Cảm biến quang là gì? Phân loại và ứng dụng trong thực tế

Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang điện có tên tiếng anh là Photoelectric sensor và được cấu tạo bởi các thành phần linh kiện quang điện. Đây là  thiết bị phát ra chùm ánh sáng chiếu vào vật thể dạng tần số làm thay đổi tính chất của vật thể khi cần tạo ra điện. Khi một vật  đi qua, tần số của bộ thu sáng cũng bị ảnh hưởng. Dựa trên hiện tượng phát xạ điện tử ở Cathode, tín hiệu ánh sáng được chuyển  thành tín hiệu điện khi bị nguồn  sáng chiếu vào.

Với tính năng có thể phát hiện vật thể từ xa và đo lường được khoảng cách đến vật thể và tốc độ di chuyển của đối tượng mag cảm biến quang được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp

Cấu tạo của một cảm biến quang

Cảm biến quang được hình thành bởi 3 bộ phận chính đó là bộ phát sáng, bộ thu ánh sáng, bo mạch xử lý tín hiệu điện. Để rõ hơn về 3 thành phần này bạn có thể tham khảo cụ thể ngay bên dưới đây:

• Bộ phát sáng: Bộ phận này đóng vai trò cảm biến quang nhiệt và phát ra ánh sáng dạng xung. Tùy theo từng hãng sản xuất mà sẽ có thiết kế tần số ánh sáng khác nhau. Bộ phận này bổ sung cho bộ thu, giúp tách nguồn sáng khỏi các cảm biến và nhiều nguồn sáng khác.
• Bộ phận thu sáng: Đây là bộ phận tiếp nhận ánh sáng và sau đó sẽ truyền tín hiệu đến cho bộ phận xử lý.
• Mạch xử lý tín hiệu điện: Bộ phận này đảm nhận tiếp thu tín hiệu từ bộ phận thu sáng và sau đó chuyển lại tín hiệu theo tỉ lệ tranzito thành chế độ ON/OFF. Nguồn tín hiệu này sẽ có độ khuếch đại rộng hơn.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang

Bộ phận phát sáng  phát ra ánh sáng dưới dạng tần số mà và bộ phận thu sáng tiếp nhận, sau đó sẽ phân loại và truyền ánh sáng này đến bộ phận xử lý tín hiệu điện. Tại đây tín hiệu  được chuyển  thành hai chế độ ON / OFF tùy thuộc vào tỷ lệ transistor. Và các tín hiệu thường được sử dụng là NPN, PNP.

Các loại cảm biến quang

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại phổ biến quang nhưng thường được sử dụng thì có 3 loại. Cùng tìm hiểu chi tiết về 3 loại cảm biến này nhé:

Cảm biến quang thu phát chung (through – beam sensor)

Đây là loại cảm biến ánh sáng không phản xạ, chỉ có thể hoạt động khi có một con phát sáng và một cong thu sáng được lắp đặt đối diện với nhau. Dòng cảm biến này có đặc điểm là không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như bề mặt hay màu sắc. Chúng có thể phát hiện được vật thể ở khoảng cách lên tới 60m.

Chúng hoạt động ở 2 trạng thái là có vật cản và không có vật cản. Trong trạng thái không có vật cản thì cảm biến phát ra ánh sáng và thu ánh sáng sẽ xảy ra liên tục, tiếp nhận nhau một cách dễ dàng. Còn khi ở trạng thái có vật cản thì bộ phận phát sáng vẫn hoạt động bình thường nhưng bộ phận thu sáng do có vật cản nên sẽ không tiếp nhận được ánh sáng.

Cảm biến quang phản xạ gương (retro – reflection sensor)

Đây là loại cảm biến có bộ phận thu và phát ánh sáng ở trên cùng một thiết bị kết hợp cùng với gương phản xạ. Gương phản xạ được hiểu là một lăng kính có thiết kế đặc biệt. Dòng cảm biến này có đặc điểm là lắp đặt thuận tiện, tiết kiệm dây dẫn, phát hiện được những vật trong suốt, mờ…trong khoảng cách tối đa 15m.

Cảm biến bày hoạt động ở 2 trạng thái có vật cản và không có vật cản. Bộ phát sáng sẽ phát ra nguồn sáng đến gương. Trong trường hợp không có vật cản thì gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng còn nếu mà có vật cản thì tần số ánh sáng phản xạ sẽ bị biến đổi hoặc có thể làm nguồn sáng bị mất đi.

Cảm biến quang khuếch tán (diffuse reflection sensor)

Cảm biến này là loại cảm biến có chung bộ thu và phát. Chúng được cài đặt theo lập trình sẵn để có thể nhận dạng được các loại màu sắc khác nhau. Ngoài ra còn được dùng để phát hiện các vật thể trên hệ thống máy móc tự động. Giám sát tất cả các thiết bị đã được lắp đặt đúng vị trí hay chưa. Tuy nhiên chúng thường hay bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và khoảng cách phát hiện là trong vòng 2m.

Thiết bị này được hoạt động ở 2 trạng thái có vật cản và không có vật cản. Khi có vật cản thì cảm biến phát sáng liên tục đến bề mặt vật cản, ánh sáng sẽ đi ngược về vị trí thu sáng của thiết bị. Khi không có vật cản thì ánh sáng không phản xạ lại vị trí thu sáng, bề mặt cũng không phản xạ lại ánh sáng về vị trí thu.

Cảm biến quang phát hiện màu sắc

Chúng dùng để cảm biến, phát hiện và nhận dạng màu sắc. Chúng được lập trình sẵn để nhận dạng những màu sắc khác nhau.

Loại cảm biến này giống như cảm biến phản xạ khuếch tán nhưng chúng cảm biến chọn lọc và chỉ phát tín hiệu khi nhận ra đúng những thứ đã được lập trình sẵn.

Các thông số đặc trưng của cảm biến quang là gì?

Đối với một cảm biến quang thì sẽ có những thông số cảm biến quang đặc trưng mà bạn cần quan tâm sau đây:

• Loại cảm biến: thu – phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán
• Nguồn cấp: cảm biến sử dụng nguồn 12-24VDC, 24-240VAC ±10% 50/60Hz, 24-240VDC ±10%(Ripple P-P:Max. 10%)
• Khoảng cách phát hiện: 15m (Loại thu – phát); 3m – 5m (phản xạ gương); 700mm (phản xạ khuếch tán)
• Độ trễ: lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức (phản xạ khuếch tán)
• Vật phát hiện chuẩn: vật mờ đục Ø15 mm (thu-phát), vật mờ đục Ø60 mm (phản xạ gương), vật mờ đục – trong mờ (phản xạ khuếch tán)
• Nguồn sáng: sử dụng LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại ( 850nm), LED đỏ (660 nm)
• Chế độ hoạt động: có thể lựa chọn Light ON hay Dark ON bởi công tắc
• Ngõ ra: ngõ ra tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở, cấu tạo tiếp điểm: 1c
• Chỉ thị hoạt động: đèn led xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), led vàng (chỉ thị hoạt động)
• Thời gian đáp ứng:1ms, 20ms
• Điều chỉnh độ nhạy: biến trở điều chỉnh

Ưu nhược điểm của cảm biến quang

Hầu như thì các thiết bị điện tử nào cũng có những ưu và nhược điểm riêng. Và cảm ứng quang cũng vậy. Dưới đây là một số những ưu nhược điểm của thiết bị cảm ứng quang. Bạn có thể tham khảo và cân nhắc trước khi đưa ra quyết định.

Ưu điểm

Một số ưu điểm của nó có thể nói đến:

• Phát hiện vật thể từ khoảng cách xa lên tới 100m mà không cần tiếp xúc với vật thể đó
• Ít bị hao mòn, tuổi thọ và độ chính xác cao, tính ổn định khá cao
• Có thể phát hiện nhiều vật thể khác nhau
• Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng.

Nhược điểm

Nhược điểm của cảm biến quang là:

• Cảm biến sẽ hoạt động không tốt nếu như bề mặt của nó bị bẩn. Nhất là sử dụng trong các môi trường có nhiều bụi
• Khoảng cách nhận biết vật phụ thuộc nhiều về yếu tố màu sắc và hệ số phản xạ của vật đó.

Cách điều chỉnh độ nhạy của cảm biến

Các loại cảm ứng hiện nay trên thị trường thường có 2 cách để điều chỉnh độ nhạy. Cụ thể 2 cách đó như sau:

Điều chỉnh ngưỡng: bạn có thể điều chỉnh mức ngưỡng. Hay còn gọi là điều chỉnh mức ánh sáng đủ để kích hoạt được đầu ra. Tín hiệu sẽ được xuất ra khi mà ánh sáng thu được bằng hoặc lớn hơn ngưỡng.

Khi thay đổi ngưỡng thì khoảng cách phát hiện cũng sẽ có thay đổi. Việc thay đổi ngưỡng này có thể ảnh hưởng đến việc phát hiện vật, tùy theo sự thay đổi mà chúng có thể phát hiện được những vật ở gần hay xa.

Công tắc chuyển Light-On/Dark-Off: Công tắc này sẽ làm thay đổi tình trạng ở đầu ra cảm biến.

Ứng dụng của cảm biến quang trong thực tế

Cảm biến quang hiện nay được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống, nhất là những ngành công nghiệp sản xuất. Một số ứng dụng có thể kể đến như:

• Các hoạt động sản xuất trong công nghiệp: quá trình đóng hộp, chai cho các sản phẩm; kiểm tra các sản phẩm thiếu tem, nhãn; di chuyển các sản phẩm trong dây chuyền băng tải; kiểm tra sản phẩm trong quá trình rửa,…
• Đảm bảo an ninh và an toàn cho các hệ thống: hệ thống nhà xe, phát hiện xe trong bãi giữ, kiểm soát người và vật thể qua lại đối với các cổng an ninh,…
• Hệ thống nước tự động: khi xuất hiện vật thể.

Vừa rồi AME Group đã cùng bạn đi tìm hiểu về cảm biến quang, phân loại, cấu tạo cũng như ứng dụng của chúng ở trong thực tế. Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi cung cấp có thể giúp ích cho bạn trong quá trình tìm hiểu. Cảm ơn bạn đã quan tâm và đọc bài viết của chúng tôi. Đón chờ thêm nhiều bài viết hữu ích ở những phần tiếp theo nhé.