Đặc điểm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến quang là gì?

Hiện nay cảm biến quang được ứng dụng rất nhiều vào trong công việc cũng như trong cuộc sống. Khái niệm cảm biến quang là gì cũng được mọi người tìm kiếm nhiều hơn. Vậy cảm biến quang là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó ra sao? Theo dõi bài viết dưới đây để tìm hiểu sâu hơn về cảm biến quang là gì nhé!

Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang hay tên tiếng anh còn được gọi là Photoelectric Sensor là tổ hợp của các linh kiện quang điện. Khi tiếp xúc với ánh sáng thì thiết bị này sẽ thay đổi trạng thái. Để có thể phát hiện sự hiện diện của vật thể, cảm biến quang sẽ sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát. Khi có sự thay đổi ở bộ phận thu, mạch điều khiển của cảm biến quang sẽ cho ra tín hiệu ngay ở ngõ OUT. Cảm biến quang là thiết bị đóng vai trò vô cùng quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa. Nếu không có cảm biến quang thì chúng ta khó có được tự động hóa.

Cảm biến quang là gì?

Cấu tạo của cảm biến quang

Thông thường, cấu tạo của cảm biến quang sẽ có 3 bộ phận chính là:

  • Bộ phận thu sáng;
  • Bộ phận phát sáng;
  • Mạch xử lý tín hiệu đầu ra.
Cấu tạo của cảm biến quang là gì?

Bộ phận thu sáng

Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor hay còn được gọi là tranzito quang. Bộ phận này có nhiệm vụ cảm nhận ánh sáng và từ đó chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC. Mạch này tích hợp tất cả các bộ phận quang, mạch xử lý, khuếch đại và chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng một cách trực tiếp từ bộ phát, hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện đối với trường hợp phản xạ khuếch tán.

Bộ phận phát sáng

Các loại cảm biến quang hiện nay hầu hết thường sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng được phát ra thường sẽ ở dạng xung. Nhịp điệu xung giúp cảm biến dễ dàng phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác. Các loại LED thông dụng nhất hiện nay là đèn LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED laser. Một số dòng cảm biến đặc biệt thì dùng đèn LED trắng hoặc màu xanh lá. Ngoài ra trong một số trường hợp thì chúng ta cũng có thể thấy loại đèn LED vàng.

Mạch xử lý tín hiệu đầu ra

Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỷ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá so với mức ngưỡng được xác định thì tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Mặc dù hiện nay một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm relay vẫn khá phổ biến. Ngày nay các loại cảm biến chủ yếu sẽ thường dùng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN). Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra nhằm phục vụ cho các ứng dụng trong quá trình đo đếm.

Có bao nhiêu loại cảm biến quang

Hiện nay ở trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến quang khác nhau, tuy nhiên phổ biến nhất vẫn có 3 loại như sau:

Cảm biến quang khuếch tán hay còn gọi là diffuse reflection sensor

a. Đặc điểm cảm biến quang khuếch tán

Thiết bị cảm biến quang khuếch tán là loại cảm biến có bộ thu và phát chung. Loại cảm biến này thường dùng để phát hiện các vật thể ở trên hệ thống máy móc tự động. Giám sát các thiết bị đã được lắp đặt theo đúng vị trí hay chưa. Đặc điểm nổi bật của loại cảm biến này là bị ảnh hưởng bởi bề mặt và màu sắc với khoảng cách tối đa 2m. Bạn có thể dễ dàng bắt gặp cảm biến quang khuếch tán trong các dây chuyền sản xuất, đóng gói sản phẩm.

b. Nguyên lý hoạt động cảm biến quang khuếch tán

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang khuếch tán
  • Trạng thái báo phát hiện vật cản: Cảm biến phát ra một ánh liên tục từ bộ phát lên đến bề mặt vật cản. Ánh sáng phản xạ sẽ đi ngược lại về vị trí thu sáng.
  • Trạng thái không vật cản: Khi không có vật cản đi vào thì ánh sáng sẽ không phản xạ về vị trí thu được hoặc bề mặt vật không phản xạ ánh sáng về phía vị trí thu.

Cảm biến quang thu phát chung hay còn gọi là through – beam sensor

a. Đặc điểm của cảm biến quang thu phát chung

Cảm biến quang thu phát là loại cảm biến ánh sáng không có phản xạ. Để có thể hoạt động được cần có một con phát ánh sáng lắp đối diện với và một con thu ánh sáng. Đặc điểm của dòng cảm biến này là không bị ảnh hưởng bởi bề mặt và màu sắc, khoảng cách phát hiện lên đến 60m.

b. Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang thu phát chung

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang thu phát chung
  • Trạng thái không có vật cản: Cảm biến phát và thu ánh sáng. Quá trình phát và thu ánh sáng là hoàn toàn liên tục với nhau.
  • Trạng thái có vật cản: Cảm biến phát vẫn phát ánh sáng một cách bình thường. Tuy nhiên cảm biến thu ánh sáng không thu được ánh sáng vì bị vật cản che chắn.

Cảm biến quang phản xạ gương hay còn gọi là retro – reflection sensor

a. Đặc điểm của cảm biến quang phản xạ gương

Cảm biến quang phản xạ gương là loại cảm biến có bộ phát ánh sáng và bộ thu ánh sáng trên cùng một loại thiết bị. Gương phản xạ là một lăng kính vô cùng đặc biệt được trang bị kèm với cảm biến quang. Đặc điểm của dòng cảm biến này là việc lắp đặt dễ dàng, thuận tiện, tiết kiệm dây dẫn, phát hiện được cả những vật trong suốt, mờ… khoảng cách tối đa là 15m.

b. Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang phản xạ gương

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang phản xạ gương

Khi cảm biến hoạt động thì bộ phát ánh sáng sẽ phát ánh sáng đến gương, sẽ có 2 trường hợp:

  • Khi không có vật cản: Gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng.
  • Khi có vật cản đi qua: Làm thay đổi tần số của ánh sáng phản xạ hoặc bị mất đi ánh sáng thu. Lúc này cảm biến sẽ xuất tín hiệu điện là PNP, NPN…

Các thông số kỹ thuật của cảm biến quang

  • Loại cảm biến: Cảm biến thu – phát, phản xạ gương và 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 là 1c.
  • Khoảng cách phát hiện: 15m đối với loại thu – phát; 0.1~3m, 0.1~5m đối với phản xạ gương và 700mm đối với phản xạ khuếch tán.
  • Độ trễ: Lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức.
  • Vật phát hiện chuẩn: Vật mờ đục Ø15 mm đối với cảm biến thu-phát), Ø60 mm (phản xạ gương), trong mờ (phản xạ khuếch tán).
  • Nguồn sáng: Sử dụng LED hồng ngoại 940nm, 850nm và LED đỏ (660 nm).
  • Chế độ hoạt động: Có thể lựa chọn Light ON hoặc Dark ON.
  • Chỉ thị hoạt động: Đèn led xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), đèn led vàng (chỉ thị hoạt động).
  • Điều chỉnh độ nhạy: Biến trở điều chỉnh.
Các thông số kỹ thuật của cảm biến quang

Cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến

Điều chỉnh ngưỡng cảm biến quang

Người sử dụng có thể dễ dàng điều chỉnh mức ngưỡng hay gọi là mức ánh sáng đủ để kích hoạt đầu ra. Khi ánh sáng thu được bằng hoặc lớn hơn ngưỡng thì sẽ có tín hiệu xuất ra. Trong thực tế, việc thay đổi ngưỡng sẽ dẫn đến tăng hoặc giảm đi khoảng cách phát hiện. Việc điều chỉnh ngưỡng cũng có thể giúp cho cảm biến được nhạy hơn, phát hiện được vật nhỏ hơn hoặc những vật mờ. Một vài nhãn hiệu cảm biến quang sẽ có một biến trở vặn vít để có thể điều chỉnh ngưỡng. Một số khác có nút đặt ngưỡng (teach) để có mức ngưỡng thích hợp nhất cho từng ứng dụng cụ thể.

Công tắc chuyển Light-On / Dark-On

Công tắc L-On / D-On giúp thay đổi được dễ dàng tình trạng đầu ra cảm biến.

Ưu nhược điểm của cảm biến quang

Ưu điểm của cảm biến quang

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

Nhược điểm của cảm biến quang

  • Nếu sử dụng trong các môi trường có nhiều bụi thì cảm biến sẽ hoạt động không tốt.
  • Khoảng cách nhận biết vật phụ thuộc nhiều vào yếu tố màu sắc và hệ số phản xạ của vật đó.

Ứng dụng của cảm biến quang

Ứng dụng của cảm biến quang

Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của cảm biến quang mà chúng tôi muốn chia sẻ tới bạn đọc:

  • Dùng để phát hiện mực nước của cảm biến.
  • Kiểm tra sản phẩm đi qua trong suốt quá trình rửa, sơ chế, đóng gói thành phẩm…
  • Kiểm tra đường đi của xe ô tô, nước đóng chai, thực phẩm đóng hộp… ở trên băng tải.
  • Xác định được mức độ cao của mực cà phê, chất lỏng… có trong lon, hộp…
  • Đếm số lượng các chai di chuyển trên băng tải tốc độ cao.
  • Phát hiện các nhãn bị thiếu hoặc bị lỗi ở trên chai.
  • Đảm bảo an toàn 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 nằm ở trong bãi giữ xe.

Trên đây là toàn bộ thông tin về cảm biến quang là gì, đặc điểm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến quang là gì mà thietbikythuat muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hy vọng với những chia sẻ ở trên bài viết giúp bạn đọc có thêm được nhiều kiến thức hơn về cảm biến quang là gì!



Bài viết liên quan

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…

Hình ảnh cảm biến áp suất thủy tĩnh Những điều đặc biệt về cảm biến mức nước thủy tĩnh

Một trong những phương pháp đo mức nước bằng cảm biến áp suất là cảm biến mức nước thủy tĩnh. Chúng được sử dụng trong các hệ thống ao hồ sông suối và cả nước giếng. Bài viết này sẽ chỉ ra phương pháp tiến hành, đặc điểm nhận dạng và phân biệt với các…

IoT giúp cuộc sống trở nên đơn giản và dễ dàng hơn rất nhiều IoT là gì? Bật mí những lợi ích to lớn không thể bỏ quả của IoT

IoT là một cụm từ đề cập đến tất cả các khía cạnh của thiết bị vật lý khi chúng được kết nối với Internet. Bạn có thể thông qua IoT để thu thập và chia sẻ dữ liệu một cách nhanh và chính xác nhất. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu IoT là…