Cảm biến quang là gì? Những ứng dụng của cảm biến quang hiện nay

Hiện nay, cảm biến quang là một loại cảm biến được nhắc đến và được ứng dụng nhiều nhất vào trong cuộc sống. Vậy cảm biến quang là gì? Nó được chia ra làm mấy loại và ứng dụng của nó hiện nay là gì? Theo dõi bài viết dưới đây để được chúng tôi bật mí tới bạn nhé!

I. Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang hay tên tiếng anh còn gọi là Photoelectric Sensor là tổ hợp của các linh kiện quang điện. Khi tiếp xúc với ánh sáng cảm biến quang sẽ dần thay đổi trạng thái. Cảm biến quang sử dụng ánh sáng được phát ra từ bộ phận phát để từ đó phát hiện sự hiện diện của vật thể. Nó là thiết bị đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa. Nếu không có cảm biến ánh sáng thì khó có được tự động hóa, ví dụ như làm việc mà không nhìn được vậy.

II. Cấu tạo và chức năng của cảm biến quang

1. Cấu tạo

Cấu tạo của cảm biến gồm có 3 phần chính:

• Bộ phát ánh sáng;
• Bộ thu ánh sáng;
• Bo mạch xử lý tín hiệu điện.

2. Chức năng

• Bộ phát ánh sáng: Có nhiệm vụ phát ra ánh sáng ở dạng xung (tần số). Tần số ánh sáng này được hãng sản xuất thiết kế đặc biệt nhằm mục đích để bộ thu ánh sáng có thể phân biệt được giữa ánh sáng từ cảm biến và ánh sáng từ nguồn khác bên ngoài như: ánh sáng tự nhiên, bóng đèn…
• Bộ thu ánh sáng: Có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng từ bộ phát sáng, được gọi là phototransistor.
• Mạch xử lý tín hiệu điện: Mạch điện tử sẽ chuyển tín hiệu tỷ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF được khuếch đại khi tiếp nhận tín hiệu từ bộ thu ánh sáng. Tín hiệu ngõ ra thường dùng phổ biến nhất là NPN, PNP…

III. Phân loại cảm biến quang

1. Cảm biến quang điện thu phát độc lập

Là cảm biến ánh sáng không xảy ra phản xạ. Để hoạt động được thì cần một con phát ánh sáng và một con thu ánh sáng lắp đối diện lại với nhau.

Đặc điểm: Không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và khoảng cách phát hiện đến 60m.

Nguyên lý hoạt động:

• Trạng thái không có vật cản: Cảm biến phát ánh sáng và thu ánh sáng. Phát và thu ánh sáng hoàn toàn liên tục với nhau.
• Trạng thái có vật cản: Cảm biến phát vẫn phát ánh sáng bình thường. Nhưng cảm biến thu ánh sáng không thu được ánh sáng vì bị vật cản che chắn.

Ứng dụng cảm biến quang điện thu phát độc lập: Được ứng dụng rộng rãi cho các môi trường có tính chất phản xạ ánh sáng cao, hoặc là bề mặt hấp thụ ánh sáng… không thể dùng cảm biến thu phát chung được.

2. Cảm biến quang phản xạ gương

Là cảm biến có bộ phát ánh sáng và thu ánh sáng ở trên cùng một loại thiết bị. Gương phản xạ là một lăng kính vô cùng đặc biệt và đi kèm với cảm biến ánh sáng. 

Đặc điểm: Dễ dàng cho việc lắp đặt, tiết kiệm dây dẫn, phát hiện được những vật trong suốt, mờ…

Nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến hoạt động bộ phát ánh sáng thì sẽ phát ánh sáng đến gương. Khi không có vật cản, lúc đó gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng. Khi có vật cản đi qua sẽ làm thay đổi tần số của ánh sáng phản xạ hoặc bị mất đi ánh sáng thu => Cảm biến sẽ xuất tín hiệu điện PNP hoặc NPN…

3. Cảm biến quang phản xạ khuếch tán

Đây là loại cảm biến có bộ thu và phát chung. Thường được sử dụng để phát hiện các vật thể trên hệ thống máy móc tự động. Nó có chức năng giám sát các thiết bị đã được lắp đúng vị trí hay chưa.

Đặc điểm: Bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc, có khoảng cách tối đa chỉ 2m.

Nguyên lý hoạt động:

• Trạng thái báo phát hiện vật cản: Cảm biến phát ánh một cách liên tục từ bộ phát đến bề mặt vật cản. Ánh sáng phản xạ sẽ đi ngược về vị trí thu sáng.
• Trạng thái không vật cản: Ánh sáng sẽ không phản xạ về vị trí thu được khi không có vật cản đi vào.

4. Cảm biến quang phát hiện màu hay còn gọi là cảm biến màu sắc

Để có thể nhận dạng được màu sắc thì chúng ta phải ” dạy ” cảm biến nhận biết màu sắc cần nhận biết. Thuật ngữ dạy cảm biến nghe có vẻ rất khó hiểu. Nhưng thực chất cũng khá đơn giản, vì nhà sản xuất đã lập trình sẵn chúng. Khi sử dụng bạn chỉ việc cài đặt cho cảm biến nhận dạng màu trước hoạt động.

Nguyên lý hoạt động: Cảm biến màu sắc là loại cảm biến thu phát chung. Nó hoạt động tương tự như với cảm biến quang phản xạ khuếch tán. Nhưng cảm biến chỉ nhận đúng màu đã được học mới có thể phát ra tín hiệu điện NPN, PNP…

IV. Ưu và nhược điểm của cảm biến quang

1. Ưu điểm

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

2. Nhược điểm

• Nếu như bề mặt bị bẩn thì cảm biến sẽ hoạt động không tốt.
• Khoảng cách nhận biết vật phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố màu sắc và hệ số phản xạ của vật đó.

V. Ứng dụng của cảm biến quang

• Kiểm tra sản phẩm đi qua trong suốt quá trình rửa;
• Kiểm tra đường đi của xe ô tô ở trên băng tải;
• Xác minh mức độ đầy của cà phê ở trong lon;
• Đếm chai di chuyển ở trên băng tải tốc độ cao;
• Phát hiện các nhãn bị thiếu ở trên chai;
• Đảm bảo kiểm soát an toàn trong quá trình khi mở và đóng cửa nhà xe;
• Bật vòi nước rửa bằng sóng của bàn tay;
• Phát hiện người và vật khi đi qua cửa;
• Phát hiện xe ở trong bãi giữ xe.

VI. Thông số kỹ thuật của cảm biến quang cơ bản

• Loại: Thu – phát, phản xạ khuếch tán, phản xạ gương.
• Nguồn cấp điện: 12-24VDC, 24-240VAC ±10% 50/60Hz, 24-240VDC ±10%.
• Khoảng cách phát hiện: 15m đối với loại thu – phát; 0.1~3m, 0.1~5m (phản xạ gương) và 700mm (phản xạ khuếch tán).
• Độ trễ: Lớn nhất là 20% khoảng cách cài đặt định mức (phản xạ khuếch tán).
• Vật phát hiện chuẩn: Vật mờ đục: Ø15 mm (Thu-phát), Ø60 mm (Phản xạ gương), trong mờ (Phản xạ khuếch tán).
• Nguồn sáng: LED hồng ngoại (940nm), LED đỏ (660nm), LED hồng ngoại (850nm).
• Chế độ hoạt động: Có thể lựa chọn chế độ Light ON hay Dark ON dễ dàng.
• 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), đèn led vàng (chỉ thị hoạt động).
• Thời gian đáp ứng: Max.1ms, 20ms.
• Điều chỉnh độ nhạy: Biến trở điều chỉnh.

VII. Các thương hiệu cảm biến quang phổ biến hiện nay

• Thương hiệu Autonics – Hàn.
• Thương hiệu Omron – Nhật.
• Thương hiệu Sick – Đức.
• Thương hiệu IFM – Đức.
• Thương hiệu Keyenc – Nhật.
• Thương hiệu Yamatake – Nhật Bản.
• Thương hiệu Sunx – Nhật Bản.
• Thương hiệu Panasonic – Nhật.
• Thương hiệu Schneider – Pháp.

Trên đây là toàn bộ thông tin về cảm biến quang là gì, những ưu điểm, nhược điểm của nó mà thietbikythuat muốn gửi đến bạn đọc. Hy vọng với những thông tin ở trên bài viết giúp bạn hiểu rõ hơn về cảm biến quang là gì. Chúng tôi cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết và hẹn gặp lại bạn trong những bài viết tiếp theo trên Website thietbikythuat nhé!