Cảm biến thường được sử dụng để phát hiện các vật thể lạ. Loại cảm biến quang thường ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất tự động hóa. Thế nên, hiện nay, chúng dùng khá phổ biến trên thị trường. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cung cấp cho các bạn những kiến thức liên quan đến cảm biến quang thu phát độc lập và những loại cảm biến quang điện khác. Từ đó, bạn sẽ có thêm những cái nhìn tổng quan về thiết bị này.

Thế nào là cảm biến quang điện?

Cảm biến quang điện là một thiết bị có chức năng phát ra chùm tia sáng với tần số chiếu vào vật thể đang cần phát hiện. Khi vật thể di chuyển qua, ánh sáng sẽ ảnh hưởng đến tần số của bộ thu sáng. Từ sự thay đổi này, cảm biến sẽ được biến đổi thành tín hiệu điện, nhờ những hiện tượng phát xạ điện tử từ cực catot (Cathode) cho lượng ánh sáng chiếu vào.

Khả năng hoạt động của cảm biến quang điện như thế nào?Trong cấu tạo của cảm biến quang điện gồm có 3 phần cơ bản sau:

• Bộ phát sáng
• Bộ thu sáng
• Bo mạch xử lý các tín hiệu điện

Chức năng của mỗi bộ phận như sau:

– Bộ phát ánh sáng: thực hiện nhiệm vụ phát ra ánh sáng dạng xung (tần số). Tần số này sẽ được thiết kế với phương pháp đặc biệt để có thể phân biệt được bộ thu ánh sáng từ cảm biến và ánh sáng từ những nguồn khác ở bên ngoài như ánh sáng tự nhiên (ban ngày) hay ánh sáng nhân tạo (bóng đèn)…

Cảm biến quang điện có phát ra chùm tia sáng

– Bộ thu ánh sáng : có chức năng tiếp nhận ánh sáng từ bộ phận phát sáng. Bộ phận này được gọi là phototransistor (tranzito quang). Nó có nhiệm vụ cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi nguồn sáng thành tín hiệu điện theo tỉ lệ.

Hiện nay, các loại cảm biến quang sử dụng khi mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng là ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Nguồn mạch này được tích hợp với tất cả bộ phận quang, mạch xử lý, khuếch đại và chức năng vào một vi mạch (IC).

Bộ phận thu ánh sáng này có thể nhận trực tiếp ánh sáng từ bộ phát hoặc ánh sáng phản xạ từ vật bị phát hiện.

– Mạch xử lý tín hiệu điện: trong quá trình tiếp nhận tín hiệu điện từ bộ thu ánh sáng. Mạch điện tử sẽ chuyển tín hiệu theo tỉ lệ (analogue), từ tranzito quang thành ON / OFF được khuếch đại. Loại tín hiệu ở ngõ ra thường sử dụng nhất là NPN, PNP,…

Thông tin cảm biến quang thu phát độc lập và một số loại cảm biến quang điện khác

Cảm biến quang thu phát độc lập là loại cảm biến ánh sáng không phản xạ. Cấu tạo cảm biến quang thu phát độc lập này lắp đặt đối diện nhau, muốn hoạt động được cần một bộ phát sáng và một bộ thu sáng.

• Đặc điểm của cảm biến không bị ảnh hưởng từ bề mặt, màu sắc và khoảng cách phát hiện vật lạ đến 60m.

• Nguyên lý cảm biến quang thu phát độc lập hoạt động dựa vào:

– Trạng thái có vật cản: cảm biến quang thu phát độc lập omron vẫn phát sáng. Thế nhưng, cảm biến thu sáng không thu được nguồn ánh sáng như mong muốn mà bị vật cản che chắn.

– Trạng thái không có vật cản: cảm biến phát sáng và cảm biến thu sáng hoạt động liên tục với nhau.

• Ứng dụng của cảm biến quang điện thu phát độc lập:

Loại cảm biến này ra đời nhằm đáp ứng được hoạt động từ các môi trường có tính chất phản xạ ánh sáng cao hay trên bề mặt hấp thụ ánh sáng… không sử dụng đến cảm biến thu phát chung.

Sơ đồ cảm biến quang thu phát độc lập

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

• Đặc điểm bộ cảm biến quang phản xạ gương

Đây là cảm biến có bộ phát sáng và thu sáng ở trên cùng một thiết bị. Gương phản xạ là lăng kính, được trang bị cùng với cảm biến quang.

Đặc điểm của dòng cảm biến quang phản xạ gương lắp đặt có khoảng cách phát hiện được vật trong suốt, mờ… tối đa 15m rất thuận tiện, tiết kiệm dây dẫn.

• Nguyên lý hoạt động:

Khi hoạt động, bộ phát ánh sáng của cảm biến sẽ phát ra nguồn sáng đến gương với 2 trường hợp sau:

– Không có vật cản: lúc này gương sẽ phản xạ lại bộ thu sáng.

– Có vật cản đi qua: tần số của ánh sáng phản xạ hoặc mất ánh sáng thu sẽ bị thay đổi. Khi đó, cảm biến sẽ phát ra tín hiệu điện PNP, NPN,…

• Sơ đồ cảm biến quang

Sơ đồ cảm biến quang phản xạ gương

Cảm biến quang phát hiện màu

• Đặc điểm cảm biến quang phát hiện màu

Đây là cảm biến có khả năng nhận dạng màu sắc. Khi chế tạo, nhà sản xuất đã lập trình sẵn, người dùng chỉ việc cài đặt ở chế độ phù hợp, cho cảm biến nhận dạng màu trước lúc làm việc.

• Nguyên lý vận hành cảm biến màu sắc

Cảm biến quang phát hiện là loại cảm biến quang thu phát chung. Nó vận hành tương tự như dòng cảm biến quang phản xạ khuếch tán. Nhưng đối với cảm biến này chỉ nhận đúng màu đã được lọc rồi mới phát tín hiệu điện NPN, PNP…

Sơ đồ cảm biến quang phát hiện màu

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán

• Đặc điểm của cảm biến quang phản xạ khuếch tán

Chúng có sự ảnh hưởng từ bề mặt, màu sắc, phát hiện vật với khoảng cách tối đa là 2m.

• Nguyên lý hoạt động:

– Khi phát hiện vật cản: hoạt động liên tục từ bộ phát tới bề mặt của vật cản. Ánh sáng phản xạ sẽ di chuyển ngược về vị trí thu sáng.

– Khi không có vật cản: ánh sáng không phản xạ về vị trí thu hay trên bề mặt của vật không phản xạ ánh sáng tới vị trí thu.

• Ứng dụng ứng dụng cảm biến quang phản xạ khuếch tán

Thiết bị cảm biến này được sử dụng để phát hiện các vật thể ở trên cùng một hệ thống máy móc tự động, với chức năng giám sát quy trình lắp đặt của các loại máy.

Sơ đồ cảm biến quang phản xạ khuếch tán

Hướng dẫn cách đấu dây cảm biến quang

Để nối dây cảm biến quang chính xác, đầu tiên bạn cần kiểm tra điện áp rơ le 220V hay VDC + VAC.

Trường hợp 220V thì rơle sẽ không tự ngắt được. Đối với nguồn điện 24V hoặc 12V thì bạn cần quan sát chỉ số đóng tối thiểu của rơ le, để có sự điều chỉnh phù hợp.

Cách đấu dây cảm biến quang hiện có nhiều loại khác nhau như PNP, NPN, AC/DC… Song mỗi bộ cảm biến có các thông số và phương thức cài đặt khác nhau.

Do đó, bạn cần kiểm rơ le trước khi thực hiện đấu nối. Bởi nếu không kiểm tra kỹ thì có thể làm hỏng đến dây cảm biến quang.

Hy vọng cảm biến quang thu phát độc lập và những loại cảm biến khác luôn được ứng dụng trong các hệ thống dây chuyền sản xuất, cùng các thiết bị quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa.