Bạn đã bao giờ thắc mắc về cảm biến quang là gì và ứng dụng của nó trong ngành công nghiệp chưa? Hãy khám phá cùng chúng tôi qua bài viết dưới đây để hiểu rõ hơn về công nghệ thú vị này và cách nó đang làm thay đổi bộ mặt của ngành công nghiệp hiện đại.
Mục lục bài viết
Cảm biến quang là gì?
Cảm biến quang, hay còn gọi là photoelectric sensor, là một thiết bị gồm nhiều linh kiện quang điện. Khi tiếp xúc với ánh sáng, thiết bị này sẽ thay đổi trạng thái và sử dụng ánh sáng từ bộ phát để phát hiện sự hiện diện của các vật thể. Khi có sự thay đổi tại bộ phận thu, mạch điều khiển của cảm biến sẽ phát ra tín hiệu. Trong ngành công nghiệp, cảm biến quang đóng vai trò thiết yếu trong việc tự động hóa các quá trình sản xuất, giúp máy móc có thể “nhìn thấy” và phản ứng theo.
Nguyên lý cảm biến quang
Cảm biến quang hoạt động dựa trên ba thành phần chính: bộ phát ánh sáng, bộ thu ánh sáng và bo mạch xử lý tín hiệu điện. Bộ phát ánh sáng gửi ra tia sáng được thiết kế để dễ dàng phân biệt với các nguồn sáng khác như ánh sáng tự nhiên hoặc từ bóng đèn. Ánh sáng này sau đó được bộ thu ánh sáng, hay còn gọi là phototransistor, tiếp nhận. Cuối cùng, mạch xử lý tín hiệu điện chuyển đổi tín hiệu nhận được thành tín hiệu ON/OFF, thường sử dụng các chuẩn như PNP hoặc NPN.
Cảm biến quang có cấu tạo như thế nào?
Một bộ cảm biến quang thông thường bao gồm ba thành phần chính: bộ phát sáng, bộ thu ánh sáng và mạch xử lý tín hiệu đầu ra. Để hiểu rõ hơn, bạn có thể xem hình ảnh minh họa bên dưới.
Bộ phận thu sáng
Trong cảm biến quang học, bộ thu ánh sáng thường là một phototransistor, thiết bị chuyển ánh sáng thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay, nhiều cảm biến quang học tích hợp mạch ASIC, kết hợp quang học, bộ khuếch đại, và mạch xử lý vào một IC duy nhất. Bộ thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát hoặc từ ánh sáng phản xạ của đối tượng, như trong cảm biến phản xạ khuếch tán.
Bộ phận phát sáng
Hầu hết cảm biến quang học sử dụng đèn LED bán dẫn để phát ánh sáng dạng xung, giúp phân biệt ánh sáng từ cảm biến với các nguồn sáng khác như ánh sáng mặt trời hay trong phòng. Các loại đèn LED thường được sử dụng bao gồm đèn LED đỏ, hồng ngoại, và laser, trong khi một số dây cảm biến đặc biệt có thể sử dụng đèn LED trắng hoặc xanh lá cây. Đôi khi, cũng có thể thấy đèn LED màu vàng trong các thiết kế cảm biến quang.
Mạch xử lý tín hiệu đầu ra
Mạch đầu ra của cảm biến quang chuyển đổi tín hiệu tương tự từ phototransistor thành tín hiệu bật/tắt khuếch đại. Cảm biến được kích hoạt khi lượng ánh sáng nhận được vượt qua mức ngưỡng định sẵn. Trong khi các cảm biến thế hệ trước thường sử dụng tiếp điểm rơle, các cảm biến hiện đại chủ yếu dùng tín hiệu đầu ra bán dẫn (PNP/NPN). Một số cảm biến còn cung cấp tín hiệu đầu ra tỷ lệ thuận cho các ứng dụng đo lường chính xác.
Cảm biến quang có mấy loại
Hiện nay, thị trường cung cấp bốn loại cảm biến quang chính, mỗi loại phục vụ cho các mục đích sử dụng khác nhau:
Cảm biến quang điện thu phát độc lập
Loại này không phản xạ và bao gồm một bộ phát và một bộ thu đối diện nhau. Nó không bị ảnh hưởng bởi màu sắc bề mặt và có thể phát hiện vật thể từ khoảng cách lên đến 60m.
Cảm biến quang phản xạ gương
Sử dụng một gương phản xạ để thu và phát ánh sáng trên cùng một thiết bị. Đặc điểm nổi bật là lắp đặt dễ dàng, tiết kiệm dây dẫn và có khả năng phát hiện vật thể trong suốt từ khoảng cách tối đa 15m.
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán
Gồm bộ phát và bộ thu chung, thường dùng để kiểm tra vị trí lắp đặt chính xác của thiết bị trên hệ thống máy móc. Tuy nhiên, thiết bị này dễ bị ảnh hưởng bởi bề mặt và màu sắc với khoảng cách phát hiện tối đa là 2m.
Cảm biến quang phát hiện màu sắc
Được lập trình sẵn để nhận biết màu sắc của các vật thể, giúp phân loại và xử lý chúng một cách chính xác.
Các thông số đặc trưng của cảm biến quang học
Khi sử dụng cảm biến quang, cần lưu ý các thông số sau:
- Loại cảm biến: Bộ thu phát, bộ phản xạ, bộ khuếch tán.
- Nguồn cung cấp: 12-24VDC, 24-240VAC ± 10% (50/60Hz), 24-240VDC ± 10% (Ripple P-P: Max. 10%).
- Đầu ra: Rơle 30VDC 3A, tải điện trở 250VAC 3A, cấu trúc tiếp điểm: 1c.
- Khoảng cách phát hiện: 15m (thu-phát); 0,1-5m (phản xạ đặc điểm); 700mm (phản xạ khuếch tán).
- Độ trễ: 20% khoảng cách cài đặt định mức (khuếch tán).
- Đối tượng phát hiện tiêu chuẩn: Ø15mm (thu-phát), Ø60mm (phản xạ đặc điểm), đối tượng đục – mờ (phản xạ khuếch tán).
- Nguồn sáng: LED hồng ngoại 940nm/850nm, LED đỏ 660nm.
- Chế độ hoạt động: Bật sáng hoặc bật Eparking (chọn qua công tắc).
- Chỉ báo: Đèn LED xanh lá (nguồn, độ ổn định), LED vàng (hoạt động).
- Thời gian đáp ứng: 1ms, 20ms.
- Điều chỉnh độ nhạy: Biến trở điều chỉnh.
Ưu nhược điểm của cảm biến quang
Cảm biến quang học mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng có những hạn chế cần lưu ý. Dưới đây là một số ưu và nhược điểm của thiết bị này để bạn tham khảo trước khi quyết định mua:
Ưu điểm
- Có khả năng phát hiện các đối tượng từ xa lên tới 100m mà không cần tiếp xúc trực tiếp.
- Ít bị hao mòn, có tuổi thọ cao, độ chính xác và độ ổn định cao.
- Có thể phát hiện nhiều loại đối tượng khác nhau.
- Thời gian phản hồi nhanh và độ nhạy có thể điều chỉnh theo yêu cầu của từng ứng dụng.
Nhược điểm
- Hiệu quả hoạt động giảm sút khi bề mặt cảm biến bị bẩn, đặc biệt trong môi trường bụi bặm.
- Khoảng cách phát hiện đối tượng bị ảnh hưởng bởi màu sắc và độ phản xạ của đối tượng.
Ứng dụng của cảm biến quang
Cảm biến quang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là công nghiệp tự động hóa và sản xuất, để phát hiện, đo lường các dạng vật thể khác nhau trong nhiều phạm vi khác nhau. Một số ứng dụng phổ biến của cảm biến quang bao gồm:
- Đếm số lượng sản phẩm trên dây chuyền băng tải.
- Đo kích thước, độ dày của bề mặt vật thể.
- Kiểm tra và phát hiện các sản phẩm lỗi.
- Nhận diện nhãn dán trên bao bì.
- Giám sát an toàn khi đóng – mở cửa thang máy, nhà xe,…
- Bật – tắt các thiết bị tự động như vòi rửa xe, cửa, hệ thống đèn,…
- Phát hiện người hoặc vật đi qua.
- Kiểm tra vị trí lắp đặt các chi tiết máy.
Như vậy, bài viết đã cung cấp những thông tin cần thiết về cảm biến quang, các loại cảm biến phổ biến trên thị trường hiện nay và những ứng dụng của chúng trong cuộc sống. eParking hy vọng rằng những kiến thức này sẽ giúp bạn nắm rõ hơn về thiết bị và biết cách ứng dụng nó một cách hiệu quả trong thực tế.
Xem thêm: