Electric Field Sensing là gì? Electric Field Sensing hoạt động như thế nào?

Electric Field Sensing là gì?

Electric Field Sensing hay Cảm biến điện trường đề cập đến việc sử dụng một hệ thống cảm biến sử dụng điện trường để phát hiện các vật thể ở gần, miễn là chúng ít nhất cũng dẫn điện nhẹ. Một hệ thống cảm biến có chức năng như vậy là Máy dò tìm người, một thiết bị cảm nhận sự hiện diện của các vật thể chuyển động và đứng yên gần các vật liệu rắn. Nó phát hiện những thay đổi trong khoảng từ vài centimet đến 4 mét.

Cảm biến điện trường là một trong những công nghệ được ô tô thông minh sử dụng để phát hiện đường và những chiếc ô tô di chuyển ở khoảng cách gần, cho phép chúng tránh va chạm và đi lạc khỏi lề đường dành cho xe ô tô. Cảm biến điện trường không ảnh hưởng đến các vật liệu không dẫn điện (đất, cao su, v.v.), cho phép chúng ẩn khỏi tầm nhìn và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố có hại (mưa, ánh sáng mặt trời, v.v.).

Electric Field Sensing hoạt động như thế nào?

Máy dò điện trường tạo ra một từ trường công suất cực thấp (làm cho chúng trở nên vô hình) để cảm nhận sự hiện diện của tất cả các vật thể dẫn điện (điện có thể đi qua chúng) trong khu vực được bao phủ. 

Cảm biến điện trường được sử dụng để làm gì?

Cảm biến trường điện từ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau. Trong những năm gần đây, kỹ thuật cảm biến quang học để đo trường điện từ đã đạt được tiến bộ lớn và nhiều loại cảm biến tương ứng đã được đề xuất. Các loại cảm biến quang từ trường đã được trình bày, bao gồm hiệu ứng Faraday dựa trên đầu dò, vật liệu từ giảo và chất lỏng từ tính. Hiệu ứng Faraday dựa trên hệ thống cảm biến rất phức tạp và các cảm biến chủ yếu được sử dụng trong phép đo từ trường chuyên sâu. 

Cảm biến quang từ trường dựa trên chất lỏng từ tính có độ nhạy cao so với cảm biến dựa trên vật liệu từ giảo. Ba loại cảm biến quang điện trường được trình bày, bao gồm đầu dò cảm biến dựa trên tinh thể quang điện, vật liệu áp điện và lực hút tĩnh điện. Phần lớn các cảm biến được phát triển bằng cách sử dụng sơ đồ cảm biến kết hợp tinh thể LiNbO3 và giao thoa kế sợi quang do tính chất điện quang tốt của tinh thể. 

Các cảm biến điện trường dựa trên vật liệu áp điện có cấu trúc đơn giản và dễ chế tạo, nhưng nó không phù hợp để đo điện trường yếu. Nguyên lý cảm biến dựa trên lực hút tĩnh điện là phương pháp cảm biến ít được sử dụng hơn. Bài đánh giá này nhằm mục đích trình bày những tiến bộ trong công nghệ cảm biến quang học để đo trường điện từ, phân tích các nguyên tắc của các loại cảm biến khác nhau và thảo luận về từng ưu điểm và nhược điểm, cũng như triển vọng trong tương lai về việc cải thiện hiệu suất của cảm biến.

Dưới đây là những ứng dụng quan trọng của Electric Field Sensing:

Phòng thủ

Quasar Federal Systems (QFS) đã phát triển một hệ thống định vị tiếng súng sử dụng cảm biến điện trường. Hệ thống này có thể được tích hợp vào tháp pháo của xạ thủ (ngay cả trên các phương tiện, kể cả máy bay và tàu), gắn trên mũ bảo hiểm hoặc áo giáp, v.v. Nó phát hiện tiếng súng đi qua và cung cấp thông tin vị trí để chỉ ra nguồn gốc của nó.

Âm nhạc

LOM đã sản xuất một thiết bị cảm nhận âm thanh do trường điện từ trong môi trường xung quanh chúng ta tạo ra và cho phép người dùng nghe chúng. Nghe có vẻ hơi phức tạp nhưng có lẽ xem video này có thể làm sáng tỏ các mạng nhện:

Phát hiện thiết bị bay không người lái

QFS cũng đã phát triển các hệ thống cảm biến điện trường có thể gắn trên các phương tiện bay không người lái (UAV). Nó có thể đo điện tích mà sét phân bổ cho các đám mây, hy vọng sẽ cung cấp dữ liệu thời gian thực để hỗ trợ các hệ thống cảnh báo và dự báo thời tiết.

Xây dựng

Công nhân xây dựng có thể đeo các thiết bị cảm biến điện trường cảnh báo họ thông qua cảnh báo bằng âm thanh hoặc hình ảnh khi họ đến gần mạch điện đang hoạt động có thể gây nguy hiểm cho họ. Nó cũng có thể ngắt không dây một bộ ngắt mạch không dây để thông báo cho những người ứng cứu khẩn cấp về tiếp xúc điện trong các vụ tai nạn.

Hành vi người dùng

Các hệ thống giám sát hành vi không dây với khả năng cảm biến điện trường có thể thu thập thông tin về việc sử dụng các thiết bị điện gia dụng (TV, lò vi sóng, v.v.) của mọi người bằng cách đo điện trường xung quanh chúng. Số liệu thống kê có thể cung cấp dữ liệu về cách mọi người cư xử ở nhà, cho phép phân tích việc sử dụng thiết bị hàng ngày của họ (họ sử dụng thiết bị bao nhiêu lần, thời gian họ làm như vậy, v.v.).

Chế tạo

Intel đã tạo ra một cánh tay robot vào năm 2007 có thể phân biệt giữa chai nhựa có nước và chai không có nước. Nó không cần chạm vào các chai mà thay vào đó sử dụng cảm biến điện trường. Khi một điện trường tương tác với nước trong chai, các cảm biến sẽ xác định các thay đổi và khiến rô-bốt hành xử theo những cách cụ thể.

Phát hiện người

Apple đã bắt đầu làm cho iPhone 12 trở đi có khả năng phát hiện người bằng ứng dụng Kính lúp. Cảm biến điện trường cho phép người dùng iPhone mới nhất cảm nhận được mọi người, cho phép họ duy trì khoảng cách vật lý hoặc xã hội cụ thể với họ. Người dùng được thông báo bằng âm thanh, giọng nói hoặc phản hồi xúc giác. Phản hồi trở nên thường xuyên hơn khi mọi người đến gần nhau hơn.

Nhà cung cấp thiết bị cảm biến điện trường lớn nhất thế giới là ai?

Các công ty dẫn đầu thị trường cảm biến điện trường toàn cầu ngày nay bao gồm Honeywell, 3M, Schneider Electric, Multicomp, Crossmatch Technologies, NEC Corporation, Omron, Senix Corporation, Murata, Infineon Technologies, Zkteco, Prowave, Rockwell Automation, Safran, Pise Biometrics, Fulcrum Biometrics, Gems Sensors , và Banner Engineering.

Các loại điện trường

Điện trường có thể được phân thành hai loại:

• Điện trường đều:

Điện trường đều là điện trường không đổi tại mọi điểm. Các chuyên gia thu được trường như vậy bằng cách đặt hai dây dẫn song song với nhau. Chúng cũng đảm bảo rằng hiệu điện thế giữa chúng tại mọi điểm hóa ra là như nhau.

• Điện trường không đều:

Điện trường không đều là điện trường không đều tại mọi điểm. Trường này được đặc trưng bởi có cường độ và hướng khác nhau.

Tính chất của đường sức điện trường

Dưới đây là các tính chất khác nhau của đường sức điện trường:

• Chúng bắt đầu từ một điện tích dương.
• Những dòng này kết thúc trên một điện tích âm.
• Chuyển động của đường sức điện trường ra xa điện tích dương.
• Đường sức điện trường chuyển động về phía điện tích âm.
• Một tiếp tuyến có thể được vẽ tại bất kỳ điểm nào trên đường sức điện trường, do đó cung cấp hướng của trường tại điểm đó.
• Điện trường không bao giờ có thể có hai hướng tại một điểm cụ thể. Do đó, các đường trường không bao giờ cắt nhau.
• Độ lớn điện tích và số đường sức tỉ lệ thuận với nhau.
• Các đường sức điện trường đi vào hoặc đi ra khỏi một bề mặt tích điện theo cách thông thường.
• Các đường sức cách đều nhau, song song và thẳng hàng trong một điện trường đều.
• Các đường sức vuông góc với bề mặt của điện tích.
• Đường sức điện trường không thể đi qua vật dẫn. Như vậy, bên trong vật dẫn điện trường luôn bằng không.
• Các đường sức điện trường có thể chịu tác dụng của lực hấp dẫn giữa hai vật tích điện trái dấu. Do đó, chúng có xu hướng co lại trong thời gian dài.
• Đường sức điện trường là những đường cong liên tục trong vùng không mang điện tích.
• Sự mở rộng của các đường sức điện có xu hướng xảy ra theo chiều ngang. Điều này có nghĩa là các đường này có xu hướng tách khỏi nhau theo hướng vuông góc với chiều dài của chúng. Lý do cho điều này là sự hiện diện của lực đẩy giữa các điện tích.

Với nhiều ứng dụng của Electric Field Sensing, không có gì ngạc nhiên khi thị trường cho các hệ thống hỗ trợ cảm biến trường điện tử tiếp tục phát triển trong những năm qua, bằng chứng là dữ liệu từ Nghiên cứu thị trường minh bạch. Hiện tại, Bắc Mỹ đang dẫn đầu thị trường với thị phần đáng kể nhất. Maximize Market Research tiết lộ rằng thị trường cảm biến điện trường toàn cầu trị giá 195,5 tỷ USD vào năm 2020 và dự kiến sẽ đạt 321,4 tỷ USD vào cuối năm 2027 với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 7,2%.