Cảm biến từ là gì?

Cảm biến điện từ là một loại thiết bị điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Thiết bị này thuộc nhóm cảm biến tiệm cận, có khả năng phát hiện sự hiện diện của vật liệu từ tính như sắt, thép, nickel hoặc cobalt mà không cần tiếp xúc trực tiếp.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ dựa vào việc phát hiện sự thay đổi trong trường từ mà vật liệu từ tính gây ra. Khi một vật liệu từ tính tiếp cận cảm biến, nó làm thay đổi trường từ xung quanh cảm biến. Sự thay đổi này sau đó được cảm biến phát hiện và chuyển đổi thành tín hiệu điện, thông thường là một tín hiệu ON/OFF.

Ứng dụng của cảm biến từ

  1. Hệ thống định vị: Cảm biến từ được sử dụng trong các thiết bị GPS và la bàn điện tử để xác định hướng Bắc từ của Trái Đất.
  2. Kiểm tra không phá hủy: Cảm biến từ có thể phát hiện ra các khiếm khuyết bên trong vật liệu bằng cách đo lường sự thay đổi của từ trường xung quanh chúng.
  3. Công nghiệp sản xuất: Cảm biến từ được sử dụng để kiểm soát và giám sát quá trình sản xuất, như đo lường vị trí của các bộ phận máy móc hoặc phát hiện các vật liệu từ tính.
  4. Y tế: Cảm biến từ được sử dụng trong một số phương pháp chẩn đoán hình ảnh, chẳng hạn như chụp cộng hưởng từ (MRI).
  5. An ninh: Cảm biến từ được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chuyển động và bảo mật, như cảnh báo chống trộm hoặc phát hiện vật liệu từ tính trong hành lý.

Cảm biến từ đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, nghiên cứu và cuộc sống hàng ngày.

Cảm biến từ
Cảm biến từ

Phân loại cảm biến từ

Cảm biến từ có thể được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động và công nghệ sử dụng. Dưới đây là một số loại cảm biến từ phổ biến:

  1. Cảm biến hiệu ứng Hall: Cảm biến này hoạt động dựa trên hiệu ứng Hall, một hiện tượng điện từ mà khi dòng điện chạy qua một vật liệu dẫn điện hoặc bán dẫn trong một từ trường, một điện áp sẽ được tạo ra theo phương vuông góc với cả dòng điện và từ trường. Cảm biến hiệu ứng Hall đo lường điện áp này để xác định cường độ của từ trường.
  2. Cảm biến hiệu ứng Anisotropic Magneto-Resistance (AMR): Cảm biến này hoạt động dựa trên hiệu ứng AMR, mà trong đó điện trở của một vật liệu từ tính thay đổi theo hướng của từ trường áp dụng. Cảm biến AMR đo lường sự thay đổi điện trở để xác định cường độ của từ trường.
  3. Cảm biến hiệu ứng Giant Magneto-Resistance (GMR): Cảm biến này hoạt động dựa trên hiệu ứng GMR, mà trong đó điện trở của một cấu trúc lớp mỏng từ tính và phi từ thay đổi đáng kể trong một từ trường. Cảm biến GMR đo lường sự thay đổi điện trở để xác định cường độ của từ trường.
  4. Cảm biến hiệu ứng Tunneling Magneto-Resistance (TMR): Cảm biến này hoạt động dựa trên hiệu ứng TMR, mà trong đó điện trở của một cấu trúc lớp mỏng từ tính và phi từ thay đổi do hiện tượng điện từ quang đạo (tunneling) giữa các lớp từ tính. Cảm biến TMR đo lường sự thay đổi điện trở để xác định cường độ của từ trường.
  5. Cảm biến dựa trên hiệu ứng magnetostriction: Cảm biến này hoạt động dựa trên hiệu ứng magnetostriction, một hiện tượng mà kích thước và hình dạng của một vật liệu từ tính thay đổi khi từ trường được áp dụng. Cảm biến magnetostriction đo lường sự thay đổi kích thước hoặc hình dạng để xác định cường độ của từ trường.
  6. Cảm biến từ quang (Fiber-optic magnetometer): Cảm biến này hoạt động dựa trên hiệu ứng Faraday, một hiện tượng mà hướng cực quang của ánh sáng chuyển dạng khi đi qua một vật liệu từ tính trong một từ trường. Cảm biến từ quang sử dụng sợi quang để truyền ánh sáng qua vật liệu từ tính và đo lường sự thay đổi của hướng cực quang để xác định cường độ của từ trường.
  7. Cảm biến Fluxgate: Cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên tắc fluxgate, mà trong đó một dây dẫn từ tính được đặt trong một từ trường và kích hoạt bằng dòng điện xoay chiều. Sự thay đổi của từ trường gây ra sự thay đổi của dòng điện trong dây dẫn, cho phép đo lường cường độ của từ trường.
  8. Cảm biến SQUID (Superconducting Quantum Interference Device): Cảm biến này hoạt động dựa trên hiệu ứng Josephson, một hiện tượng mà dòng điện siêu dẫn có thể chuyển qua một lớp phi dẫn mỏng giữa hai vật liệu siêu dẫn. Cảm biến SQUID đo lường sự thay đổi của dòng điện siêu dẫn để xác định cường độ của từ trường. Cảm biến SQUID rất nhạy cảm và thường được sử dụng trong các ứng dụng y tế và nghiên cứu.

Các loại cảm biến từ này có đặc điểm và ứng dụng khác nhau. Tùy thuộc vào yêu cầu về độ nhạy, độ chính xác, và môi trường hoạt động, một loại cảm biến từ phù hợp sẽ được lựa chọn cho ứng dụng cụ thể.