Cảm biến quang

Cảm biến quang là gì? Phân loại, Nguyên lý hoạt động và Ứng dụng

1. Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang còn được gọi là cảm biến mắt ảnh (photo eye sensors), là thiết bị phản ứng với những thay đổi về ánh sáng mà chúng phát ra và tạo ra tín hiệu đầu ra dựa trên những phản ứng này. 

Cảm biến quang
Cảm biến quang, Nguồn ảnh: Keyence

Chúng là một trong nhiều loại thiết bị quang điện, một họ sản phẩm cung cấp tín hiệu điện phản ứng với ánh sáng, cho dù đó là tia hồng ngoại, tia nhìn thấy được hay tia cực tím. Cảm biến ánh sáng quang điện được sử dụng trong một số ứng dụng tự động hóa bên trong và bên ngoài sản xuất để phát hiện các đối tượng, chuyển động, màu sắc và vị trí.

2. Nguyên lý hoạt động của Cảm biến quang

Cảm biến hoạt động thông qua việc phát hiện những thay đổi về ánh sáng mà chúng phát ra. Thông thường, ánh sáng tới được tạo ra bởi một bộ phát và cảm biến được căn chỉnh sao cho bất kỳ vật cản nào của ánh sáng sẽ kích hoạt sự thay đổi trong tín hiệu đầu ra của nó. 

Nguyên lý hoạt động cảm biến quang
Nguyên lý hoạt động cảm biến quang, Nguồn ảnh: Pepperl-Fuchs

Laser và điốt quang thường được sử dụng làm nguồn sáng trong hệ thống cảm biến quang điện. Các cảm biến cũng được hiệu chỉnh với bộ phát để giảm thiểu nhiễu hoặc nhầm lẫn do điều kiện môi trường gây ra; điều chế nguồn sáng cũng làm giảm các vấn đề tiềm ẩn do ánh sáng xung quanh gây ra.

Mặc dù có rất nhiều loại cảm biến có sẵn, nhưng về mặt hoạt động, chúng hoạt động dựa trên một trong hai nguyên tắc: ngắt chùm tia và phản xạ chùm tia. 

  • Những phản ứng đối với sự gián đoạn trong chùm tia sẽ kích hoạt khi một vật thể chặn hoặc chặn một phần chùm tia tới va chạm vào cảm biến. 
  • Các thiết bị quang điện phản ứng với phản xạ chùm tia có một bộ phát được định vị cùng với cảm biến; khi ánh sáng phát ra chạm vào một vật thể gần đó, nó sẽ bị phản xạ trở lại cảm biến, tạo ra tín hiệu. Mức độ ánh sáng phát hiện cũng có thể được sử dụng để xác định vị trí của đối tượng gần đó.

Các cảm biến trong thiết bị quang điện thường là tế bào quang dẫn, tế bào quang điện hoặc quang trở. Tế bào quang dẫn về cơ bản là điện trở giảm khi ánh sáng tăng lên, do đó ánh sáng sáng sẽ cho phép nhiều điện hơn đi qua nó. Tế bào quang điện thực sự tạo ra điện khi bị ánh sáng chiếu vào và cường độ phát ra của chúng thay đổi dựa trên cường độ của ánh sáng tới. Trong một phototransistor, dòng điện thay đổi dựa trên mức độ ánh sáng đi vào thiết bị.

3. Các loại cảm biến quang điện

Mặc dù cảm biến quang điện có nguyên lý hoạt động giống nhau, nhưng chúng hoạt động theo những cách hơi khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc của chúng, mang lại những ưu và nhược điểm riêng biệt. Có ba loại cảm biến quang điện chính: khuếch tán, phản xạ ngược và chùm xuyên qua.

3.1 Cảm biến quang điện khuếch tán:

Có bộ phát và bộ thu ánh sáng ở cùng một nơi. Khi có thứ gì đó đi qua trước các cảm biến này, nó sẽ phản xạ ánh sáng trở lại bộ thu và cảm biến cảnh báo hệ thống rằng có vật thể đã đi qua. 

Cảm biến quang khuyếch tán
Cảm biến quang khuyếch tán, Nguồn ảnh: Keyence

Các cảm biến này dễ lắp đặt nhất, mặc dù chúng có thể bị ảnh hưởng bởi màu sắc, kết cấu, bụi bẩn và các yếu tố khác. Chúng tốt để phát hiện nhiều đối tượng trong suốt và mờ, mức lấp đầy bên trong các thùng chứa, hướng của vật thể và các điều kiện không mong muốn.

3.2 Cảm biến quang điện phản xạ ngược

Có cấu trúc tương tự như máy khuếch tán, nhưng chúng dựa vào một tấm gương đối diện để phản xạ ánh sáng trở lại máy thu. Khi các vật thể đi qua giữa gương và cảm biến, cảm biến sẽ nhận thấy tín hiệu bị thiếu và cảnh báo cho hệ thống. 

Cảm biến quang phản xạ gương phát hiện vật thể trong suốt
Cảm biến quang phản xạ gương phát hiện vật thể trong suốt, Nguồn ảnh: BannerEnghineering

Loại này chính xác hơn cảm biến khuếch tán và dễ lắp đặt hơn cảm biến xuyên tia, những cảm biến này tốt cho các vật thể trong suốt, lớn và phản chiếu, cũng như các vật thể chuyển động nhanh.

3.3 Cảm biến quang điện xuyên tia

Có một bộ thu riêng biệt được đặt đối diện với bộ phát. Các cảm biến chỉ cảnh báo hệ thống khi có vật thể đi qua giữa bộ phát và bộ thu, làm gián đoạn tín hiệu. 

Cảm biến quang phát hiện vật thể khi vật thể cản chùm tia
Cảm biến quang phát hiện vật thể khi vật thể cản chùm tia

Những loại cảm biến này là chính xác nhất và tầm xa, và cũng hoạt động trong môi trường bẩn hơn, nhưng chúng yêu cầu lắp đặt riêng biệt hai bộ phận. Chúng rất tốt để phát hiện các vật thể nhỏ, mức lấp đầy trong thùng chứa, vật liệu chồng chéo và nối, cũng như khoảng cách chính xác.

4. Ứng dụng cảm biến quang điện

Cảm biến quang điện được sử dụng trong một loạt các hoạt động sản xuất tự động, vì chúng báo hiệu trạng thái hệ thống cho các đơn vị điều khiển. Chúng có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng sản phẩm, đếm và ghi các mặt hàng trên băng tải, báo hiệu các sự cố hệ thống và cho nhiều hoạt động tự động hóa khác, khiến chúng trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp như sản xuất, in ấn, thực phẩm và xử lý vật liệu.

Cảm biến quang phát hiện vật thể bằng chùm tia phản xạ
Cảm biến quang phát hiện vật thể bằng chùm tia phản xạ

Các ứng dụng sản xuất sử dụng cảm biến quang điện để điều chỉnh tốc độ của sản phẩm trên dây chuyền, đảm bảo không có bộ phận nào chồng chất lên nhau trong quá trình lắp ráp. Chúng cũng có thể được sử dụng để phát hiện các khuyết tật trong sản phẩm do đặc tính của ánh sáng truyền qua hoặc phản xạ từ chúng, đếm các vật phẩm nhỏ thoát ra từ băng tải hoặc kiểm tra để đảm bảo sản phẩm không bị thiếu trong dây chuyền. 

Nhiều cảm biến có thể định vị khoảng cách hoặc phát hiện màu sắc, một đặc tính tiện dụng cho ngành in ấn và đóng gói. Hậu cần và xử lý vật liệu sử dụng các cảm biến này để theo dõi các đối tượng đang vận chuyển trong nhà kho. Chúng cũng được sử dụng trong các máy gắp và xe tải bằng robot để cảm nhận sản phẩm, cũng như cảm nhận các vật thể xung quanh mà chúng có thể va phải. 

Các ứng dụng giải trí bao gồm theo dõi ô tô và toa tàu trong các chuyến đi công viên giải trí, và cảm biến quang điện thực phẩm và đồ uống theo dõi bao bì để đảm bảo những thứ như vỏ chai được phân phối vào thời điểm thích hợp để tránh bỏ sót chai. Ngoài ra, cửa và cổng tự động sử dụng cảm biến quang điện để biết khi nào cần mở, kể cả trên xe buýt và thang máy.

Ứng dụng cảm biến quang trên cửa tàu điện
Ứng dụng cảm biến quang trên cửa tàu điện, Nguồn ảnh: Sick

5. Phần kết luận

Chúng tôi hy vọng hướng dẫn này đã cung cấp cho bạn kiến ​​thức cơ bản về cảm biến quang điện tử, nhưng đây chỉ là một trong nhiều loại cảm biến được trang bị cho các ứng dụng và ngành công nghiệp khác nhau. Nếu bạn muốn tìm hiểu, bạn có thể đọc thêm về các loại cảm biến trong các bài viết sau.


Cảm ơn Bạn đã đọc bài chia sẻ

Chúc Bạn thành công!

Tâm Mr. – admin

Bài viết cùng chuyên mục:

  1. Các loại Cảm biến nhiệt độ trong công nghiệp – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
  2. Cảm Biến Hồng Ngoại là gì? Nguyên lý hoạt động, Các câu hỏi thường gặp
  3. Cảm biến áp suất là gì? Các công nghệ chế tạo và Nguyên lý hoạt động
  4. Load Cell là gì? Phân loại và nguyên lý hoạt động của Load Cell
  5. Bộ điều khiển nhiệt độ, Cẩm nang toàn tập

Thư viện bài viết:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *