Đây là loại sensor được sử dụng để xác định xem có hay không có vật thể nằm trong vùng hoạt động của sensor.
1.3.3.1 Sensor siêu âm
Đây là loại sensor được sử dụng nhiều trong thiết kế các robot di động. Là một loại sensor chủ động, sensor này phát ra xung siêu âm. Nếu tồn tại vật thể trong vùng làm việc của sensor sẽ xuất hiện sóng phản xạ về đầu thu.
19
Cấu trúc một sensor siêu âm thường gồm những phần được miêu tả trong hình 1.16. Phần tử cơ bản của sensor này là bộ biến âm thường là gốm áp điện được bảo vệ bằng một chất nhựa tổng hợp nhằm chống lại sự ẩm ướt, bụi bẩn và các nhân tố khác của môi trường. Bộ thu âm thanh sẽ hứng âm đưa tới bộ biến đổi âm thanh thành tín hiệu điện. Tất cả các thành phần này được để trong một vỏ. Một dạng sóng
điển hình được trình bày trong hình 1.17 mô tả hoạt động của sensor siêu âm.
Hình 1.16 Các thành phần cấu tạo Sensor siêu âm
20
Dạng sóng A là tín hiệu điều khiển tín hiệu truyền. Dạng sóng B là tín hiệu lối ra khi có cả tín hiệu tiếng vọng (echo) trong đó B1 là tín hiệu phát ra còn B2 là tín hiệu phản xạ lại. Các xung C tách biệt tín hiệu truyền và tín hiệu nhận. Để phân biệt sự khác nhau giữa các xung tương ứng với tín hiệu mang và tín hiệu phản xạ lại ta xem xét tín hiệu D. Trong đó t1 là khoảng thời gian phát hiện nhỏ nhất và t1 +
t2 là khoảng thời gian phát hiện lớn nhất. Các khoảng thời gian này tương ứng với khoảng thời gian truyền sóng trong môi trường khi nhận được tín hiệu phản xạ lại (lúc đó tín hiệu D có giá trị lớn nhất) sẽ hình thành tín hiệu E, nó sẽ bằng 0 khi kết thúc xung tín hiệu A. Cuối cùng, tín hiệu F được hình thành khi xuất hiện xung tín hiệu E và sẽ là tín hiệu ra của sensor siêu âm hoạt động theo chế độ nhị phân.
1.3.3.2 Sensor quang
Là loại sensor hoạt động dựa trên nguyên tắc phản xạ ánh sáng. ánh sáng được phát từ một LED phản xạ tại bề mặt của vật và được thu bởi điốt quang điện (photođiốt hoặc phototransistor). Điều này được minh hoạ trong hình 1.18.
Hình 1.18 Sensor quang phát hiện vật thể gần
Có nhiều loại sensor quang trong đó phải kể tới các loại sensor quang sử dụng ánh sáng vùng khả kiến và loại sử dụng ánh sáng vùng hồng ngoại. Loại sensor quang sử dụng ánh sáng hồng ngoại dùng nguồn phát được điều chế ở tần số
21
40 Khz là một ví dụ. Đây là loại sensor phát ra ánh sáng có bước sóng gần vùng hồng ngoại. Ánh sáng phát ra được điều chế ở tần số 40Khz nhằm kháng nhiễu với những nguồn gây nhiễu xung quanh. Các sensor hồng ngoại được điều chế có khả năng phát hiện các vật thể trong bán kính 35cm. Đối với các vật màu trắng, khoảng cách này có thể xa hơn.
1.3.3.3 Sensor phát hiện vật thể gần sử dụng hiệu ứng điện cảm
Là sensor hoạt động dựa trên cơ sở sự thay đổi điện cảm khi có vật kim loại xuất hiện. Sensor điện cảm thường cấu tạo gồm một cuộn dây đặt gần một nam châm vĩnh cửu và được đóng gói trong một vỏ bọc (hình 1.19). Loại sensor này chỉ cảm ứng đối với các vật thể sắt từ nó sẽ là thay đổi vị trí của các đường cảm ứng từ của nam châm vĩnh cửu. Hình 1.20 biểu diễn đường cảm ứng từ trong hai trường hợp. Trường hợp đầu tiên, không có vật thể sắt từ ở phía trước sensor, khi đó sẽ không có đường cảm ứng từ đi qua cuộn dây nên trong cuộn dây không có dòng điện chạy qua. Trường hợp hai, có vật liệu sắt từ ở phía trước, khi đó đường cảm ứng từ bị biến dạng đi qua cuộn dây làm cho trong cuộn dây xuất hiện một dòng điện cảm ứng.
22
Hình 1.20 Đường cảm ứng từ trong hai trường hợp có vật và không có vật
1.3.3.4 Sensor phát hiện vật thể gần sử dụng hiệu ứng điện dung
Như tên gọi, sensor sử dụng hiệu ứng điện dung hoạt động dựa trên sự thay đổi điện dung khi có vật đưa đến vùng hoạt động của sensor. Thành phần chính của sensor này là một tụ điện với hai điện cực trong đó một điện cực chuẩn và một điện cực cảm ứng. Nằm giữa hai phần này là một lớp điện môi. Khi có vật đến gần sensor, cực điện cảm ứng sẽ thay đổi làm cho khoảng cách giữa hai điện cực thay đổi dẫn tới sự thay đổi điện dung. Bên cạnh đó tụ này thường được lắp vào một mạch điện nhận biết sự thay đổi điện dung, chẳng hạn mạch dao động. Mạch này có thể được điều chỉnh sao cho với một mức ngưỡng điện dung nào đó mới có xung dao động phát ra.