Cảm biến quang là gì ? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các thông tin khác

Mến chào tất cả các bạn nhé, trong bài viết này mình và các bạn sẽ cùng nhau tìm hiểu về một loại thiết bị cảm biến có khả năng phát hiện đồ vật hay vật thể. Đó chính là cảm biến quang là một loại thiết bị được sử dụng khá phổ biến hiện nay trên thị trường. Việc ngày càng có nhiều công nghệ tiên tiến thay thế con người thì các cảm biến cũng được sử dụng đến nhiều hơn trong sản xuất và chế tạo. Và chính thế chúng được sử dụng nhiều nên nhu cầu tìm hiểu về chúng cũng tăng cao, nắm bắt được nhu cầu đó nên bài viết này mình xin chia sẻ các thông tin tin liên quan như cảm biến biến quang là gì ? Cấu tạo của chúng ? Cách thức phân loại như thế nào ? Các nguyên lý hoạt động của từng loại cũng như các thông tin chi tiết có liên quan khác. Từ đó các bạn sẽ có thêm cái nhìn tổng quan hơn về thiết bị này nhằm phục vụ cho việc công và công việc nhé.

Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên mình không kinh doanh mặt hàng này. Vui lòng không gọi điện, nhắn tin hỏi hàng. Xin cám ơn !

Cảm biến quang là gì ?

Như thường lệ thì trước khi vào nội dung chính chúng ta sẽ tìm hiểu sơ lược về dòng cảm biến này trước nhé. Cảm biến quang (tên tiếng anh là Photoelectric Sensor) là tổ hợp của các linh kiện quang điện. Thiết bị này khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái, cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể. Khi có sự thay đổi ở bộ phận thu thì mạch điều khiển của cảm biến quang sẽ cho ra tín hiệu ở ngõ OUT. Cảm biến quang là thiết bị đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa. Nếu không có cảm biến quang thì khó mà có được tự động hóa, giống như làm việc mà không nhìn được vậy.

Cấu tạo của cảm biến quang là gì ?

Thông thường thì với một cảm biến quang chúng ta sẽ có 3 bộ phận chính bao gồm bộ phận phát sáng, bộ phận thu sáng và mạch xử lý tín hiệu đầu ra. Các bạn có thể tham khảo hình ảnh bên dưới để có thể dễ dàng hình dung hơn.

Bộ phận thu sáng:

Thông thường so với một cảm biến quang thì bộ thu sáng là một phototransistor hay còn gọi là tranzito quang. Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và quy đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên sử dụng ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ). Mạch này tích hợp toàn bộ bộ phận quang, khuếch đại, mạch giải quyết và xử lý và công dụng vào một vi mạch ( IC ). Bộ phận thu hoàn toàn có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát ( như trường hợp của loại thu-phát ), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện ( trường hợp phản xạ khuếch tán ) .

Bộ phận phát sáng:

Hầu hết thì những loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng được phát ra thường sẽ theo dạng xung. Nhịp điệu xung đặc biệt quan trọng giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ những nguồn khác ( như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng ). Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc biệt quan trọng dùng LED trắng hoặc xanh lá. Ngoài ra thì trong 1 số ít trường hợp tất cả chúng ta cũng hoàn toàn có thể thấy loại LED vàng .

Mạch xử lý tín hiệu đầu ra:

Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ ( analogue ) từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được xác lập, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Mặc dù một số ít loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ-le ( relay ) vẫn khá thông dụng, ngày này những loại cảm biến đa phần dùng tín hiệu ra bán dẫn ( PNP / NPN ). Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra Giao hàng cho những ứng dụng đo đếm .

Có bao nhiêu loại cảm biến quang thông dụng:

Trên thị trường lúc bấy giờ có rất nhiều loại cảm biến quang khác nhau, tuy nhiên thì theo mình thấy chỉ có 3 loại là thuận tiện phát hiện nhất. Cụ thể đó là :

Cảm biến quang khuếch tán (diffuse reflection sensor):

Đặc điểm của cảm biến:

Thiết bị cảm biến quang phản xạ khuếch tán là loại cảm biến có bộ thu và phát chung. Thường được dùng để phát hiện những vật thể trên mạng lưới hệ thống máy móc tự động hóa. Giám sát những thiết bị đã được lắp đúng vị trí hay chưa. Đặc điểm điển hình nổi bật là bị ảnh hưởng tác động bởi mặt phẳng, sắc tố, khoảng cách tối đa 2 m. Các bạn hoàn toàn có thể thuận tiện phát hiện chúng trong những dây chuyền sản xuất sản xuất, đóng gói loại sản phẩm cũng như đếm những mẫu sản phẩm để cho vào một thùng hay bộ lô .

Nguyên lý hoạt động như sau :

Cảm biến dạng này sẽ hoạt động giải trí theo 2 trạng thái duy nhất đó là :

• Trạng thái báo phát hiện vật cản: cảm biến phát ánh liên tục từ bộ phát đến bề mặt vật cản. Ánh sáng phản xạ đi ngược về vị trí thu sáng

• Trạng thái không vật cản: Khi không có vật cản đi vào, ánh sáng không phản xạ về vị trí thu được hoặc bề mặt vật không phản xạ ánh sáng về vị trí thu.

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

Đặc điểm của cảm biến:

Loại cảm biến quang thu phát độc lập là cảm biến ánh sáng không phản xạ, để hoạt động giải trí được cần một con phát ánh sáng và một con thu ánh sáng lắp đối lập với nhau. Đặc điểm của dòng cảm biến này là không bị tác động ảnh hưởng bởi mặt phẳng, sắc tố, khoảng cách phát hiện đến 60 m .

Nguyên lý hoạt động như sau:

Loại cảm biến này cũng hoạt động giải trí theo 2 trạng thái duy nhất đó là :

• Trạng thái không có vật cản: cảm biến phát ánh sáng và cảm biến thu ánh sáng. Quá trình phát và thu ánh sáng liên tục với nhau

• Trạng thái có vật cản: cảm biến phát vẫn phát ánh sáng nhưng cảm biến thu ánh sáng không thu được ánh sáng (bị vật cản che chắn)

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

Đặc điểm của cảm biến:

Bộ cảm biến quang điện phản xạ gương là cảm biến có bộ phát ánh sáng và thu ánh sáng trên cùng một thiết bị. Gương phản xạ là một lăng kính đặc biệt quan trọng được trang bị kèm với cảm biến quang. Đặc điểm của dòng cảm biến này là lắp ráp thuận tiện, tiết kiệm chi phí dây dẫn, phát hiện được vật trong suốt, mờ, … khoảng cách tối đa 15 m

Nguyên lý hoạt động:

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

• Khi không có vật cản: thì gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng.

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

Ứng dụng của cảm biến quang ở đâu ?

Khi nói về ứng dụng của cảm biến quang thì sẽ có rất nhiều nơi và nguyên do để tất cả chúng ta sử dụng tới loại thiết bị này. Tuy nhiên như thế thì sẽ rất mất thời hạn, chính cho nên vì thế mà theo mình nghĩ mình sẽ liệt kê những ứng dụng tiêu biểu vượt trội một cách ngắn gọn thôi nhé. Chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng cảm biến quang trong một số ít ứng dụng như sau :

• Phát hiện người và vật đi qua cửa
• Phát hiện xe trong bãi giữ xe
• Phát hiện những nhãn bị thiếu trên chai
• Kiểm tra mẫu sản phẩm đi qua trong quy trình rửa, sơ chế, đóng gói, thành phẩm, …
• Kiểm tra đường đi của xe xe hơi, thực phẩm đóng hộp, nước đóng chai, … trên băng tải
• Xác định được mức độ cao của mực cafe, nước ngọt, chất lỏng, .. trong lon, hộp, …

• Đếm chai di chuyển trên băng tải tốc độ cao

  Xem thêm: Ý nghĩa các con số từ 00 đến 99 trong kết quả xổ số

• Đếm số lượng hoa quả để cho vào một thùng chứa
• Đảm bảo trấn áp bảo đảm an toàn khi mở và đóng cửa nhà xe
• Bật vòi nước rửa bằng sóng của bàn tay .
• Và còn rất nhiều ứng dụng khác nữa, …

Các thông số của cảm biến quang là gì ?

Thông thường thì với một cảm biến quang tất cả chúng ta sẽ có những thông số kỹ thuật cấu trúc cần chú ý quan tâm như sau :

• 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%)

• Ngõ ra: 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: 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

• 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 như thế nào ?

Các loại cảm biên quang tiêu chuẩn trên thị trường lúc bấy giờ sẽ thường có 2 năng lực chỉnh độ nhạy :

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

• Công tắc chuyển Light-On / Dark-On: công tắc L-On / D-On thay đổi tình trạng đầu ra cảm biến.

Ưu nhược điểm của cảm biến quang là gì ?

Cụ thể thì hầu hết những thiết bị điện tử nào cũng đều có những ưu và điểm yếu kém riêng cả, và cảm biến quang cũng là một trong số đó. Mình sẽ liệt kê 1 số ít ưu và điểm yếu kém của loại thiết bị này để những bạn hoàn toàn có thể xem xét trước khi chọn mua nhé .

Ưu điểm:

• Phát hiện vật thể từ khoảng cách xa lên tới 100 m mà không cần tiếp xúc với vật thể đó
• Ít bị hao mòn, tuổi thọ và độ đúng mực cao, tính không thay đổi khá cao
• Có thể phát hiện nhiều vật thể khác nhau
• Thời gian phân phối nhanh, hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng .

Nhược điểm:

• Cảm biến sẽ hoạt động giải trí không tốt nếu như mặt phẳng của nó bị bẩn, nhất là sử dụng tong những thiên nhiên và môi trường có nhiều bụi
• Khoảng cách nhận ra vật phụ thuộc vào nhiều về yếu tố sắc tố và thông số phản xạ của vật đó .

Có các hãng sản xuất cảm biến quang nào ?

Chúng ta sẽ có rất nhiều hãng sản xuất cảm biến quang khác nhau trên thị trường lúc bấy giờ. Mỗi hãng đều có những loại đặc trưng cho riêng mình, đơn cử theo mình tìm hiểu và khám phá được sẽ có những hãng như :

• Cảm biến quang Sick – Đức
• Cảm biến quang IFM – Đức
• Cảm biến quang Omron – Nhật Bản
• Cảm biến quang Panasonic – Nhật Bản
• Cảm biến quang Keyence – Nhật Bản
• Cảm biến quang Yamatake – Nhật Bản
• Cảm biến quang Sunx – Nhật Bản
• Cảm biến quang Autonics – Hàn
• Cảm biến quang Schneider – Pháp

Lời kết:

Trên đây là một số thông tin và kiến thức cơ bản về cảm biến quang là gi ?. Hy vọng nó sẽ cần thiết cho những bạn đang cần tìm hiểu, vì là kiến thức cá nhân và thu thập được trên các trang mạng nên không thể tránh khỏi sai sót, rất mong được sự đóng góp của các bạn để bài viết được hoàn hảo hơn.

Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên mình không kinh doanh mặt hàng này. Vui lòng không gọi điện, nhắn tin hỏi hàng. Xin cám ơn !

[ Total : 2 Average : 5/5 ]