Cảm biến quang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất, bãi đỗ xe, ô tô,… Vậy loại cảm biến này có cấu tạo, ưu nhược điểm và nguyên lý hoạt động như thế nào? Cùng tìm hiểu chi tiết trong nội dung bài viết sau nhé.
Cảm biến quang là gì?
Cảm biến quang (tên tiếng Anh là Photoelectric Sensor) là loại cảm biến kết hợp các linh kiện quang điện. Khi cảm biến quang tiếp xúc với ánh sáng thì chúng sẽ thay đổi trạng thái dựa vào hiện tượng phát xạ điện từ ở cực Cathode, khi đó tín hiệu quang sẽ được chuyển thành tín hiệu điện. Từ đó có khả năng phát hiện được vật thể trong khu vực đó.
Cảm biến quang vừa có thể phát hiện được các vật thể từ xa vừa đo lường khoảng cách và tốc độ di chuyển của các vật thể đó. Do vậy, Photoelectric Sensor có vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa.
Cảm biến quang còn có tên gọi khác là mắt thần.
Cảm biến quang có cấu tạo như thế nào?
Cảm biến quang có cấu tạo với 3 bộ phận chính là bộ phát, bộ phát ánh sáng và bộ xử lý tín hiệu.
Bộ phận phát ánh sáng
Bộ phận phát sẽ đảm nhận vị trí cảm biến quang nhiệt, phát ra ánh sáng có dạng xung. Mỗi hãng sản xuất sẽ có tần số ánh sáng khác nhau. Bộ phận này sẽ bổ trợ cho bộ phận thu sáng phân biệt nguồn sáng từ cảm biến và những nguồn khác.
Bộ phận thu ánh sáng
Bộ phận này có chức năng tiếp nhận ánh sáng và sau đó truyền tín hiệu nhận được đến bộ phận xử lý tín hiệu.
Bộ phận xử lý tín hiệu đầu ra
Bộ phận xử lý sẽ tiếp nhận tín hiệu từ bộ phận thu sáng và chuyển đổi tín hiệu thành chế độ ON/OFF. Nếu lượng ánh sáng thu được cao hơn mức ngưỡng, tín hiệu đầu ra của cảm biến được kích hoạt.
Một số loại cảm biến trước đây tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ le vẫn khá phổ biến. Ngày nay với công nghệ cao hơn, các loại cảm biến quang chủ yếu dùng tín hiệu ra bán dẫn. Một số cảm biến còn sử dụng cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.
Phân loại cảm biến quang và nguyên lý hoạt động
Một số loại cảm biến quang phổ biến đó là:
Cảm biến quang thu phát độc lập
Tên tiếng Anh là Through – Beam Sensor còn được gọi với tên khác là cảm biến thu phát chung. Loại cảm biến này gồm thiết bị phát và thiết bị thu ánh sáng đặt đối diện nhau. Đây là loại cảm biến được dùng nhiều bởi khả năng phát hiện ra vật ở khoảng cách tương đối xa lên đến 60m, khả năng hoạt động chính xác, không bị chi phối hay bị ảnh hưởng bởi màu sắc và bề mặt của vật thể..
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang thu phát độc lập
Có hai trạng thái được thông báo đó là trạng thái có và không có vật cản. Trong trường hợp không có vật cản, hai cảm biến phát và thu sáng liên tục với nhau. Khi có vật cản chắn làm cho cảm biến thu không nhận được ánh sáng từ cảm biến phát. Nhờ đó, vật cản được phát hiện.
Cảm biến quang phản xạ gương
Tên tiếng Anh là Retro – Reflective Sensor có cả bộ phát, bộ thu ánh sáng và gương phản xạ kèm theo. Gương phản xạ này sẽ đóng vai trò là một lăng kính đặc biệt. Cảm biến quang phản xạ gương có khả năng phát hiện được vật thể định dạng mờ, trong suốt ở khoảng cách tối đa 15m.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang phản xạ gương
Bộ phát sẽ phát ra ánh sáng đến gương. Nếu không có bất cứ vật cản thì gương sẽ thu được toàn bộ lượng ánh sáng đó. Nếu vật cản xuất hiện tần số của ánh sáng phản xạ bị thay đổi hoặc bị mất đi nên sẽ nhận diện được.
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán có chức năng phát hiện các vật thể trên hệ thống máy móc tự động hóa công nghiệp. Từ đó sẽ giúp giám sát sự chính xác trong việc lắp đặt vị trí của các thiết bị máy móc. Đó là lý do mà cảm biến quang phản xạ khuếch tán được dùng nhiều trong dây chuyền sản xuất, đóng gói và đếm số lượng sản phẩm để cho vào thùng.
Khoảng cách phát hiện vật thể khoảng 2m. Độ chính xác của cảm biến này còn bị chi phối bởi các màu sắc cùng với bề mặt của vật.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang phản xạ khuếch tán
Cảm biến có 2 trạng thái làm việc khi có vật cản và khi không có vật cản tương tự như các loại cảm biến bên trên.
Cảm biến quang phát hiện màu sắc
Cảm biến này có thể nhận biết được màu sắc của vật thể khi thiết lập sẵn cho thiết bị. Cảm biến có hai chế độ phát hiện màu và đồng thời có thể phát hiện được cường độ màu. Ngày này, các thiết bị cảm biến quang đã được cải tiến nhằm giảm thiểu các lỗi từ ánh sáng bên ngoài và cho phép cảm biến phát hiện màu một cách ổn định.
Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến quang
Ưu điểm của cảm biến quang
- Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc với khoảng cách có thể lên đến 100m
- Có thể phát hiện được phần lớn các vật chất rắn
- Tuổi thọ cao, hoạt động ổn định và độ chính xác cao, ít bị hao mòn theo thời gian
- Thời gian đáp ứng nhanh, có thể tùy chỉnh được độ nhạy theo nhu cầu sử dụng
- Có nhiều nhà cung cấp khác nhau nên bạn có nhiều sự lựa chọn
Nhược điểm của cảm biến quang
- Cảm biến có thể bị sai số khi bụi bẩn bám trên bề mặt
- Cảm biến quang chỉ hoạt động trong một vài điều kiện cụ thể tương ứng với từng loại.
- Độ chính xác của cảm biến sẽ ảnh hưởng nhiều đến màu sắc và độ phản xạ.
- Cần phải có kinh nghiệm để chọn đúng loại cảm biến phù hợp với ứng dụng.
Các ứng dụng của cảm biến quang
Như đã đề cập ở trên, cảm biến quang được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp, nổi bật đó là:
- Ứng dụng đếm sản phẩm trên băng tải
- Ứng dụng để kiểm tra sản phẩm lỗi
- Ứng dụng để đo độ dày của bề mặt vật thể
- Ứng dụng để phát hiện nhãn dán trên bao bì
- Kiểm soát an toàn khi đóng mở cửa của nhà xe
- Điều khiển vòi rửa xe
- Ứng dụng để phát hiện người, vật đi qua cửa
- Sử dụng cho các bãi giữ xe tự động
- Kiểm tra vị trí chi tiết máy lắp đặt đúng hay chưa
Qua bài viết này hy vọng các bạn sẽ nắm được về cảm biến quang là gì và những thông tin liên quan? Từ đó sẽ có được sự lựa chọn tốt nhất với mục đích sử dụng của bản thân.
