Cảm biến quang là gì? Các loại cảm biến quang phổ biến

Cảm biến quang là một công nghệ quan trọng và phổ biến trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển. Với khả năng phát hiện, đo lường và xử lý các tín hiệu ánh sáng. Cảm biến quang đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát và định vị các đối tượng. Đồng thời, kiểm soát các quy trình và các sự kiện trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động, loại cảm biến quang và các tính năng của chúng. Mời bạn theo dõi bài viết dưới đây của chúng tôi. 

Khái niệm về cảm biến quang

Cảm biến quang là công nghệ mạnh mẽ cho phép phát hiện và đo lường các vật thể từ xa. Đồng thời, đo khoảng cách và tốc độ di chuyển của chúng. Điều này làm cho cảm biến quang trở thành một thành phần không thể thiếu trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa.

Với khả năng phát hiện và theo dõi các vật thể một cách chính xác và đáng tin cậy. Cảm biến quang đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát quy trình sản xuất. Đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Chúng có thể phát hiện sự hiện diện và vị trí của các vật thể. Giúp điều khiển các thiết bị và hệ thống tự động theo cách thông minh và linh hoạt.

Không chỉ giới hạn trong ngành công nghiệp, cảm biến quang cũng có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác như: giao thông, y tế, và an ninh. Chẳng hạn, trong giao thông, thiết bị được sử dụng để phát hiện và đếm các phương tiện giao thông. Dảm bảo thông suốt và an toàn giao thông. Trong lĩnh vực y tế, chúng có thể được áp dụng để đo lường và giám sát nhịp tim; nồng độ oxy trong máu. Hay trong các quá trình kiểm tra và xét nghiệm y tế.

Cấu tạo của cảm biến quang

Cảm biến quang được cấu tạo từ ba bộ phận chính. Bao gồm bộ thu ánh sáng, bộ phát ánh sáng và bộ phận mạch xử lý tín hiệu.

Bộ phận phát sáng

Bộ phận này có nhiệm vụ phát ra ánh sáng dạng xung và định vị cảm biến. Tần số ánh sáng phát ra được thiết kế khác nhau tùy thuộc vào từng nhà sản xuất. Bộ phận phát sáng này giúp phân biệt nguồn sáng từ cảm biến và các nguồn sáng khác trong môi trường.

Bộ phận thu ánh sáng

Bộ phận này nhận và thu nhận ánh sáng từ môi trường xung quanh. Sau đó, nó truyền tín hiệu ánh sáng đến bộ phận mạch xử lý để tiếp tục quá trình xử lý và phân tích.

Bộ phận mạch xử lý tín hiệu đầu ra

Bộ phận này nhận tín hiệu ánh sáng từ bộ phận thu và chuyển đổi nó thành chế độ ON/OFF. Hoặc tín hiệu tỉ lệ, tuỳ thuộc vào loại cảm biến. Khi mức ánh sáng vượt quá ngưỡng xác định, tín hiệu đầu ra của cảm biến được kích hoạt. Trong quá khứ, một số loại cảm biến quang tích hợp mạch nguồn và sử dụng tín hiệu ra dạng tiếp điểm rơ-le (relay). Đây là loại phổ biến. Tuy nhiên, ngày nay, các loại cảm biến này chủ yếu sử dụng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN). Một số cảm biến quang còn có tín hiệu tỉ lệ ra để phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.

>>> Bạn có thể tham khảo bài viết: Cảm biến nhiệt độ

Thông số đặc trưng của cảm biến quang

Khi lựa chọn các cảm biến quang hiện nay, có một số thông số đặc trưng quan trọng mà người dùng cần quan tâm. Dưới đây là một số thông số cần xem xét:

• Nguồn điện áp cung cấp: Cảm biến này thường được cung cấp với nguồn điện như 12-24VDC; 24-240VAC ±10% 50/60Hz, 24-240VDC ±10% (Ripple P-P: Tối đa 10%).
• Ngõ đầu ra: Có thể sử dụng tiếp điểm relay 30VDC 3A; 250VAC 3A với tải thuần trở, và cấu trúc tiếp điểm là 1c (1 chuyển).
• Phạm vi phát hiện: Phạm vi có thể là 15m đối với cảm biến thu-phát; 0.13m, 0.15m đối với phản xạ gương và 700mm đối với phản xạ khuếch tán.
• Độ trễ: Thường khoảng 20% của khoảng cách cài đặt định mức.
• Vật phát hiện chuẩn: Ví dụ, vật mờ đục đường kính 15mm đối với cảm biến thu-phát; đường kính 60mm với cảm biến phản xạ gương, và vật trong mờ đối với phản xạ khuếch tán.
• Nguồn sáng: Sử dụng các đèn LED hồng ngoại 940nm, 850nm và LED đỏ (660nm).
• Các chế độ hoạt động: Có thể lựa chọn chế độ Light ON (sáng bật) hoặc Dark ON (tối bật).
• Chỉ thị hoạt động: Có thể sử dụng đèn LED màu xanh lá cho chỉ thị nguồn (power), ổn định và đèn LED màu vàng cho chỉ thị hoạt động.
• Cơ chế điều chỉnh độ nhạy: Thường có thể điều chỉnh bằng biến trở.

Ưu và nhược điểm của cảm biến quang

Ưu điểm nổi bật

• Phát hiện vật thể từ xa: Có khả năng phát hiện vật thể từ xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể đó, với khoảng cách lên đến 100m.
• Độ bền cao: Thiết bị có khả năng hoạt động ổn định, ít bị hao mòn và đáng tin cậy. Nó cung cấp độ chính xác cao trong quá trình phát hiện và đo lường.
• Phát hiện đa dạng vật thể: Khả năng phát hiện đồng thời nhiều vật thể khác nhau, giúp ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa.
• Độ nhạy và thời gian đáp ứng: Có độ nhạy cao và có thể điều chỉnh, cung cấp thời gian đáp ứng tương đối nhanh chóng, đáp ứng nhanh với các biến đổi trong môi trường.

Điểm hạn của cảm biến quang

• Tính chống bụi chưa cao: Cảm biến quang có yếu tố chống bụi chưa cao, và hoạt động của nó có thể bị ảnh hưởng nếu bề mặt cảm biến bị bám bẩn.
• Ảnh hưởng của màu sắc và phản xạ ánh sáng: Một số cảm biến quang có thể bị ảnh hưởng bởi màu sắc và khả năng phản xạ ánh sáng của vật thể được phát hiện. Điều này có thể làm giảm độ chính xác và hiệu suất hoạt động của cảm biến quang.

Cảm biến quang có bao nhiêu loại?

Cảm biến quang thu phát độc lập

Cảm biến quang thu phát độc lập, còn được gọi là cảm biến thu phát chung. Là một loại cảm biến được sử dụng rộng rãi. Nó được cấu thành bởi hai thiết bị chính là: thiết bị phát ánh sáng và thiết bị thu ánh sáng, được đặt đối diện nhau. Loại cảm biến này được ưa chuộng vì khả năng phát hiện vật thể ở khoảng cách lên đến 60m. Có hoạt động chính xác và không bị ảnh hưởng bởi màu sắc và bề mặt của vật thể.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang thu phát độc lập rất đơn giản. Khi hoạt động, nó có hai trạng thái duy nhất: có vật cản và không có vật cản. Khi không có vật cản nằm giữa hai thiết bị, cảm biến phát ánh sáng. Cảm biến thu ánh sáng sẽ liên tục truyền tín hiệu với nhau. Tuy nhiên, khi có vật cản xuất hiện trong khoảng cách giữa hai thiết bị, cảm biến phát vẫn tiếp tục phát ánh sáng. Nhưng cảm biến thu không nhận được ánh sáng do vật cản che khuất. Điều này cho phép cảm biến xác định và nhận diện sự hiện diện của vật thể.

Cảm biến quang phản xạ gương

Cảm biến quang phản xạ gương (Retro-Reflection Sensor) là một loại cảm biến quang được trang bị: bộ phát ánh sáng; bộ thu ánh sáng và gương phản xạ. Gương phản xạ trong cảm biến có chức năng như một lăng kính đặc biệt. Loại cảm biến này có những ưu điểm nổi bật như: khả năng phát hiện các vật thể có bề mặt mờ. Hoặc trong suốt ở khoảng cách tối đa lên đến 15m. Tiết kiệm dây dẫn điện và dễ dàng lắp đặt.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của cảm biến phản xạ gương là khi bộ phát ánh sáng phát ra ánh sáng và chiếu lên gương. Nếu không có vật cản nào xuất hiện, gương sẽ phản xạ toàn bộ ánh sáng trở lại cảm biến. Tuy nhiên, nếu có vật cản hoặc vật thể đi qua, tần số. Hoặc lượng ánh sáng phản xạ sẽ bị thay đổi hoặc mất đi. Điều này cho phép cảm biến nhận biết sự hiện diện hoặc vật thể trong tầm phát hiện.

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán có chức năng chính là: phát hiện các vật thể trên các máy móc trong hệ thống tự động hóa công nghiệp. Nó giúp người điều khiển có thể giám sát vị trí của các thiết bị máy móc. Đảm bảo việc lắp đặt chính xác. Do đó, cảm biến này thường được sử dụng trong các dây chuyền đóng gói, quá trình sản xuất; đếm số lượng vật để đóng gói hoặc xếp thành lô, bộ.

Tuy nhiên, cảm biến quang phản xạ khuếch tán có phạm vi hoạt động khá hạn chế, chỉ khoảng 2m. Độ chính xác của cảm biến này cũng bị ảnh hưởng bởi màu sắc và bề mặt của vật.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của cảm biến khuếch tán tương tự như các loại cảm biến khác. Nó hoạt động trong hai trạng thái: có vật cản và không có vật cản. Khi có vật cản, cảm biến sẽ nhận thấy sự thay đổi trong ánh sáng phản xạ. Nó cho phép người sử dụng nhận biết sự hiện diện của vật thể.

Cảm biến quang phát hiện màu

Cảm biến quang phát hiện màu là một loại cảm biến có khả năng nhận biết các vật thể dựa trên màu sắc khi được thiết lập và lập trình trước cho thiết bị. Cảm biến này có hai chế độ hoạt động, bao gồm: chế độ phát hiện màu và chế độ phát hiện cả màu sắc và cường độ màu.

Các thiết bị cảm biến quang hiện nay đã được cải tiến để giảm thiểu tác động từ ánh sáng bên ngoài. Đảm bảo tính ổn định trong việc phát hiện màu. Nhờ vào các cải tiến này, cảm biến có khả năng phát hiện màu một cách đáng tin cậy và chính xác.

Khả năng ứng dụng của cảm biến quang

Ứng dụng của cảm biến quang rất đa dạng. Được sử dụng chủ yếu để phát hiện và đo lường các vật thể trong nhiều lĩnh vực công nghiệp tự động hóa và sản xuất. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của cảm biến quang:

• Đếm số lượng sản phẩm trên dây chuyền băng tải để kiểm soát quá trình sản xuất.
• Đo kích thước và độ dày của bề mặt vật thể để kiểm tra chất lượng. Và đảm bảo tiêu chuẩn sản xuất.
• Kiểm tra và phát hiện các sản phẩm lỗi, bị hỏng hoặc không đạt yêu cầu chất lượng.
• Nhận diện và đọc nhãn dán trên các bao bì, hộp sản phẩm. Đảm bảo đúng mã, thông tin hoặc nhãn hiệu.
• Giám sát an toàn trong việc mở và đóng cửa thang máy, nhà xe, hệ thống an ninh.
• Điều khiển tự động các thiết bị như vòi rửa xe, cửa, hệ thống đèn dựa trên sự phát hiện hoặc mất đi ánh sáng.
• Phát hiện người hoặc vật đi qua một khu vực cụ thể để kích hoạt các hệ thống báo động hoặc điều khiển.
• Kiểm tra vị trí và xác định đúng vị trí các chi tiết máy móc được lắp đặt trong quy trình sản xuất hoặc hệ thống tự động.

Một vài lưu ý khi mua cảm biến quang

Khi lựa chọn một thiết bị cảm biến quang phù hợp, người dùng cần chú ý đến những điểm sau đây:

• Quan tâm đến các thông số kỹ thuật: Người dùng cần xem xét các thông số kỹ thuật của thiết bị để đảm bảo phù hợp với nhu cầu thực tế của công việc. Điều này bao gồm khoảng cách phát hiện, tần số phản hồi, góc quét, độ phân giải và khả năng chống nhiễu.
• Độ chính xác và sai số: Người dùng cần kiểm tra độ chính xác và sai số của cảm biến. Lựa chọn cảm biến với sai số kỹ thuật trong mức cho phép để đảm bảo cung cấp thông tin chính xác và hiệu quả.
• Chất lượng sản phẩm: Chất lượng là một yếu tố quan trọng khi lựa chọn cảm biến. Hãy chọn cảm biến từ nhà cung cấp uy tín để đảm bảo độ bền và tuổi thọ sản phẩm cao, và khả năng làm việc hiệu quả trong các điều kiện môi trường cho phép. Tham khảo các địa chỉ cung cấp cảm biến uy tín trên thị trường để đảm bảo chất lượng và giá cả ổn định.
• Hỗ trợ kỹ thuật và dịch vụ sau bán hàng: Kiểm tra xem nhà cung cấp có cung cấp hỗ trợ kỹ thuật và dịch vụ sau bán hàng không. Điều này quan trọng để đảm bảo rằng bạn có sự hỗ trợ khi cần thiết và có thể giải quyết các vấn đề kỹ thuật nhanh chóng.
• Đánh giá và đánh giá từ người dùng khác: Nếu có thể, nên tìm hiểu ý kiến và đánh giá từ người dùng khác về các thiết bị cảm biến đã sử dụng. Điều này có thể cung cấp thông tin hữu ích về hiệu suất và đáng tin cậy của sản phẩm.

Hướng dẫn sử dụng cảm biến quang

Trong quá trình sử dụng cảm biến quang để đảm bảo hiệu suất và độ bền cao, người dùng nên lưu ý những điều sau:

Vị trí lắp đặt

Khi lắp đặt cảm biến, tránh đặt gần các nguồn nhiệt hoặc thiết bị phát nhiệt như máy lạnh, máy tính, động cơ điện, vì nhiệt độ có thể gây nhiễu và ảnh hưởng đến hoạt động chính xác của cảm biến. Ngoài ra, không nên lắp đặt cảm biến ngoài trời vì nó sẽ bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết.

Quy trình lắp đặt

Cảm biến quang cần được lắp đặt chắc chắn và tránh rung động để đảm bảo hoạt động ổn định. Đối với ứng dụng giám sát an ninh hoặc chống trộm, cần lắp đặt ở vị trí có phạm vi quét rộng và kín đáo, đảm bảo an toàn.

Tránh bức xạ mặt trời

Cảm biến quang thường có vỏ làm bằng nhựa, vì vậy không nên để ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào cảm biến, đặc biệt là vùng đo của nó. Ánh sáng mặt trời có thể tạo ra bức xạ hồng ngoại mạnh gây nhiễu cho cảm biến. Ngoài ra, không nên lắp đặt dây tín hiệu cảm biến chung với dây điện nguồn, vì dây điện nguồn có thể tạo ra nhiệt và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến kết quả đo của cảm biến.

Kiểm tra, bảo dưỡng thường xuyên

Nên kiểm tra định kỳ hoạt động của cảm biến, vệ sinh thiết bị để đảm bảo hoạt động trong điều kiện tốt nhất. Điều này giúp người dùng phát hiện sớm các sự cố và thực hiện các biện pháp bảo dưỡng cần thiết để duy trì hiệu suất và độ tin cậy của cảm biến.

Mong rằng với những chia sẻ trên có thể giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về sản phẩm. Với những ưu điểm của mình như độ chính xác cao, tốc độ phản ứng nhanh và khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt, cảm biến quang đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường hiệu suất và đảm bảo chất lượng trong các quy trình sản xuất và tự động hóa công nghiệp.

>>> Bạn có thể tham khảo thêm bài viết: Đối lưu là gì?