Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Kỹ thuật cảm biến – Đề 2

Cảm biến chủ động (active sensor) tự tạo ra tín hiệu đầu ra dựa trên sự thay đổi của đại lượng đo, thường cần nguồn điện để hoạt động nhưng không cần nguồn kích thích bên ngoài để tạo tín hiệu đo. Cảm biến thụ động (passive sensor) cần một nguồn kích thích bên ngoài (ví dụ: ánh sáng, điện áp) và tín hiệu đầu ra của nó là sự biến đổi của nguồn kích thích này do tác động của đại lượng đo. Ví dụ: quang trở là cảm biến thụ động, pin mặt trời là cảm biến chủ động.

Cảm biến (sensor) là một thiết bị dùng để cảm nhận hoặc đo lường một đại lượng vật lý (như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, độ ẩm,...) và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện, thường là điện áp hoặc dòng điện, để có thể xử lý và hiển thị.

Đo mức trực tiếp là phương pháp đo mà mức chất lỏng được quan sát hoặc đo lường trực tiếp. Ống đo mức, phao đo mức, và thước đo mức là các phương pháp trực tiếp. Sử dụng cảm biến áp suất để suy ra mức chất lỏng là phương pháp đo mức gián tiếp, vì mức chất lỏng được suy ra từ áp suất thủy tĩnh, không phải đo trực tiếp mức chất lỏng.

Sai số hệ thống (systematic error) là loại sai số có tính nhất quán và có thể dự đoán được. Nó thường do các yếu tố như lỗi hiệu chuẩn, lỗi thiết kế cảm biến, hoặc phương pháp đo không chính xác. Ngược lại, sai số ngẫu nhiên (random error) là không thể dự đoán trước và thay đổi ngẫu nhiên giữa các lần đo.

Cảm biến gia tốc đo gia tốc tuyến tính hoặc góc. Chúng được dùng để phát hiện chuyển động, va chạm, và rung động. Đo tốc độ gió thường sử dụng cảm biến tốc độ gió (anemometer) hoặc ống Pitot, không phải cảm biến gia tốc.

Trong hệ thống điều khiển vòng kín (closed-loop control system), cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin phản hồi (feedback) về trạng thái thực tế của hệ thống (ví dụ: giá trị của biến được điều khiển). Thông tin này được bộ điều khiển sử dụng để so sánh với giá trị mong muốn (điểm đặt - setpoint) và điều chỉnh đầu ra của hệ thống để giảm sai lệch và đạt được mục tiêu điều khiển.

Bộ mã hóa vòng quay (rotary encoder) là thiết bị chuyên dụng để đo vận tốc góc và vị trí góc của trục quay. Chúng có thể là loại tuyệt đối (absolute) hoặc tương đối (incremental). Cảm biến gia tốc tuyến tính đo gia tốc theo đường thẳng, cảm biến vị trí tuyến tính đo vị trí theo đường thẳng, và cảm biến áp suất đo áp suất.

Tính chọn lọc (selectivity) của cảm biến hóa học là khả năng của nó chỉ phản ứng hoặc phản ứng mạnh mẽ với chất phân tích (analyte) mục tiêu mà ít hoặc không phản ứng với các chất khác có thể có mặt trong mẫu. Đây là một đặc tính quan trọng để đảm bảo phép đo chính xác và tránh nhiễu từ các chất khác.

Cảm biến lực/momen xoắn đo lực và momen xoắn tác động lên cảm biến. Trong robot và tự động hóa, chúng rất quan trọng để kiểm soát lực tương tác giữa robot và môi trường, ví dụ như trong thao tác lắp ráp, gắp/đặt vật, hoặc phát hiện va chạm. Các lựa chọn khác mô tả chức năng của các loại cảm biến khác (ví dụ: cảm biến tốc độ, cảm biến khoảng cách, cảm biến vị trí).

Độ nhạy (sensitivity) của cảm biến là tỷ lệ giữa sự thay đổi tín hiệu đầu ra của cảm biến và sự thay đổi tương ứng của đại lượng đo. Cảm biến có độ nhạy cao sẽ tạo ra sự thay đổi lớn ở đầu ra cho một sự thay đổi nhỏ ở đầu vào, giúp phát hiện và đo lường các thay đổi nhỏ một cách dễ dàng hơn. Các lựa chọn khác mô tả các đặc tính khác của cảm biến (dải đo, thời gian đáp ứng, độ bền).

Cảm biến áp suất điện dung hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung khi áp suất tác động lên cấu trúc cảm biến, làm thay đổi khoảng cách giữa hai bản cực của tụ điện. Các lựa chọn khác mô tả nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến khác (áp điện, điện cảm, cặp nhiệt điện).

Cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive proximity sensor) hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, thường được sử dụng để phát hiện các vật thể kim loại. Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện vật thể nói chung (kim loại và phi kim loại), cảm biến siêu âm và hồng ngoại thường dùng để đo khoảng cách hoặc phát hiện vật thể dựa trên sóng âm hoặc ánh sáng.

Cảm biến bức xạ (radiation sensor) được thiết kế để phát hiện và đo lường các loại bức xạ, bao gồm bức xạ điện từ (như tia X, tia gamma, tia UV, ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại) và bức xạ hạt nhân (như tia alpha, beta, neutron). Chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như y tế (chẩn đoán hình ảnh), công nghiệp hạt nhân, môi trường (đo mức độ phóng xạ), v.v.

Cảm biến Hall hoạt động dựa trên hiệu ứng Hall, nguyên lý là khi dòng điện chạy qua một vật dẫn trong từ trường, một điện áp sẽ được tạo ra vuông góc với cả dòng điện và từ trường. Cảm biến Hall được sử dụng chủ yếu để đo cường độ từ trường hoặc phát hiện sự hiện diện của từ trường.

Để giám sát chất lượng không khí, cần đo nồng độ các khí ô nhiễm như CO, CO2, NOx, SO2, ozone, v.v. Cảm biến khí gas (Gas sensor) là loại cảm biến chuyên dụng để phát hiện và đo lường nồng độ các loại khí này. Các cảm biến khác (độ ẩm, ánh sáng, hồng ngoại) không trực tiếp đo chất lượng không khí theo nghĩa này.

Cảm biến sợi quang sử dụng ánh sáng để truyền tín hiệu, do đó chúng không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ (Electromagnetic Interference - EMI) và nhiễu tần số vô tuyến (Radio Frequency Interference - RFI), đây là ưu điểm lớn so với cảm biến điện tử truyền thống. Các lựa chọn khác không phải là ưu điểm chính hoặc không đúng.

Cảm biến độ ẩm điện dung (capacitive humidity sensor) là một trong những loại cảm biến phổ biến nhất để đo độ ẩm tương đối. Chúng hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung của vật liệu điện môi nhạy ẩm khi độ ẩm môi trường thay đổi. Các lựa chọn khác không phù hợp để đo độ ẩm không khí.

MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) là hệ thống cơ điện tử vi cơ. Cảm biến MEMS là cảm biến được chế tạo bằng công nghệ MEMS, có ưu điểm chính là kích thước rất nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp, và có thể sản xuất hàng loạt với chi phí thấp, làm cho chúng phù hợp cho nhiều ứng dụng di động và IoT.

Hiện tượng trôi (drift) là sự thay đổi không mong muốn và chậm chạp trong tín hiệu đầu ra của cảm biến theo thời gian, ngay cả khi đại lượng đo không thay đổi. Nó là một vấn đề về độ ổn định của cảm biến, khác với nhiễu (noise - đáp án 1), lỗi phần cứng (đáp án 2) hoặc thời gian đáp ứng (response time - đáp án 4).

Độ trễ (hysteresis) là hiện tượng mà tín hiệu đầu ra của cảm biến không chỉ phụ thuộc vào giá trị hiện tại của đại lượng đo mà còn phụ thuộc vào lịch sử thay đổi của nó. Cụ thể, nó là sự khác biệt trong đường cong đặc tính của cảm biến khi đại lượng đo tăng dần và khi giảm dần, tại cùng một giá trị đại lượng đo. Nó không liên quan đến thời gian đáp ứng, sai số nhiệt độ, hay độ ổn định.

Đo mức điện dẫn (conductive level measurement) là phương pháp đo mức chất lỏng dựa trên sự thay đổi điện dẫn giữa các điện cực khi chất lỏng dẫn điện chạm vào chúng. Phương pháp này đặc biệt phù hợp cho các chất lỏng dẫn điện như nước, dung dịch axit, bazơ. Các phương pháp khác (siêu âm, điện dung, quang học) có thể đo mức chất lỏng dẫn điện hoặc không dẫn điện.

Cảm biến lưu lượng kế (flow sensor) đo tốc độ hoặc lưu lượng của chất lỏng hoặc khí. Trong y tế, chúng được sử dụng để kiểm soát chính xác tốc độ truyền dịch truyền tĩnh mạch, đảm bảo bệnh nhân nhận được đúng liều lượng thuốc hoặc dịch truyền. Các lựa chọn khác (đo nhịp tim, nồng độ oxy máu, nhiệt độ) sử dụng các loại cảm biến khác nhau.

Cảm biến rung động (vibration sensor) được sử dụng rộng rãi trong bảo trì dự đoán (predictive maintenance) trong công nghiệp. Bằng cách theo dõi mức độ rung động của máy móc, có thể phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường như mất cân bằng, lỏng lẻo, hoặc mài mòn vòng bi, từ đó lên kế hoạch bảo trì trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng.

Hiệu chuẩn (calibration) là quá trình quan trọng để đảm bảo độ chính xác của cảm biến. Nó bao gồm việc so sánh tín hiệu đầu ra của cảm biến với các giá trị chuẩn đã biết của đại lượng đo, và điều chỉnh hoặc lập bảng hiệu chỉnh để thiết lập mối quan hệ chính xác giữa tín hiệu đầu ra và giá trị đo thực tế. Các lựa chọn khác mô tả các hoạt động khác nhau liên quan đến cảm biến (tăng độ nhạy, giảm nhiễu, bảo vệ môi trường).

Điện cực pH (pH electrode) là cảm biến chuyên dụng để đo độ pH của dung dịch. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý đo điện thế giữa điện cực chỉ thị pH và điện cực tham chiếu, điện thế này thay đổi theo nồng độ ion hydro (H+) trong dung dịch, từ đó xác định độ pH.

Hệ thống GPS không trực tiếp sử dụng 'cảm biến' theo nghĩa thông thường để đo lường đại lượng vật lý môi trường xung quanh. Tuy nhiên, để định vị chính xác, GPS dựa vào việc đo thời gian tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu. Đồng hồ nguyên tử (Atomic clock) rất chính xác được sử dụng trong cả vệ tinh GPS và máy thu để đảm bảo độ chính xác thời gian, đây là thành phần quan trọng cho định vị GPS. Cảm biến gia tốc có thể dùng trong hệ thống dẫn đường quán tính kết hợp với GPS, nhưng không phải là thành phần chính của GPS.

Độ phân giải (resolution) của cảm biến là khả năng của nó trong việc phát hiện và phân biệt những thay đổi nhỏ nhất của đại lượng vật lý đang đo. Nó không liên quan đến độ chính xác (accuracy), dải đo (range), hay thời gian đáp ứng (response time).

Cảm biến tiệm cận quang (photoelectric proximity sensor) phát ra ánh sáng (thường là hồng ngoại hoặc laser) và phát hiện ánh sáng phản xạ trở lại từ vật thể. Khi vật thể đủ gần và phản xạ đủ ánh sáng, cảm biến sẽ kích hoạt. Các lựa chọn khác mô tả nguyên lý của các loại cảm biến khác (quang trở, điện dung, điện cảm).

Bộ lọc (filter) tín hiệu là một mạch điện tử được thiết kế để loại bỏ hoặc suy giảm các thành phần tần số không mong muốn (nhiễu) trong tín hiệu, trong khi vẫn giữ lại thành phần tín hiệu hữu ích. Tăng độ phân giải, giảm dải đo, hoặc tăng tốc độ lấy mẫu không trực tiếp giải quyết vấn đề nhiễu.

Điện trở nhiệt (Thermistor) là loại cảm biến nhiệt độ hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở của vật liệu khi nhiệt độ thay đổi. Cặp nhiệt điện (Thermocouple) cũng đo nhiệt độ nhưng dựa trên hiệu ứng Seebeck, cảm biến quang điện đo ánh sáng, và cảm biến áp suất đo áp suất.