Cảm biến quang – Thiết bị phát hiện vật thể thông minh

Một loại thiết bị phát hiện vật thể đang trở nên rất phổ biến trong ngành công nghiệp hiện nay là cảm biến quang. Được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, cảm biến quang giúp tự động hóa quá trình sản xuất và chế tạo. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về cảm biến quang là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của chúng.

Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang, hay còn được gọi là Photoelectric Sensor, là một loại thiết bị sử dụng công nghệ quang điện để phát hiện sự hiện diện của vật thể. Cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện vật thể, và khi có sự thay đổi ở bộ phận thu, mạch điều khiển của cảm biến quang sẽ cho ra tín hiệu đầu ra. Cảm biến quang chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa và đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất.

Bạn đang xem: Cảm biến quang – Thiết bị phát hiện vật thể thông minh

Cấu tạo của cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang thường bao gồm ba bộ phận chính: bộ phận phát sáng, bộ phận thu sáng và mạch xử lý tín hiệu đầu ra. Bộ phận phát sáng thường sử dụng đèn LED để phát ánh sáng, trong khi bộ phận thu sáng thường là một phototransistor hoặc tranzito quang. Mạch xử lý tín hiệu đầu ra sẽ chuyển đổi tín hiệu thu được từ bộ phận thu thành tín hiệu ON/OFF. Các linh kiện này thường được tích hợp vào một vi mạch hoặc mạch ứng dụng chuyên dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

Bộ phận thu sáng:

Bộ phận thu sáng trong cảm biến quang thường là một phototransistor hoặc tranzito quang. Bộ phận này có vai trò nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Có nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC để tích hợp tất cả các bộ phận quang, khuếch đại và mạch xử lý vào một vi mạch. Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phận phát hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện.

Bộ phận phát sáng:

Cảm biến quang thường sử dụng đèn LED, với ánh sáng thường được phát ra theo dạng xung. Các loại đèn LED thông dụng bao gồm LED đỏ, LED hồng ngoại và LED lazer. Một số cảm biến đặc biệt còn sử dụng LED trắng hoặc xanh lá. Đèn LED phát ánh sáng đặc biệt giúp cảm biến phân biệt ánh sáng của chính cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác.

Mạch xử lý tín hiệu đầu ra:

Mạch xử lý tín hiệu đầu ra chuyển đổi tín hiệu từ bộ phận thu thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng, tín hiệu đầu ra của cảm biến quang sẽ được kích hoạt. Trong quá khứ, cảm biến quang thường sử dụng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ-le (relay), nhưng ngày nay, các loại cảm biến quang chủ yếu sử dụng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN). Một số cảm biến quang còn có tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.

Có bao nhiêu loại cảm biến quang thông dụng?

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến quang khác nhau, nhưng chúng ta chỉ cần quan tâm đến ba loại cảm biến quang thông dụng nhất. Cụ thể là:

1. Cảm biến quang khuếch tán (Diffuse Reflection Sensor):

• Đặc điểm: Loại cảm biến này thường được sử dụng để phát hiện các vật thể trên hệ thống máy móc tự động, giám sát việc lắp đúng vị trí của thiết bị. Cảm biến này có thể bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và khoảng cách, với khoảng cách tối đa là 2m.
• Nguyên lý hoạt động: Cảm biến phát ánh sáng liên tục từ bộ phát đến bề mặt vật cản, và ánh sáng phản xạ quay trở lại vị trí thu sáng. Khi không có vật cản, ánh sáng không phản xạ về vị trí thu.

2. Cảm biến quang thu phát chung (Through – Beam Sensor):

• Đặc điểm: Loại cảm biến này không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và có thể phát hiện vật trong khoảng cách lên đến 60m. Cảm biến này yêu cầu một bộ phát ánh sáng và một bộ thu ánh sáng được lắp đối diện với nhau.
• Nguyên lý hoạt động: Cảm biến phát và thu ánh sáng liên tục với nhau. Khi không có vật cản, cảm biến thu ánh sáng được phát ra bởi bộ phát. Khi có vật cản, cảm biến thu ánh sáng không nhận được ánh sáng từ bộ phát.

3. Cảm biến quang phản xạ gương (Retro – Reflection Sensor):

• Đặc điểm: Loại cảm biến này có bộ phát ánh sáng và thu ánh sáng trên cùng một thiết bị. Cảm biến này lắp đặt thuận tiện, tiết kiệm dây dẫn và có thể phát hiện các vật trong suốt, mờ, với khoảng cách tối đa là 15m.
• Nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến hoạt động, bộ phát ánh sáng sẽ phát ánh sáng đến gương. Khi không có vật cản, gương sẽ phản xạ lại ánh sáng đến bộ thu ánh sáng. Khi có vật cản đi qua, ánh sáng phản xạ sẽ thay đổi tần số hoặc bị mất, và cảm biến sẽ xuất tín hiệu điện.

Ứng dụng của cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của cảm biến quang:

• Phát hiện người và vật đi qua cửa.
• Phát hiện xe trong bãi giữ xe.
• Kiểm tra sản phẩm trong quá trình sản xuất, đóng gói, đếm.
• Kiểm tra đường đi của ô tô, thực phẩm trên băng tải.
• Xác định mức độ cao của chất lỏng trong lon, hộp.
• Đếm số lượng hoa quả để cho vào một thùng chứa.
• Đảm bảo kiểm soát an toàn khi mở và đóng cửa nhà xe.
• Bật vòi nước bằng sóng của bàn tay.
• Và còn rất nhiều ứng dụng khác.

Các thông số của cảm biến quang là gì?

Thông thường, cảm biến quang sẽ có các thông số cấu tạo sau:

• Loại cảm biến: Thu – phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán.
• Nguồn cấp: 12-24VDC, 24-240VAC ±10% 50/60Hz, 24-240VDC ±10%(Ripple P-P:Max. 10%).
• Ngõ ra: Tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở, cấu tạo tiếp điểm: 1c.
• Khoảng cách phát hiện: 15m (Loại thu – phát); 0.1~3m, 0.1~5m (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: LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại (850nm), LED đỏ (660 nm).
• Chế độ hoạt động: Light ON hoặc Dark ON.
• Chỉ thị hoạt động: Đèn LED xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), LED vàng (chỉ thị hoạt động).
• Thời gian đáp ứng: Max.1ms, 20ms.
• Điều chỉnh độ nhạy: Biến trở điều chỉnh.

Cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến quang như thế nào?

Các cảm biến quang thông thường có hai cách để điều chỉnh độ nhạy:

1. Điều chỉnh ngưỡng: Người sử dụng có thể điều chỉnh mức ánh sáng đủ để kích hoạt đầu ra. Thay đổi ngưỡng sẽ làm tăng hoặc giảm khoảng cách phát hiện. Điều chỉnh ngưỡng cũng có thể giúp cảm biến nhạy hơn và phát hiện vật nhỏ hơn hoặc các vật trong mờ. Một số cảm biến có biến trở để điều chỉnh ngưỡng, trong khi một số khác có nút đặt ngưỡng để tăng cường độ nhạy.

2. Công tắc chuyển Light-On / Dark-On: Công tắc này giúp thay đổi tình trạng đầu ra của cảm biến.

Ưu nhược điểm của cảm biến quang là gì?

Như bất kỳ thiết bị điện tử nào khác, cảm biến quang cũng có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Dưới đây là một số ưu và nhược điểm của cảm biến quang:

Ưu điểm:

• Cảm biến quang hoạt động nhanh, chính xác và đáng tin cậy.
• Dễ dàng lắp đặt và sử dụng.
• Phát hiện vật thể trong suốt và mờ.
• Không bị ảnh hưởng bởi màu sắc và bề mặt vật thể.
• Có thể điều chỉnh độ nhạy và khoảng cách phát hiện.

Nhược điểm:

• Cảm biến quang khá nhạy cảm với bụi và các hạt mịn trong môi trường làm việc.
• Ánh sáng môi trường có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của cảm biến.
• Cảm biến quang có giá thành cao hơn so với một số loại cảm biến khác.

Dưới đây là một số thông tin cơ bản về cảm biến quang. Hy vọng rằng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về loại thiết bị này và ứng dụng của nó trong cuộc sống hàng ngày. Để có thêm thông tin chi tiết về cảm biến quang và các sản phẩm liên quan khác, hãy truy cập Izumi.Edu.VN.

Nguồn: https://izumi.edu.vn/
Danh mục: Tài liệu điện