Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang có tên tiếng anh là Photoelectric Sensor và tổ hợp của các linh kiện quang điện. Thiết bị này khi tiếp xúc với ánh sáng thì chúng sẽ thay đổi trạng thái và 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 cảm biến quang sẽ phát ra tín hiệu ở ngõ OUT.

Ngày nay, cảm biến quang là thiết bị quan trọng đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa. Nếu không có cảm biến quang thì khó có thể thực hiện các công việc một cách tự động hóa. Nó giống như làm việc mà không nhìn được vậy.

Cấu tạo của cảm biến quang điện

Một cảm biến quang thường có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính là bộ phận thu sáng, phát sáng và mạch xử lý tín hiệu đầu ra.

Bộ phận thu sáng

Bộ phận thu sáng có tác dụng cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ. Bộ phận này có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát hoặc là ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện.

Hầu hết các loại cảm biến quang hiện nay đều sử dụng loại mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC – mạch này có tích hợp tất cả các bộ phận khuếch đại, quang, mạch xử lý, vi mạch IC.

Bộ phận phát sáng

Hầu hết các loại cảm biến quang thường sử dụng các loại đèn LED bán dẫn và ánh sáng được phát ra thường theo dạng xung. Nhịp điệu xung đặc biệt có tác dụng phân biệt được ánh sáng từ cảm biến hay ánh sáng từ những nguồn khác.

Các loại LED thông dụng là LED hồng ngoại, LED laser, LED đỏ. Một số dòng cảm biến đặc biệt sẽ dùng LED xanh lá, LED trắng hoặc là LED vàng.

Mạch xử lý tín hiệu đầu ra

Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá ngưỡng được xác định thì mạch xử lý tín hiệu đầu ra sẽ được kích hoạt. Hiện nay, người ta thường dùng một số loại cảm biến dùng tín hiệu ra là rơ le hoặc là tín hiệu ra bán dẫn PNP/NPN.

Các loại cảm biến quang thông dụng

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến quang khác nhau. Nhưng có 3 loại cảm biến quang là bạn có thể dễ dàng bắt gặp và được sử dụng phổ biến.

Cảm biến quang khuếch tán

Cảm biến quang khuếch tán là loại cảm biến có bộ thu và bộ phát chung. Nó thường được sử dụng để phát hiện những vật thể trên hệ thống máy móc tự động. Đồng thời, giám sát các thiết bị đã được lắp đặt đúng vị trí hay chưa.

Các bạn có thể bắt gặp loại cảm biến này trong các dây chuyền đóng gói, sản xuất hay đếm các sản phẩm cho vào thùng hay bộ lô. Cách thức hoạt động của bộ cảm biến này như sau:

• Trạng thái báo phát hiện vật cản: Cảm biến sẽ phát ánh sáng liên tục từ bộ phát tới bề mặt của vật cản. Và ánh sáng phản xạ sẽ đi ngược về vị trí thu sáng.
• Trạng thái không vật cản: Khi không có vật cản đi vào thì ánh sáng không phản xạ về bề mặt hay vị trí vật về vị trí thu.

Cảm biến quang thu phát

Đây là loại cảm biến quang thu phát độc lập, cảm biến ánh sáng không phản xạ. Để loại cảm biến này hoạt động thì cần có một con phát và một con thu ánh sáng lắp đối diện với nhau. Đặc điểm của dòng cảm biến này là không bị ảnh hưởng quá nhiều bởi màu sắc, bề mặt hay khoảng cách phát hiện tới 60m.

Cách thức hoạt động của loại cảm biến này như sau:

• Trạng thái không có vật cản: Cảm biến phát và thu ánh sáng, quá trình phát và thu ánh sáng sẽ liên tục với nhau
• Trạng thái có vật cản: Cảm biến phát vẫn có chức năng phát ánh sáng, nhưng cảm biến thu ánh sáng lại không thu được ánh sáng mà bị vật cản che chắn.

Cảm biến quang phản xạ gương

Cảm biến quang phản xạ gương là loại cảm biến có bộ thu và phát ánh sáng trên cùng một thiết bị. Và gương phản xạ chính là lăng kính đặc biệt dùng để trang bị kèm với cảm biến quang.

Việc lắp đặt bộ cảm biến này rất thuận tiện, và nó có thể phát hiện được vật trong suốt, mờ với khoảng cách tối đa là 15m. Bộ cảm biến phản xạ gương này hoạt động như sau:

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

Cảm biến quang dùng để làm gì?

Khi đã hiểu rõ về cảm biến quang là gì thì nhiều người thường thắc mắc không biết thiết bị này thường được sử dụng để làm gì? – Hiện nay, có rất nhiều nơi sử dụng cảm biến quang để:

• Phát hiện xe trong bãi giữ xe
• Phát hiện vật và người đi qua cửa
• Phát hiện nhãn dán bị thiếu trên chai
• Kiểm tra các sản phẩm đi qua trong quá trình làm sạch, sơ chế, đóng gói và thành phẩm,…
• Xác định được độ cao của mực chất lỏng, nước ngọt, cà phê,… trong hộp, chai, lọ,…
• Kiểm tra đường đi của nước đóng chai hay thực phẩm đóng hộp trên băng tải
• Đếm chai di chuyển trên băng tải tốc độ cao, hay đếm số lượng hoa quả để cho vào 1 thùng chứa
• Đảm bảo kiểm soát an toàn khi đóng và mở cửa nhà xe.
• Bật vòi nước rửa bằng sóng của bàn tay
• Nhiều ứng dụng khác nữa,…

Ưu nhược điểm khi sử dụng bộ cảm biến quang điện

Hầu hết thiết bị điện tử nào cũng sẽ có ưu nhược điểm riêng và cảm biến quang cũng là một trong những số đó. Dưới đây là một số ưu nhược điểm của loại thiết bị này các bạn có thể cân nhắc trước khi chọn mua.

Ưu điểm

• Có thể phát hiện vật thể từ khoảng cách xa tới 100m mà không cần phải tiếp xúc với vật thể đó
• Ít bị hao mòn, tính ổn định và độ chính xác cao, độ bền ấn tượng
• Có thể phát hiện nhiều vật thể khác nhau
• Thời gian đáp ứng nhanh và có thể điều chỉnh được độ nhạy theo ứng dụng.

Nhược điểm

• Nếu như bề mặt bị bẩn, đặc biệt là những môi trường có nhiều bụi bẩn thì cảm biến sẽ hoạt động kém hiệu quả hơn
• Khoảng cách nhận biết vật còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như hệ số phản xạ hay màu sắc của vật đó.

Hướng dẫn cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến

Hiện nay, các loại cảm biến quang thông dụng trên thị trường đều có 2 cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến bằng cách sau:

Điều chỉnh ngưỡng

Điều chỉnh ngưỡng hay còn gọi là mức ánh sáng đủ để kích hoạt đầu ra của bộ cảm biến. Khi ánh sáng thu được lớn hơn bằng với mức ngưỡng thì sẽ có tín hiệu xuất ra.

Thực tế, khi thay đổi ngưỡng sẽ dẫn tới tình trạng giảm hoặc tăng khoảng cách phát hiện.

Bên cạnh đó, việc chỉnh ngưỡng cũng giúp cảm biến nhạy hơn , phát hiện được vật trong mờ hoặc những vật nhỏ hơn.

Công tắc chuyển Light-On / Dark-On

Công tắc chuyển Light-On / Dark-On có tác dụng thay đổi tình trạng đầu ra của bộ cảm biến quang điện.

Với những thông tin và kiến thức mà mobitool.net chia sẻ đã giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về cảm biến quang là gì, cũng như tác dụng của các loại cảm biến quang. Hy vọng nó sẽ giúp ích cho những bạn đang cần tìm hiểu, và do đây là kiến thức cá nhân tổng hợp nên không thể tránh khỏi sai sót, rất mong có được sự góp ý của các bạn để bài viết trở nên hoàn hảo hơn.

Xem thêm:

• Lực ma sát là gì? Lực ma sát có tác dụng gì?
• Nguồn xung là gì? sơ đồ nguyên lý mạch nguồn xung
• Điện từ trường là gì? Những điều cần biết về điện từ trường
• Cảm biến hồng ngoại là gì? Nguyên lý của cảm biến hồng ngoại
• Cuộn cảm là gì? Cấu tạo và ứng dụng của cuộn cảm