1. Giới thiệu

Trong thế giới công nghệ hiện đại, cảm biến đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng, từ điện thoại thông minh, thiết bị đeo thông minh cho đến robot và máy bay không người lái (drone). Hai loại cảm biến phổ biến nhất trong lĩnh vực này là cảm biến gia tốc (Accelerometer) và cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscope). Dù có chức năng đo lường chuyển động, nhưng chúng có nguyên lý hoạt động và ứng dụng khác nhau. Vậy sự khác biệt giữa hai loại cảm biến này là gì? Hãy cùng tìm hiểu.

2. Cảm biến gia tốc (Accelerometer) là gì?

Nguyên lý hoạt động

Cảm biến gia tốc đo gia tốc tuyến tính của vật thể theo các trục X, Y, Z. Gia tốc này có thể bao gồm cả lực trọng trường của Trái Đất và các tác động cơ học khác. Loại cảm biến này hoạt động dựa trên công nghệ MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) – một hệ thống vi cơ điện tử giúp cảm biến có kích thước nhỏ gọn nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cao.

Phân loại cảm biến gia tốc

Cảm biến gia tốc có thể được chia thành hai loại chính:

• Gia tốc kế một trục: Chỉ đo gia tốc trên một phương (X, Y hoặc Z).
• Gia tốc kế ba trục: Đo gia tốc trên cả ba trục X, Y, Z, giúp cung cấp thông tin chuyển động chính xác hơn.

Thông số chính

• Đơn vị đo: m/s² hoặc g (gia tốc trọng trường, với 1g ≈ 9.81 m/s²).
• Dữ liệu đầu ra: Gia tốc theo từng trục (X, Y, Z).
• Tần số lấy mẫu: Thường từ 10Hz đến 1kHz tùy vào ứng dụng cụ thể.

Ứng dụng phổ biến

• Xác định góc nghiêng của thiết bị (ví dụ: điện thoại tự xoay màn hình).
• Phát hiện chuyển động, rung động, đo số bước chân.
• Ứng dụng trong hệ thống cảnh báo va chạm trên xe hơi.
• Sử dụng trong thiết bị đeo thông minh để đo mức độ vận động của người dùng.

3. Cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscope) là gì?

Nguyên lý hoạt động

Cảm biến con quay đo tốc độ góc, tức là sự thay đổi góc quay của vật thể theo thời gian. Nó giúp xác định hướng quay và độ nghiêng chính xác hơn so với cảm biến gia tốc. Các cảm biến con quay hồi chuyển hiện đại cũng dựa trên công nghệ MEMS, giúp thu nhỏ kích thước nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất cao.

Phân loại cảm biến con quay

• Con quay hồi chuyển một trục: Đo tốc độ quay theo một trục duy nhất.
• Con quay hồi chuyển ba trục: Đo tốc độ quay theo ba trục X, Y, Z, giúp theo dõi chuyển động xoay phức tạp.

Thông số chính

• Đơn vị đo: độ/giây (°/s).
• Dữ liệu đầu ra: Tốc độ quay theo từng trục (X, Y, Z).
• Độ trôi (Drift): Lỗi nhỏ tích lũy theo thời gian, có thể cần hiệu chỉnh bằng bộ lọc như Kalman hoặc Complementary.

Ứng dụng phổ biến

• Ổn định camera trên drone hoặc thiết bị quay phim.
• Xác định hướng xoay trong thực tế ảo (VR), thực tế tăng cường (AR).
• Điều khiển robot và máy bay không người lái.
• Ứng dụng trong hệ thống định vị quán tính, đặc biệt trong điều hướng khi không có GPS.

4. Sự khác biệt giữa cảm biến gia tốc và cảm biến con quay

5. Khi nào sử dụng cảm biến nào?

• Dùng cảm biến gia tốc khi: cần đo chuyển động thẳng như bước chân, rung động, hoặc xác định hướng nghiêng dựa vào trọng lực.
• Dùng cảm biến con quay khi: cần đo chuyển động quay, xác định tốc độ xoay của thiết bị như trong drone, VR, hoặc ổn định camera.
• Dùng kết hợp cả hai: Hầu hết các thiết bị hiện đại sử dụng cả hai cảm biến trong một mô-đun IMU (Inertial Measurement Unit) để đạt độ chính xác cao hơn.

6. Ứng dụng thực tiễn

7. Kết luận

Cảm biến gia tốc và cảm biến con quay hồi chuyển đều có vai trò quan trọng trong các hệ thống đo lường chuyển động. Cảm biến gia tốc chủ yếu đo lường chuyển động thẳng và độ nghiêng, trong khi cảm biến con quay giúp theo dõi chuyển động xoay một cách chính xác hơn. Để đạt độ chính xác cao nhất, nhiều thiết bị hiện đại kết hợp cả hai loại cảm biến trong một hệ thống IMU.

Việc lựa chọn loại cảm biến phù hợp tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, từ thiết bị di động, drone, robot cho đến thực tế ảo. Hiểu rõ đặc điểm của từng loại sẽ giúp tối ưu hóa khả năng đo lường và cải thiện hiệu suất của hệ thống.

Hy vọng bài viết đã giúp bạn hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa cảm biến gia tốc và cảm biến con quay hồi chuyển!