Cảm biến rung là gì? Cách chọn cảm biến rung chuẩn (2025)

Cảm biến rung là một trong những thiết bị “quen mặt” trong nhiều món đồ dùng điện tử. Với độ ứng dụng cao của cảm biến rung, chắc hẳn các bạn đã biết tới chúng. Vậy cảm biến rung là gì? Cách chọn cảm biến rung chuẩn như thế nào? Hãy cùng mình tìm hiểu ngay trong bài viết dưới đây nhé:

1. Cảm biến rung là gì?

Thiết bị cảm biến nói chung, rất đa dạng các loại, dùng để phát hiện sự phản hồi của ánh sáng, nhiệt độ, chuyển động hay áp suất… vào môi trường vật lý. Do đó, có thể chia thành các loại cảm biến nhiệt độ, cảm biến chuyển động, cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng… tùy theo loại tính chất muốn được đo lường sự thay đổi. Trong đó, rất phổ biến là cảm biến rung.

Cảm biến rung (tên tiếng Anh: Vibration Sensor) là một loại cảm biến có chức năng chính là đo lường sự rung động (vibration) của một vật thể hoặc một hệ thống. Thông thường, sự rung động của bất kỳ sự vật nào cũng được đặc trưng bằng các đại lượng như độ dịch chuyển (displacement), vận tốc (velocity) và gia tốc (acceleration). Độ rung là một phép đo phức tạp, bao gồm nhiều thông số khác nhau được tích hợp.

Cảm biến rung sẽ nhận biết những sự thay đổi của các thông số này và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện có thể đọc được. Có thể bắt gặp cảm biến rung trong các thiết bị như điện thoại di động (rung khi có cuộc gọi), tay cầm chơi game (phản hồi lực), máy giặt (cân bằng lồng giặt), và đặc biệt quan trọng trong việc giám sát tình trạng máy móc công nghiệp…

2. Cấu tạo, Công dụng và Phân loại Cảm biến rung

→ Cấu tạo cảm biến rung

Cơ chế hoạt động của cảm biến rung có thể khác nhau tùy loại, nhưng một loại cảm biến rung cơ bản (dạng vận tốc) có cấu tạo khá quen thuộc, bao gồm 2 bộ phận chính là:

• Cuộn dây dẫn
• Nam châm vĩnh cửu

Với cấu tạo này (nguyên lý cảm ứng điện từ), nam châm sẽ được thiết kế treo hoặc gắn trên lò xo để có xu hướng đứng yên (do quán tính) khi khung cảm biến (gắn vào vật rung) di chuyển. Khi đó, sẽ có chuyển động tương đối giữa nam châm vĩnh cửu và cuộn dây dẫn, tạo thành một dòng điện cảm ứng có điện áp tỷ lệ thuận với vận tốc rung tương đối giữa chúng. Loại cảm biến này hoạt động độc lập và không cần nguồn điện cấp.

Lưu ý: Các loại cảm biến rung hiện đại hơn như cảm biến gia tốc áp điện (piezoelectric accelerometer) có cấu tạo khác, sử dụng vật liệu áp điện để tạo ra tín hiệu điện khi chịu lực nén/kéo do rung động gây ra.

→ Công dụng cảm biến rung là gì?

Cảm biến rung được ứng dụng rất nhiều trong đời sống và công nghiệp:

• Giám sát tình trạng máy móc: Đây là ứng dụng quan trọng nhất trong công nghiệp. Cảm biến rung được gắn lên vỏ máy (động cơ, bơm, quạt, hộp số...) để đo mức độ rung. Dữ liệu rung động giúp phát hiện sớm các hư hỏng tiềm ẩn như mất cân bằng, lệch trục, hỏng vòng bi, bánh răng bị mòn..., từ đó lên kế hoạch bảo trì dự đoán, tránh dừng máy đột ngột.
• Bảo vệ thiết bị: Ngắt máy tự động khi mức độ rung vượt quá ngưỡng cho phép để tránh hư hỏng nặng.
• Hệ thống an ninh, chống trộm: Cảm biến rung có thể phát hiện các rung động bất thường (như cạy cửa, đập kính, di chuyển xe) để kích hoạt báo động.

• Đo lường trong xây dựng: Giám sát rung động của các công trình (cầu, tòa nhà) do giao thông, gió hoặc động đất.
• Thiết bị điện tử tiêu dùng: Tạo rung trong điện thoại, tay cầm game; phát hiện chuyển động trong các thiết bị đeo thông minh; chống rung quang học trong camera...
• Đo mức chất rắn: Một số loại cảm biến đo mức (level sensor) sử dụng nguyên lý rung (tuning fork/vibrating fork) để phát hiện sự hiện diện của chất rắn (bột, hạt...). Ví dụ: dùng trong nhà máy xi măng, thức ăn gia súc, chế biến gỗ...

→ Có bao nhiêu loại cảm biến rung?

Cảm biến rung trên thị trường có khá nhiều loại dựa trên đại lượng đo hoặc nguyên lý hoạt động. Một số loại phổ biến gồm:

• Cảm biến đo độ dịch chuyển (Displacement Sensors): Đo khoảng cách hoặc sự thay đổi vị trí của vật rung. Ví dụ: cảm biến dòng xoáy, cảm biến điện dung.
• Cảm biến đo vận tốc (Velocity Sensors): Đo tốc độ rung của vật. Ví dụ: cảm biến loại điện động (dùng cuộn dây và nam châm như đã nêu).
• Cảm biến đo gia tốc (Accelerometers): Đo sự thay đổi vận tốc (gia tốc) của vật rung. Đây là loại phổ biến nhất trong giám sát máy móc. Ví dụ: cảm biến gia tốc áp điện (piezoelectric), cảm biến gia tốc MEMS.
• Cảm biến đo sức căng (Strain Gauges): Đo sự biến dạng của vật liệu do rung động gây ra.

Trong đó, có 03 loại nguyên lý cảm ứng rung phổ biến nhất thường được nhắc đến là:

Cảm biến dòng điện xoáy (Eddy Current Sensor)

Cảm biến dòng điện xoáy hay còn được gọi là cảm biến dịch chuyển không tiếp xúc. Thiết bị này hoạt động bằng cách tạo ra một trường điện từ tần số cao ở đầu dò. Khi đặt gần một vật thể dẫn điện (kim loại), trường điện từ này sẽ tạo ra các dòng điện xoáy trên bề mặt vật thể.

Dòng điện xoáy này lại tạo ra một từ trường thứ cấp ngược lại với từ trường ban đầu. Sự tương tác giữa hai từ trường này phụ thuộc vào khoảng cách giữa đầu dò và vật thể. Cảm biến sẽ đo sự thay đổi tương tác này (thường là thay đổi trở kháng của cuộn dây đầu dò) để xác định khoảng cách. Khi vật rung, khoảng cách này thay đổi, từ đó đo được độ dịch chuyển rung.

Lưu ý: Cảm biến dòng xoáy chỉ hoạt động với vật liệu dẫn điện và kết quả đo phụ thuộc vào tính chất điện/từ của vật liệu. Kích thước bề mặt đo cũng cần đủ lớn so với đường kính đầu dò.

Cảm biến gia tốc (Accelerometer)

Cảm biến gia tốc là loại được sử dụng phổ biến nhất để đo rung động, đặc biệt trong giám sát máy móc. Chúng đo lường gia tốc chuyển động của các phần tử trong kết cấu.

Loại phổ biến nhất là cảm biến gia tốc áp điện (piezoelectric accelerometer). Bên trong cảm biến có một khối lượng nhỏ (khối lượng quán tính - seismic mass) được gắn vào một tinh thể áp điện. Khi cảm biến rung, khối lượng này sẽ tạo ra một lực lên tinh thể áp điện theo định luật II Newton (F=ma). Tinh thể áp điện sẽ tạo ra một điện tích tỉ lệ với lực tác động, và do đó tỉ lệ với gia tốc rung.

Có 2 loại chính dựa trên cách xử lý tín hiệu:

• Cảm biến gia tốc trở kháng cao (High Impedance / Charge Output): Tín hiệu ra là điện tích, cần bộ khuếch đại điện tích (charge amplifier) bên ngoài. Loại này thường dùng trong phòng thí nghiệm hoặc môi trường nhiệt độ rất cao.
• Cảm biến gia tốc trở kháng thấp (Low Impedance / IEPE / ICP®): Tích hợp sẵn một mạch điện tử (dùng FET) bên trong để chuyển đổi điện tích thành tín hiệu điện áp có trở kháng thấp. Loại này dễ sử dụng hơn, dùng cáp đồng trục thông thường và là tiêu chuẩn trong công nghiệp.

Ngoài ra còn có cảm biến gia tốc MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), thường dùng trong điện thoại, thiết bị đeo tay, ô tô... do kích thước nhỏ, giá rẻ, nhưng thường có dải tần và độ chính xác thấp hơn loại áp điện.

Cảm biến đo sức căng (Strain Gauge)

Cảm biến đo sức căng hoạt động dựa trên nguyên lý là điện trở của một dây dẫn sẽ thay đổi khi nó bị biến dạng (kéo dãn hoặc nén lại). Nó có thể chuyển đổi các đại lượng cơ học như lực căng, lực nén, áp suất, trọng lượng... thành sự thay đổi điện trở có thể đo lường được.

Khi một vật rung, nó sẽ bị biến dạng nhẹ. Nếu gắn cảm biến sức căng lên bề mặt vật, sự biến dạng này sẽ làm thay đổi điện trở của cảm biến. Từ sự thay đổi điện trở, có thể suy ra được mức độ rung động (thường là độ dịch chuyển hoặc gia tốc).

3. TOP 03 dòng module cảm biến rung phổ biến (cho ứng dụng cơ bản)

Dưới đây là một số module cảm biến rung đơn giản, thường dùng trong các dự án DIY, học tập hoặc các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao:

#1 Module SW420

SW-420 là module cảm biến rung đơn giản, thường sử dụng bộ cảm biến rung cơ học SW-420 (hoạt động dựa trên lò xo và tiếp điểm) kết hợp với một mạch so sánh dùng IC LM393.

Khi có rung động đủ mạnh, tiếp điểm bên trong cảm biến SW-420 sẽ đóng lại, tạo ra tín hiệu thay đổi điện áp. Mạch so sánh LM393 sẽ so sánh tín hiệu này với một ngưỡng được đặt trước (có thể điều chỉnh bằng biến trở) và xuất ra tín hiệu số (digital) mức cao/thấp (ON/OFF) ở chân DO. Ưu điểm là nhỏ gọn, rẻ tiền, dễ sử dụng, phù hợp cho các dự án cảnh báo chống trộm, phát hiện va chạm đơn giản.

Thông số kỹ thuật cơ bản của module SW-420:

• Điện áp hoạt động: 3.3V - 5V DC
• Kích thước: Khoảng 3.2cm x 1.4cm
• Ngõ ra: Digital (DO - Mức cao/thấp)
• IC so sánh: LM393
• Có biến trở điều chỉnh độ nhạy.

#2 Module 801S

Module cảm biến rung 801S cũng là một loại module phổ biến, sử dụng cảm biến rung 801S. Cảm biến 801S thường có độ nhạy cao hơn SW-420 và được quảng cáo là có độ bền cao.

Nguyên lý hoạt động và cấu trúc mạch của module 801S tương tự module SW-420, cũng thường dùng IC so sánh LM393 và có biến trở để điều chỉnh độ nhạy. Module này cũng cung cấp ngõ ra digital DO. Một số module 801S có thể có thêm ngõ ra analog AO, cho phép đọc giá trị tương tự của rung động (mức độ mạnh yếu).

Tại Việt Nam, cảm biến 801S được sử dụng nhiều trong các thiết bị khóa điện tử thông minh chống trộm.

Thông số kỹ thuật cơ bản của module 801S:

• Điện áp hoạt động: 3.3V - 5V DC
• Kích thước: Khoảng 4.5cm x 1.5cm
• Ngõ ra: Digital (DO), có thể có Analog (AO)
• IC so sánh: LM393 (thường gặp)
• Có biến trở điều chỉnh độ nhạy.

#3 Thiết bị báo rung chống trộm AT-117RM

AT-117RM không hẳn là một module cảm biến đơn thuần mà là một thiết bị báo động chống trộm hoàn chỉnh, sử dụng cảm biến rung tích hợp bên trong. Nó khá quen thuộc, thường được ứng dụng gắn trên xe máy, xe ô tô để cảnh báo khi có kẻ gian bẻ khóa hoặc ăn cắp phụ tùng. Cũng có thể dùng thiết bị này lắp đặt tại cửa sổ, cửa ra vào...

AT-117RM thường đi kèm với một Remote điều khiển từ xa. Khi phát hiện rung động (có thể điều chỉnh độ nhạy), thiết bị sẽ phát ra âm thanh còi báo động lớn. Anh em có thể sử dụng remote để bật/tắt chế độ báo động. Ngoài ứng dụng chống trộm, remote còn có thể dùng để tìm xe trong bãi đỗ.

4. Làm thế nào chọn cảm biến rung phù hợp?

Ngoài những thiết bị cảm biến thông dụng được giới thiệu trên đây, thị trường còn có khá nhiều loại cảm biến rung khác, đặc biệt là các loại dùng trong công nghiệp. Để chọn được cảm biến phù hợp, anh em cần dựa theo một số tiêu chí quan trọng dưới đây:

→ Phạm vi đo (Measurement Range)

Mỗi loại cảm biến đều sẽ có một phạm vi đo nhất định (ví dụ: ±10g, ±50g đối với cảm biến gia tốc). Phạm vi đo là giới hạn tối đa của đại lượng rung động (gia tốc, vận tốc, dịch chuyển) mà cảm biến có thể đo được một cách chính xác. Anh em cần chọn cảm biến có phạm vi đo đủ lớn để bao phủ được mức rung động dự kiến của thiết bị, nhưng cũng không nên quá lớn vì có thể làm giảm độ phân giải.

→ Độ nhạy (Sensitivity)

Độ nhạy của cảm biến là một thông số quan trọng, thể hiện mối quan hệ giữa tín hiệu điện đầu ra và đại lượng rung động đầu vào (ví dụ: mV/g, mV/mm/s). Thông thường, độ nhạy của cảm biến gia tốc công nghiệp rơi vào khoảng 10mV/g đến 100mV/g.

Độ nhạy cao (ví dụ 100mV/g) phù hợp để đo các rung động có biên độ nhỏ hoặc tần số thấp. Độ nhạy thấp (ví dụ 10mV/g) phù hợp để đo các rung động có biên độ lớn hoặc tần số cao. Độ nhạy thường thay đổi nhẹ theo tần số, giá trị chính xác được ghi trong giấy chứng nhận hiệu chuẩn (calibration certificate) đi kèm cảm biến.

→ Số lượng trục đo (Number of Axes)

Cảm biến rung có thể đo theo một hoặc nhiều trục:

• Cảm biến 1 trục (Single Axis): Loại phổ biến nhất, đo rung động dọc theo một hướng duy nhất (thường là hướng lắp đặt cảm biến). Dùng nhiều trong giám sát máy móc thông thường.
• Cảm biến 3 trục (Triaxial): Có khả năng đo đồng thời rung động theo cả ba phương vuông góc (X, Y, Z). Loại này cung cấp thông tin đầy đủ hơn về chuyển động rung của vật thể, hữu ích cho các phân tích phức tạp.

→ Cách gắn cảm biến rung (Mounting Method)

Cách gắn cảm biến lên bề mặt cần đo ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng tín hiệu, đặc biệt là ở tần số cao. Các phương pháp phổ biến bao gồm:

• Gắn bằng vít (Stud Mount): Dùng vít cấy bắt trực tiếp cảm biến vào lỗ ren đã chuẩn bị trên bề mặt máy. Đây là phương pháp tốt nhất, cho dải tần đáp ứng rộng nhất.
• Gắn bằng keo dán (Adhesive Mount): Dùng keo chuyên dụng (epoxy, cyanoacrylate) để dán cảm biến lên bề mặt. Khá tốt nhưng dải tần bị giới hạn hơn so với gắn vít.
• Gắn bằng nam châm (Magnetic Mount): Dùng đế nam châm để gắn cảm biến tạm thời lên bề mặt kim loại. Tiện lợi cho việc đo đạc di động nhưng dải tần bị giới hạn nhiều nhất, đặc biệt là tần số cao.
• Đầu dò cầm tay (Handheld Probe): Dùng que đo cầm tay ấn vào vị trí cần đo. Chỉ phù hợp cho việc đo kiểm tra nhanh ở tần số thấp, độ lặp lại không cao.

→ Dải tần số (Frequency Range)

Dải tần số là khoảng tần số rung động mà cảm biến có thể đo được một cách chính xác (thường được định nghĩa là khoảng tần số mà độ nhạy thay đổi trong vòng ±3dB hoặc ±10%). Anh em cần chọn cảm biến có dải tần số phù hợp với tần số rung động dự kiến của máy móc cần giám sát (ví dụ: tần số quay, tần số lưới bánh răng, tần số cộng hưởng vòng bi...).

→ Tác động từ môi trường

Yếu tố quan trọng không thể bỏ qua khi chọn cảm biến rung là điều kiện môi trường nơi cảm biến sẽ hoạt động:

• Nhiệt độ: Cảm biến có giới hạn nhiệt độ hoạt động. Môi trường quá nóng hoặc quá lạnh có thể làm hỏng cảm biến hoặc ảnh hưởng đến độ chính xác. Các cảm biến IEPE thông thường hoạt động đến khoảng 120°C, các loại charge output có thể chịu nhiệt độ cao hơn nhiều.
• Độ ẩm, bụi bẩn, hóa chất: Cần chọn cảm biến có cấp bảo vệ (IP rating) phù hợp để chống lại sự xâm nhập của nước, bụi hoặc các hóa chất ăn mòn. Vỏ cảm biến công nghiệp thường được làm bằng thép không gỉ để tăng độ bền.
• Môi trường nguy hiểm (cháy nổ): Cần sử dụng các loại cảm biến được chứng nhận an toàn phòng nổ (Explosion Proof - Ex).

Tham khảo thêm từ Mecsu

>>> 100+ Mã Sản Phẩm Dây Rút: https://mecsu.vn/san-pham/day-rut-nhua.5op

>>> 1000+ Mã Sản Phẩm Đầu Cosse: https://mecsu.vn/san-pham/dau-cosse.Q1j

 Mời anh em xem thêm nhé:

•  Máy biến tần là gì? Cách lựa chọn máy biến tần
•  Review 05 máy biến áp tốt nhất hiện nay
•  Loadcell là gì? Cấu tạo & nguyên lý hoạt động

Với những thông tin về cảm biến rung, hy vọng anh em đã có một cái nhìn cụ thể hơn về sản phẩm. Đây là một sản phẩm không còn xa lạ với anh em kỹ thuật, tuy nhiên những ứng dụng và cách chọn cảm biến rung chuẩn được mình tổng hợp, chắc chắn là những thông tin hữu ích dành cho anh em.