Cảm biến quang là gì? Phân loại, ưu nhược điểm và ứng dụng

Có bao nhiêu loại cảm biến quang trên thị trường? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao, ứng dụng của nó như thế nào là những điều mà một số khách hàng thắc mắc đã gửi về cho chúng tôi.Vì đây là thiết bị được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp nên ThuyKhiDien quyết định dành riêng 1 bài viết về thiết bị này.

Cảm biến quang là gì?

Ở những bài viết trước, chúng tôi đã ra mắt nhiều thiết bị điện, tự động hóa thì nay sẽ mang đến kiến thức và kỹ năng có ích về cảm biến quang học .

Cảm biến quang tiếng anh là gì? Đó là Photoelectric Sensor. Nó không phải là một thiết bị riêng lẻ mà là 1 tổ hợp các linh kiện quang điện. Khi nó tiếp xúc với ánh sáng thì sẽ thay đổi trạng thái hoạt động. Đặc điểm của nó là sử dụng ánh sáng được phát ra từ bộ phận phát sáng của thiết bị để nhận biết sự xuất hiện của vật cản. Khi bộ phận thu sáng có sự thay đổi thì mạch của cảm biến sẽ xuất ra tín hiệu tại ngõ OUT.

Đối với dây chuyền sản xuất, mạng lưới hệ thống, máy móc sản xuất tự động hóa thì cảm biến quang có vai trò cực kỳ quan trọng để thiết lập chính sách thao tác bảo đảm an toàn, đúng mực, hiệu suất và hiệu suất cao .

Cấu tạo của cảm biến quang

Một Photoelectric Sensor có cấu trúc gồm 1 bộ phận thu sáng, phát sáng và mạch giải quyết và xử lý tín hiệu đầu ra .

Bộ phận thu sáng

Bộ phận thu sáng là phototransistor hay còn được gọi là tranzito quang. Bộ phận này có tính năng nhận ánh sáng và biển chuyển thành tín hiệu điện tỉ lệ .
Thông dụng nhất là những cảm biến quang sử dụng mạch tích hợp chuyên được dùng Application Specific Integrated Circuit hay gọi tắt là ASIC. Mạch này sẽ tích hợp những chi tiết cụ thể, bộ phận khuếch đại, bộ phận quang, mạch giải quyết và xử lý và những công dụng vào 1 vi mạch. Bộ phận thu sẽ nhận ánh sáng trực tiếp phát ra từ bộ phát so với loại thu phát hoặc ánh sáng được phản xạ từ vật so với loại khuếch tán .

Bộ phận phát sáng

Theo quan sát của chúng tôi thì hầu như các cảm biến quang có trên thị trường đều là loại sử dụng đèn bán dẫn LED nên ánh sáng sẽ phát ra theo dạng xung. Chính nhờ các nhịp xung này mà cảm biến sẽ phân biệt rõ ánh sáng từ phòng, từ ánh mặt trời và ánh sáng phát ra từ cảm biến. Ba loại LED thông dụng là: Led đỏ, Led lazer, Led hồng ngoại. Bên cạnh đó, trong 1 số trường hợp thì người ta có dùng Led xanh lá, trắng hoặc vàng.

Mạch xử lý tín hiệu đầu ra

Mạch giải quyết và xử lý tín hiệu đầu ra sẽ triển khai việc chuyển tín hiệu tỉ lệ analogue từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF và được khuếch đại. Khi mà lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng đã được thiết lập xác lập khởi đầu thì tín hiệu ra của cảm biến sẽ ngay lập tức được kích hoạt .
Nếu như trước đây người ta sử dụng cảm biến tích hợp mạch nguồn và có tín hiệu ra là tiếp để relay thì ngày này, do nhu yếu việc làm mà người ta chọn cảm biến tín hiệu ra bán dẫn NPN hay PNP. Riêng so với loại dùng để đếm hoặc đo vật thì cảm biến tín hiệu ra là tỉ lệ .

Thông số của cảm biến quang

Có 11 thông số kỹ thuật tương quan đến cảm biến quang học mà người mua cần chú ý quan tâm :
+ Điều chỉnh độ nhạy : Bằng biến trở kiểm soát và điều chỉnh .
+ Thuộc loại cảm biến nào : Phản xạ khuếch tán, phản xạ gương hay thu – phát .
+ Độ trễ : Thông thường lớn nhất 20 % so với phản xạ khuếch tán ( khoảng cách thiết lập định mức ) .
+ Nguồn cấp của thiết bị : Cảm biến hoàn toàn có thể sử dụng những nguồn 12 v, 24 v hay 220 v đơn cử là 24-240 VDC ± 10 % ( Ripple P-P : Max. 10 % ) hay là 12-24 VDC, 24-240 VAC ± 10 % 50/60 Hz .
+ Thời gian cung ứng : Tối đa 1 ms và tối thiểu 20 ms .
+ Ngõ ra : ngõ ra tiếp điểm relay 30VDC 3A hoặc 250VAC 3A tải thuần trở .
+ Chỉ thị hoạt động giải trí : Đèn led để thông tư sự hoạt động giải trí của cảm biến, đèn led xanh lá thì thông tư cho nguồn cấp và sự không thay đổi của nguồn .
+ Khoảng cách phát hiện : Đối với loại thu – phát thì 15 m, so với phản xạ khuếch tán khoảng chừng 700 m, so với phản xạ gương thì 0.1 – 0.3 m hoặc 0.1 – 0.5 m .
+ Nguồn sáng : Nguồn sáng của thiết bị hoàn toàn có thể đến từ đèn Led đỏ, đèn Led hồng ngoại loại 850 mm hoặc 940 mm .
+ Chế độ hoạt động giải trí : Người dùng hoàn toàn có thể chọn loại Dark on hoặc Light on ở công tắc nguồn .
+ Vật phát hiện : Thiết bị cảm biến quang phản xạ gương hoàn toàn có thể vật mờ đục phi 60 mm, vật mờ đục phi 15 mm so với cảm biến thu phát, còn loại phản xạ khuếch tán thì hoàn toàn có thể phát hiện vật mờ trong lẫn vật mờ đục .

Xem ngay: Cảm biến nhiệt độ là gì? Nguyên lý, phân loại và ứng dụng

Cảm biến quang có mấy loại?

Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến quang học nhưng chúng tôi chỉ ra mắt những thiết bị thông dụng nhất, thường gặp tại những nhà máy sản xuất, xưởng sản xuất hay thiết bị, máy móc đời sống .

Cảm biến quang điện thu phát độc lập (Through – Beam Sensor)

Cảm biến quang điện thu phát độc lập là loại cảm biến tiên phong được chúng tôi nhắc đến. Nó có tên tiếng anh là Through – Beam Sensor .

Đặc điểm

Ngoài tên gọi trên thì nó còn được gọi là cảm biến thu phát chung. Thực chất nó chính là cảm biến không phản xạ nên muốn thiết bị hoạt động giải trí được thì cần phải sắp xếp 1 con phát ánh sáng và 1 con thu ánh sáng đặt đối lập nhau. Người ta yêu thích sử dụng thiết bị này chính bới nó hoàn toàn có thể phát hiện ra vật ở khoảng cách 60 m, hoạt động giải trí đúng chuẩn, không bị chi phối, ảnh hưởng tác động bởi sắc tố và mặt phẳng .

Nguyên lý hoạt động

Khi cảm biến này hoạt động giải trí thì nó chỉ có hai trạng thái duy nhất, đó là :
+ Trạng thái không có vật cản : Hai cảm biến phát và thu sáng sẽ diễn ra liên tục với nhau .
+ Trạng thái khi có vật cản : Cảm biến phát sáng thì vẫn phát ra ánh sáng nhưng do có vật cản ở giữa nên cảm biến thu sẽ không thu được ánh sáng .

Cảm biến quang khuếch tán (Diffuse Reflection Sensor)

Đặc điểm

Điểm để phân biệt Photoelectric Sensor với những loại khác đó là có bộ thu và bộ phát chung. Chức năng chính của nó là phát hiện những vật thể trên những máy móc của mạng lưới hệ thống tự động hóa công nghiệp. Giúp người tinh chỉnh và điều khiển hoàn toàn có thể giám sát được vị trí của những thiết bị đã được lắp đúng hay chưa. Vì thế mà thiết bị này hoàn toàn có thể được dùng nhiều trong dây chuyền sản xuất đóng gói loại sản phẩm, sản xuất chi tiết cụ thể hay đếm số lượng vật để cho vào thùng hay đóng thành lô, bộ .
Tuy nhiên, khi sử dụng thiết bị này, người dùng cũng cần chú ý quan tâm bởi năng lực của nó chỉ số lượng giới hạn trong khoanh vùng phạm vi 2 m. Độ đúng mực của nó bị chi phối bởi những sắc tố cùng với mặt phẳng của vật .

Nguyên lý hoạt động

Cảm biến khuếch tán này cũng có 2 trạng thái thao tác duy nhất đó là :

+ Trạng thái không vật cản: Khi không có vật nào cản trở thì ánh sáng sẽ không được phản xạ về vị trí thu được hoặc bề mặt vật sẽ không phản xạ ánh sáng về vị trí thu.
+ Trạng thái phát hiện vật cản: Cảm biến phát sẽ phát ánh sáng liên tục vào bề mặt của vật cản nên ánh sáng phản xạ sẽ đi ngược về vị trí thu sáng.

Cảm biến quang phản xạ gương (Retro – Reflection Sensor)

Tên tiếng anh của nó là Retro – Reflection Sensor

Đặc điểm

So với những loại khác thì Retro – Reflection Sensor đặc biệt quan trọng hơn về cấu trúc khi có cả bộ phát ánh sáng và bộ thu ánh sáng. Trong cảm biến này thì gương phản xạ sẽ được trang bị kèm theo. Nó đóng vai trò là một lăng kính đặc biệt quan trọng. Ưu điểm điển hình nổi bật của nó chính là năng lực phát hiện được vật có định dạng mờ, trong suốt có khoảng cách tối đa là tầm 15 m, tiết kiệm ngân sách và chi phí dây dẫn điện và lắp ráp thuận tiện .

Nguyên lý hoạt động

Loại này hoạt động giải trí khi bộ phát ánh sáng sẽ phát ra ánh sáng đến gương. Lúc này sẽ xảy ra hai trường hợp đó là :
+ Không có bất kể vật cản nào Open thì gương sẽ thu lại hàng loạt ánh sáng .
+ Nếu có Open bất kể 1 vật cản hay vật đi qua thì tần số của ánh sáng phản xạ bị đổi khác hoặc bị biến mất đi ánh sáng thu. Các cảm biến sẽ xuất những tín hiệu điện NPN, PNP …

Cảm biến quang phát hiện màu (cảm biến màu sắc)

Loại cảm biến thứ 4 thông dụng đó là loại sắc tố. Giá rẻ hơn những 3 loại trên và được dùng nhiều trong xí nghiệp sản xuất lắp ráp .

Đặc điểm

Cảm biến màu là thiết bị có năng lực nhận ra được những sắc tố, dựa trên 3 màu cơ bản : Xanh lá, đỏ và xanh dương. Chúng ta cứ nghĩ sẽ phải thiết lập cảm biến để nhận những màu nhưng việc làm đó đã được những hãng triển khai xong .

Nguyên lý hoạt động

Người dùng chỉ cần cài đặt vài thông số đơn giản để cảm biến có thể nhận được màu. Nó cũng là một loại cảm biến thu phát chung. Hoạt động của nó tương đồng với loại cảm biến quang học phản xạ khuếch tán. Tuy nhiên, nó chỉ nhận đúng màu nó đã được cài đặt thì lúc này mới phát đi các tín hiệu PNP, NPN…

Xem thêm: Cảm biến sợi quang là gì? Phân loại và hãng sản xuất

Ưu nhược điểm Photoelectric Sensor

Không riêng gì những Photoelectric Sensor mà những thiết bị điện tử thì đều có ưu điểm yếu kém riêng mà những nhà khoa học cần phát huy thêm hoặc tìm hướng để khắc phục. Tìm hiểu ưu hay nhược sẽ giúp những người mua hoàn toàn có thể quyết định hành động đúng hơn khi chọn thiết bị để sử dụng .

Ưu điểm

+ Ít bị hao mòn sau một thời hạn sử dụng .
+ Khi đưa vào hoạt động giải trí thì có độ đúng mực, không thay đổi cao .
+ Có thể phát hiện những vật ở khoảng cách xa từ 100 m mà không tiếp xúc gần với vật .
+ Khả năng thiết bị hoàn toàn có thể phát hiện đồng thời nhiều vật .
+ Nó hoàn toàn có thể tùy chỉnh độ nhạy theo từng ứng dụng, thời hạn phản ứng cũng nhanh hơn .

Nhược điểm

Tuy nhiên, dù có nhiều ưu điểm điển hình nổi bật nhưng nó vẫn không tránh khỏi những điểm yếu kém như :
+ Khoảng cách nhận ra cũng như độ nhạy của thiết bị phụ thuộc vào nhiều vào 2 yếu tố là thông số phản xạ và sắc tố của vật .
+ Hiệu quả khi sử dụng thiết bị sẽ giảm đi nếu nó thao tác trong thiên nhiên và môi trường không được bảo vệ, bụi bặm bụi bờ quá nhiều cùng với lớp bụi dày bao trùm lên mặt phẳng thiết bị. Vì thế mà chúng tôi thường khuyên là khi dùng người mua nên vệ sinh định kỳ .

Ứng dụng của cảm biến quang

Nếu nói đến cảm biến quang thì chắc chắn để liệt kê ứng dụng cụ thể của nó thì khá là nhiều nên TKĐ sẽ tổng hợp những cái thông dụng và phổ biến nhất như:

+ Dùng để phát hiện con người, động vật hoang dã chuyển dời qua cửa và thông tin cho điều hành quản lý biết .
+ Trong sản xuất thực phẩm, nước giải khát thì thiết bị này hoàn toàn có thể phát hiện được vỏ chai đóng thiếu nhãn .
+ Phát hiện những xe xe hơi trong bãi giữ, tầng hầm dưới đất .
+ Photoelectric Sensor giúp kỹ sư điều hành quản lý hoàn toàn có thể biết được đường vận động và di chuyển của thực phẩm, nước đóng chai, đồ ăn đóng hộp, xe hơi trên băng tải .
+ Bật tắt vòi nước rửa tay khi dựa vào sóng của bàn tay .
+ Kiểm tra, trấn áp những loại sản phẩm đi qua tại khâu sơ chế, rửa hay đóng gói loại sản phẩm …
+ Đếm số lượng chai, hộp vận động và di chuyển trên băng tải với vận tốc cao .
+ Đảm bảo bảo đảm an toàn khi đóng và Open của xe tô tô, xe tải …
+ Xác định được mức độ cao của chất lỏng được chứa trong chai, lon như : Cà phê, dầu, sữa, nước ngọt .
+ Đếm số lượng hoa quả đã được cho vào thùng và trả hiệu quả đúng mực .

Cách điều chỉnh độ nhạy của cảm biến quang

Hiện nay có 2 cách kiểm soát và điều chỉnh độ nhạy thông dụng, đơn thuần đó là :
+ Sử dụng công tắc nguồn chuyển Dark on, Light on : Hai công tắc nguồn này sẽ làm biến hóa thực trạng đầu ra của cảm biến .
+ Cách thứ 2 đó là kiểm soát và điều chỉnh ngưỡng : Nếu nói kiểm soát và điều chỉnh mức ngưỡng thì sẽ khó hiểu hay nói đơn thuần là kiểm soát và điều chỉnh mức ánh sáng sao cho đủ để kích hoạt đầu ra. Khi thiết bị thu được ánh sáng bằng hay lớn hơn ngưỡng đã setup thì lúc này tín hiệu sẽ được xuất ra. Việc kiểm soát và điều chỉnh ngưỡng đồng nghĩa tương quan với việc giảm hoặc tăng khoảng cách để phát hiện, cũng giúp thiết bị hoàn toàn có thể phát hiện những vật định dạng trong mờ hoặc rất nhỏ .
Việc kiểm soát và điều chỉnh ngưỡng trong những Model hãng sẽ khác nhau : Nút đặt ngưỡng hoặc vặn vít kiểm soát và điều chỉnh ngưỡng .

Các hãng Photoelectric Sensor uy tín

Chỉ những Photoelectric Sensor chính hãng thì mới hoàn toàn có thể sử dụng lâu bền hơn và bảo vệ độ đúng mực cao. Mặc dù có nhiều loại nhưng những Photoelectric Sensor có nguồn gốc từ quốc gia Nhật Bản luôn được người mua tin cậy, lựa chọn như : Omron, Panasonic, Keyence .
Ngoài ra, người dùng hoàn toàn có thể tìm hiểu thêm những loại cảm biến khác đến từ Nước Hàn như : Autonic hay có nguồn gốc từ Đức như : IFM, Sick …

5/5 ( 1 bầu chọn )

Source: https://dvn.com.vn
Category: Phụ Kiện