ và một cuộn dây.
Đặc điểm chính	Nhỏ gọn, tiện lợi Độ phẩn giải cao  Vận hành nhanh chóng	Độ chính xác cao nhất trong các cảm biến rung Thiết kế nhỏ gọn với bộ điều khiển tích hợp Phạm vi đo rộng	Nhỏ gọn, tiện lợi Độ phẩn giải cao  Vận hành nhanh chóng Kết nối dễ dàng	Có thiết kế nhỏ gọn, chắc chắn Có kết quả nhanh chóng, Dễ dàng cài đặt	Đáp ứng tốt ở dải trung tần Chịu được nhiệt độ cao Không cần nguồn bên ngoài Giá thành rẻ
Nguyên lý hoạt động	Cảm biến con quay hồi chuyển sử dụng bộ cảm biến gia tốc, để phát hiện những chuyển động xoay của thiết bị.	Cảm biến chuyển dịch laze hoạt động dựa trên nguyên lý tam giác laser, trong đó khoảng cách được đo bằng phép tính góc.
Khả năng cảm biến	Hoạt động với một cảm biến gia tốc để phát hiện sự xoay vòng của thiết bị.	Hoạt động tốt nhất với các vật thể cố định trong môi trường sạch sẽ
Phạm vi hoạt động		từ 2–1000 mm
Ứng dụng	Trong điện thoại di động Trong Ứng dụng dành cho thiết bị di động	Đo vị trí trong ô tô Đo độ dày tấm thạch cao Định vị trong bảng PCB	Trong điện thoại di động Trong Ứng dụng dành cho thiết bị di động Điều hướng trong xe hơi	Đo độ rung động cơ Đo độ rung sàn Đo độ rung y tế Phân tích rung hệ thống	Ứng dụng của cảm biến tốc độ trong ngành công nghiệp ô tô  Hàng không/Không gian vũ trụ

5. 2 mẫu cảm biến rung cho nhà thông minh tốt nhất 2023

Dưới đây, AKIA sẽ giới thiệu cho các bạn hai sản phẩm cảm biến rung cho nhà thông minh tốt nhất hiện nay là Cảm biến rung Aqara – Cần có Hub để sử dụng và Cảm biến rung Aqara Vibration Sensor.

5.1. Cảm biến rung Aqara – Hub 

Cảm biến rung Aqara – hub là cảm biến rung cần có Hub để sử dụng, đây là một sản phẩm thông minh dành cho nhà thông minh HomeKit của Aqara rất được ưa chuộng. Loại cảm biến này có thể phát hiện nhanh các chuyển động bất thường trong nhà thông minh của minh, từ đó, giúp bạn tránh khỏi những nguy hiểm từ môi trường xung quanh.

2 – Thông số kỹ thuật

Thương hiệu	Aqara
Tên sản phẩm	Cảm biến rung Aqara
Mã sản phẩm	DJT11LM-HCH
Kích thước	36 x 36 x 9mm
Trọng lượng	11.5 gram
Chất liệu nhựa	Nhựa ABS+PC
Pin	CR2032
Thời gian sử dụng	Kéo dài lên đến 2 năm
Công nghệ kết nối	Zigbee
Chuẩn kết nối	IEEE 802.15.4
Phạm vi hoạt động	200 mét
Giá thành	380.000VND

3 – Ưu nhược điểm của sản phẩm

Ưu điểm:

• Từ những rung động bất thường phát hiện nguy hiểm xung quanh: bất kì một tác động lực nào cũng sẽ có rung động, chính vì vậy cảm biến rung Aqara – Cần Hub để sử dụng sẽ phát tín hiệu đến bộ điều khiển trung tâm khi cí rung động bất thường.
• Nhắc nhở bạn khi đồ đạc của bạn rơi: Khi cảm biến rung Aqara – Cần Hub để sử dụng phát hiện rung, nghiêng, rơi nó sẽ lập tức phát ra cảnh báo và thông báo ngay đến điện thoại của bạn.

Nhược điểm: Giá thành của cảm biến rung Aqara – Cần có Hub để sử dụng cao hơn cảm biến rung Aqara Vibration Sensor.

5.2. Cảm biến rung Aqara Vibration Sensor

Cảm biến rung Aqara Vibration Sensor được thiết kế phù hợp với mọi vị trí trong nhà thông minh với mục đích là bảo vệ nhà thông minh tránh khỏi những nguy cơ tiềm ẩn từ môi trường xung quanh. Loại cảm biến này có thiết kế vô cùng nhỏ gọn với miếng dán ở sau lưng nên người dùng có thể đặt nó ở bất cứ đâu trong nhà để phát hiện những rung động bất thường.

2 – Thông số kỹ thuật

Thương hiệu	Aqara
Tên sản phẩm	Cảm biến rung Aqara Vibration Sensor
Mã sản phẩm	DJT11LM
Kích thước	36x36x9 mm
Trọng lượng	11.5 gram
Chất liệu nhựa	Nhựa ABS+PC
Pin	CR2032
Thời gian sử dụng	khoảng 24 tháng
Công nghệ kết nối	Zigbee
Chuẩn kết nối	IEEE 802.15.4
Phạm vi hoạt động	200 mét
Phạm vi nhiệt độ	-10 độ C đến +50 độ C
Giá	310.000VND

3 – Ưu nhược điểm của sản phẩm

Ưu điểm:

• Công nghệ hiện đại: Cảm biến rung Aqara Vibration Sensor được tích hợp vào trong sản phẩm của mình một cảm biến gia tốc có độ chính xác cực kì cao.
• Mức cảm biến đa dạng: Có ba mức cảm biến khác nhau và kết nối với ứng dụng trên điện thoại, vậy nên người dùng có thể thiết lập mức độ cảm biến phù hợp với từng vị trí trong nhà.
• Hỗ trợ Apple HomeKit: Cảm biến rung Aqara Vibration Sensor có thể hoạt động tốt với các thiết bị trong hệ sinh thía HomeKit của Apple HomeKit trong ứng dụng Home.

Nhược điểm:

• Cảm biến rung Aqara Vibration Sensor chỉ có thể đo mức, không thể đo liên tục.

6. Lưu ý khi chọn mua cảm biến rung

Khi lựa chọn mua cảm biến rung, bạn cần lưu ý một số điều sau đây.

1 – Chọn cảm biến theo cách gắn

Bạn có thể lựa chọn cảm biến rung tùy theo cách gắn như:

• Loại cầm tay hoặc đầu dò
• Dạng từ
• Loại dạng dính
• Dạng Stud Mount 

2 – Chọn cảm biến theo phạm vi và độ chính xác của cảm biến

Phạm vi rung hay là khoảng rung sẽ thay đổi phù hợp với mỗi tác động khác nhau. Cảm biến gia tốc thường được sử dụng để giám sát mức độ rung động cao, chính vì vậy cường độ và độ nhạy của cảm biến gia tốc thấp hơn so với ngưỡng đo.

3 – Số lượng trục

Dựa vào số lượng trục thì cảm biến rung được phân thành hai loại: loại một trục và loại ba trục.

Loại thứ nhất, cảm biến gia tốc đo gia tốc dọc theo đúng một trục là loại thường được sử dụng nhất. Loại này khá đơn giản, thường được sử dụng để đo mức độ rung của máy.

Loại thứ hai, cảm biến rung gia tốc 3 trục, loại cảm biến này có thể xác định được các loại rung động ba chiều như rung ở bên, rung ngang hoặc chuyển động quay.

4 – Dựa vào tác động môi trường

Một yếu tố quan trọng khi chọn cảm biến rung là các thông số môi trường quan trọng như nhiệt độ hoạt động tối đa, tiếp xúc với hóa chất độc hại và độ ẩm.

5 – Tần số rung

Độ nhạy của cảm biến rung được chia thành hai mức. Nếu độ nhạy cao thường được sử dụng để đo những tín hiệu có tần số thay đổi thấy. Nếu độ nhạy của cảm biến rung thấp thì sẽ dùng để đo tín hiệu có tần số thay đổi nhỏ.

6 – Lựa chọn sản phẩm cùng hệ sinh thái

Các sản phẩm Smarthome hiện nay không đi riêng lẻ mà thường được bán theo hệ sinh thái nhằm đảm bảo khả năng kết nối đồng bộ giữa các thiết bị, từ đó, tạo ra trải nghiệm cuộc sống tiện nghi hơn. Bạn có thể kiểm tra các thiết bị thông minh khác từng mua tại nhà như cảm biến cửa an ninh hoặc cảm biến cửa từ không dây… để xem nên chọn cảm biến rung thuộc hệ sinh thái nào.

7 – Lựa chọn nhà bán uy tín – giàu kinh nghiệm 

Bên cạnh việc lựa chọn sản phẩm phù hợp, việc cân nhắc về địa điểm mua cảm biến khói cũng vô cùng quan trọng. Bạn nên lựa chọn nhà bán uy tín, có kinh nghiệm và am hiểu về lĩnh vực Smarthome để tư vấn cho bạn lựa chọn thiết bị phù hợp, tương thích với nhau tránh lãng phí tiền.

7. Địa chỉ mua cảm biến rung uy tín, chất lượng.

Nếu bạn đang phân vân không biết nên mua cảm biến khói ở đâu thì đừng chần chừ mà hãy đến ngay AKIA Smart Home – đơn vị cung cấp các sản phẩm thông minh chính hãng  từ các thương hiệu nổi tiếng thế giới như TP Link, Tenda, Xiaomi, Philips, Linksys, Aqara, Ezviz… 

Với đội ngũ chuyên viên tận tình và nhiệt tình, quý khách sẽ được tư vấn thi công lắp đặt trọn gói giải pháp nhà thông minh trên toàn quốc.

• Cam kết giá tốt, hàng chính hãng 100%, bảo hành uy tín
• Hàng có sẵn tại AKIA Smarthome, giao nhanh 2 giờ đối với nội thành TP Hồ Chí Minh
• Hỗ trợ đa dạng hình thức thanh toán
• Có chính sách bảo hành rõ ràng, minh bạch

Trên thị trường hiện nay có đa dạng các loại cảm biến rung, phổ biến nhất là cảm biến gia tốc, cảm biến dòng điện xoáy và cảm biến đo sức căng. Cảm biến rung được ứng dụng nhiều trong sản xuất và đời sống, đặc biệt được sử dụng như một giải pháp bảo vệ an ninh trong những căn nhà thông minh. Mong rằng với những thông tin mà AKIA chia sẻ, bạn sẽ có được cái nhìn tổng quan về cảm biến rung và các sản phẩm cảm biến rung tốt nhất!

AKIA – Smart your home – Enjoy your life

Địa chỉ: 132i Võ Thị Sáu, phường Võ Thị Sáu, Quận 3, TP.HCM

Hotline mua hàng: 0342614161

Website: https://akia.vn

Shopee: https://shopee.vn/akia_smarthome

Facebook: https://www.facebook.com/akiasmarthome