Cảm biến quang là gì? Có bao nhiêu loại? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Được ứng dụng trong những lĩnh vực nào? Sau đây Amazen sẽ bật mí lời giải đáp cho những câu hỏi này. Thông tin mà chúng tôi cung cấp chắc chắn sẽ giúp bạn có được cái nhìn tổng quan nhất về cảm biến quang - loại thiết bị điện tử đang đóng vai trò vô cùng quan trọng trong cả công nghiệp và dân dụng.
1/ Cảm biến quang là gì?
Cảm biến quang là tổ hợp các linh kiện quang điện khi tiếp xúc với ánh sáng sẽ thay đổi trạng thái hoạt động. Chúng được dùng chủ yếu để phát hiện vật cản hoặc phát hiện màu. Loại cảm biến này phát ra một tia sáng, trong trường hợp tia sáng bị che khuất bởi vật thể, cảm biến sẽ phát ra tín hiệu để báo về trung tâm điều khiển.
Cảm biến quang điện (Photoelectric Sensor) còn được gọi với một các tên thông dụng khác là "mắt thần". Chúng đóng vai trò như cặp mắt và là thành phần thiết yếu của dây chuyền sản xuất tự động. Thiếu cảm biến quang thì khó mà có được tự động hóa, bởi chẳng khác nào việc lao động mà không thể nhìn thấy. Cảm biến quang là gì?
2/ Cấu tạo của cảm biến quang
Một cảm biến quang điện thông thường sẽ gồm có 3 bộ phận chính:
- - Bộ phận phát sáng
- - Bộ phận thu sáng
- - Mạch xử lý tín hiệu đầu ra
- Hãy cùng tìm hiểu từng bộ phận sẽ đảm nhận vai trò gì?
-
-
Bộ phận phát sáng
Bộ phận này có vai trò phát ra ánh sáng dạng xung (Tần số) từ đèn LED bán dẫn. Nhịp xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt giữa ánh sáng của nó phát ra với ánh sáng từ nguồn khác (ánh sáng tự nhiên, bóng đèn, ...). LED bán dẫn của bộ phận phát sáng thường gặp nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại và LED lazer. Ngoài ra còn có LED trắng, xanh lá hoặc vàng nhưng chỉ ứng dụng cho một số dòng cảm biến quang điện đặc biệt.
Bộ phận thu sáng
Bộ phận thu sáng sẽ cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ (analogue). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (đối với cảm biến quang thu phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (đối với cảm biến quang phản xạ khuếch tán). Bộ phận này thường được gọi là một phototransistor hay tranzito quang.
Mạch xử lý tín hiệu đầu ra
Mạch điện tử chuyển tín hiệu tỷ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại khi tiếp nhận tín hiệu từ bộ thu ánh sáng. Tín hiệu ngõ ra thường dùng phổ biến nhất là tín hiệu ra bán dẫn (NPN, PNP).
3/ Có bao nhiêu loại cảm biến quang?
Cảm biến quang tùy theo ứng dụng được chia thành nhiều loại, nhưng theo cá nhân tôi đánh giá thì chỉ 3 loại sau đây là được sử dụng phổ biến và hữu dụng nhất.
Cảm biến quang thu phát (through - beam sensor)
Đặc điểm:
Bộ cảm biến quang thu phát là loại cảm biến ánh sáng không xảy ra phản xạ. Chúng hoạt động được chỉ khi có một con phát ánh sáng và một con thu ánh sáng lắp đối diện nhau.
Nguyên lý hoạt động:
Hoạt động theo 2 trạng thái:
- - Trạng thái không có vật cản: Cảm biến phát ánh sáng và thu ánh sáng. Quá trình phát & thu hoàn toàn liên tục với nhau.
- - Trạng thái có vật cản: Cảm biến phát vẫn phát ra ánh sáng nhưng ánh sáng này bị che khuất bởi vật cản và không thể tới được cảm biến thu.
-
Ưu điểm:
- - Không bị nhiễu trong các môi trường có tính chất phản xạ ánh sáng cao hoặc bởi bề mặt hấp thụ ánh sáng.
- - Sử dụng cho vật thể màu sắc khác nhau
- - Khoảng cách phát hiện lớn (tối đa lên đến 60m)
-
Cảm biến quang phản xạ gương (retro - reflection sensor)
Đặc điểm:
Thiết bị cảm biến quang phản xạ gương có bộ phát và bộ thu ánh sáng nằm trên cùng một thiết bị. Gương phản xạ đi kèm với bộ cảm biến quang và là một lăng kính đặc biệt.
Nguyên lý hoạt động:
Bộ phát ánh sáng sẽ phát tia sáng tới gương. Sau đó bộ cảm biến quang này sẽ hoạt động theo 2 trạng thái:
- Trạng thái không có vật cản: Gương sẽ phản xạ ánh sáng lại bộ thu ánh sáng
- Trạng thái có vật cản: Vật cản đi qua làm thay đổi tần số ánh sáng phản xạ hoặc làm che khuất luôn ánh sáng thu. Lúc đó, cảm biến xuất tín hiệu ra bán dẫn (PNP, NPN).
Ưu điểm:
- - Vô cùng thuận tiện trong lắp đặt đồng thời tiết kiệm dây dẫn
- - Có khả năng phát hiện vật trong suốt, mờ
- - Khoảng cách phát hiện lớn (tối đa là 15m)
-
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán (diffuse reflection sensor)
Đặc điểm:
Cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán có máy phát và máy thu nằm trong cùng một vỏ. Ánh sáng truyền qua bị phản xạ bởi đối tượng được phát hiện. Loại phản xạ khuếch tán được sử dụng rộng rãi để đếm sản phẩm/phân loại sản phẩm dây chuyền sản xuất. Chúng có một nhược điểm là dễ bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và khoảng cách ngắn (chỉ tối đa là 2m).
Nguyên lý hoạt động:
Bộ phát phát ra ánh sáng một cách liên tục và sau đó hoạt động theo 2 trạng thái:
- Trạng thái không có vật cản: Ánh sáng không phản xạ về vị trí thu hoặc bề mặt vật không phản xạ ánh sáng về vị trí thu.
- Trạng thái có vật cản: Ánh sáng phản xạ đi ngược về vị trí thu sáng.
Ưu điểm:
Cường độ ánh sáng khuếch tán tại bộ thu đóng vai trò là điều kiện chuyển mạch. Bất kể cài đặt độ nhạy nào, phần phía sau luôn phản ánh tốt hơn phần phía trước.
So sánh tổng quan giữa các loại cảm biến quang
| Loại cảm biến quang | Ưu điểm | Nhược điểm |
Thu phát | - Chính xác nhất - Phạm vi lớn nhất - Đáng tin cậy nhất | - Phải lắp đặt bộ phát và bộ thu (emitter & receiver) tại 2 vị trí của bộ cảm biến - Không thể phát hiện vật thể trong suốt - Hoạt động không chính xác nếu lắp đặt sai |
Phản xạ gương | - Chỉ kém chính xác hơn một chút so với loại thu phát - Khoảng cách phát hiện lớn hơn so với loại khuếch tán - Rất đáng tin cậy | - Phải lắp cảm biến và lăng kính phản xạ tại 2 vị trí của hệ thống - Đắt hơn một chút so với loại khuếch tán - Phạm vi phát hiện nhỏ hơn so với loại thu phát - Có thể không phát hiện được vật thể có suất phản xạ cao |
Phản xạ khuếch tán | - Chỉ cần cài đặt tại 1 vị trí - Giá thành rẻ hơn so với loại thu phát và phản xạ gương | - Độ chính xác kém hơn so với thu phát hay phản xạ gương - Tốn nhiều thời gian để thiết lập hơn. |
4/ Mua cảm biến quang cần lưu ý những thông số nào?
Dưới đây là 11 thông số mà các bạn nên lưu ý khi mua cảm biến quang học
- - Loại: Như 3 loại cảm biến quang đã đề cập phía trên: thu - phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán. Người dùng cần lựa chọn ra chính xác loại cảm biến cần mua để phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng.
- - Nguồn cấp: 12-24VDC, 24-240VAC ±10% 50/60Hz, 24-240VDC ±10%
- - Khoảng cách phát hiện: 60m (Thu – phát), 15m (Phản xạ gương), 2m (Phản xạ khuếch tán)
- - Độ trễ: Lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức (Loại phản xạ khuếch tán)
- - Vật phát hiện chuẩn: Vật mờ đục: Ø15 mm (Thu - phát), Vật mờ đục: Ø60 mm (Phản xạ gương), Vật mờ đục, trong mờ (Phản xạ khuếch tán)
- - Nguồn sáng: LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại ( 850nm), LED đỏ (660 nm)
- - Chế độ hoạt động: Có thể lựa chọn Light ON hay Dark ON bởi công tắc
- - Ngõ ra: Ngõ ra tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở, cấu tạo tiếp điểm: 1c
- - Chỉ thị hoạt động: Đèn led xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), led vàng (chỉ thị hoạt động)
- - Thời gian đáp ứng: Max.1ms, 20ms
- - Điều chỉnh độ nhạy: Biến trở điều chỉnh
5/ Nên mua cảm biến quang thương hiệu nào?
Cảm biến quang Autonics
Dòng sản phẩm cảm biến quang từ nhà sản xuất Autonics luôn được người tiêu dùng đánh giá cao bởi khả năng hoạt động chính xác, tuổi thọ trung bình cao, ít xảy ra lỗi kĩ thuật và hơn hết là giá thành vừa phải. Autonics là thương hiệu sản xuất thiết bị điện và cung cấp các giải pháp kỹ thuật điện đến từ Hàn Quốc. Với dây chuyền công nghệ và trang thiết bị hiện đại đạt chất lượng quốc tế, chất lượng sản phẩm Autonics không hề kém cạnh so với các thương hiệu châu Âu.
Cảm biến quang Hanyoung
Tiếp theo vẫn là một đại diện nữa đến từ Hàn Quốc - Hanyoung Nux. Là một trong những nhà sản xuất thiết bị điện hàng đầu đến xứ sở Kim Chi, Hanyoung được đông đảo người tiêu dùng Việt Nam tín nhiệm. Với sự đa dạng của các dòng sản phẩm cảm biến quang phục vụ cho đa dạng nhu cầu sử dụng khác nhau, tuổi thọ trung bình cao, giá thành phù hợp với mặt bằng chung của người tiêu dùng, tôi tin chắc cảm biến quang Hanyoung sẽ làm quý khách hài lòng.
Cảm biến quang Fotek
Tuy không quá nổi bật tại thị trường Việt Nam nhưng chất lượng sản phẩm của Fotek là không cần phải bàn cãi. Thương hiệu từ Đài Loan này luôn cố gắng mang đến cho quý khách hàng những sản phẩm cảm biến quang chất lượng tốt nhất với mức giá không thể phải chăng hơn. Với tuổi thọ trung bình cao, dễ dàng lắp đặt, khả năng hoạt động tốt và nhạy cảm với nguồn vật thể tiếp nhận, cảm biến quang Fotek hứa hẹn sẽ là sản phẩm tuyệt vời dành cho bạn.
Ngoài ra còn rất nhiều thương hiệu cung cấp cảm biến quang khác mà các bạn cũng có thể cân nhắc đến:
- - Cảm biến quang Sick, IFM – Đức
- - Cảm biến quang Omron, Panasonic, Keyence – Nhật Bản
- - Cảm biến quang Schneider – Pháp
-
6/ Sơ đồ đấu dây cảm biến quang
-
Hầu hết các loại cảm biến quang điện có tín hiệu ngõ ra dạng PNP hoặc NPN. Chúng có cách thức hoạt động như nhau nhưng khác nhau về tín hiệu ngõ ra. Tín hiệu PNP tương ứng với ngõ ra 12~24VDC còn NPN thì ngõ ra dạng 0V.
- - Tín hiệu PNP: Nguồn cấp 24VDC vào 1 và 3, tín hiệu ngõ ra 24V chân 4
- - Tín hiệu NPN: Nguồn cấp 24VDC vào 1 và 3, tín hiệu ngõ ra 0V chân 4
Chân số 4 là tín hiệu ngõ ra của cảm biến. Khi có vật cản thì chân số 4 sẽ được kích hoạt tương ứng với 24VDC (PNP) và 0V (NPN).
7/ Ứng dụng của cảm biến quang trong thực tế là gì?
Ngày nay trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của cách mạng công nghiệp, khi mà hệ thống sản xuất được tự động hóa hoàn toàn hoặc bán tự động, cảm biến quang điện được phát huy tối đa chức năng và công dụng. Với sự trợ giúp của chúng, sản lượng sản xuất và chất lượng sản phẩm được nâng cao trong khi chi phí giảm, khả năng cạnh canh của doanh nghiệp sẽ được cải thiện đáng kể.
Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của cảm biến quang trong các hoạt động của con người từ công nghiệp đến dân dụng:
- - Kiểm tra sản phẩm đi qua trong quá trình sơ chế, đóng gói
- - Kiểm tra đường đi của xe ô tô, thực phẩm đóng hộp, nước đóng chai,… trên băng tải
- - Xác định được mức độ cao của chất lỏng (nước ngọt, cà phê, ..) trong lon, hộp
- - Đếm chai trên băng tải di chuyển ở tốc độ cao
- - Phát hiện các nhãn bị thiếu trên chai
- - Đảm bảo an toàn khi mở và đóng cửa nhà xe
- - Phát hiện xe trong bãi giữ xe
- - Bật vòi nước rửa bằng sóng bàn tay
- - Phát hiện người và vật đi qua cửa
- Một số ứng dụng của cảm biến quang điện
-
Lời kết:
- Cảm biến quang được xem như là mắt thần trong sản xuất công nghiệp với 3 loại chính là: cảm biến phản xạ gương, cảm biến thu phát và cảm biến phản xạ khuếch tán. Thông qua ưu nhược điểm của từng loại mà chúng tôi đã phân tích, chắc hẳn các bạn đã có thể tự mình chọn lựa ra loại cảm biến sao cho phù hợp nhất với từng ứng dụng. Tôi mong rằng các chia sẻ của mình sẽ giúp ích cho các bạn trong quá trình tìm hiểu về cảm biến quang.
- Trong trường hợp các bạn có nhu cầu mua cảm biến quang hay có thắc mắc cần tư vấn thêm đừng ngần ngại liên lạc với Amazen thông qua:
- Hotline: 0934 399 068 - Sales: 0938 072 058
- Email: amazen@amazen.com.vn
Với đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật và tư vấn bán hàng chuyên môn cao, công ty chúng tôi tự tin rằng sẽ mang lại cho bạn trải nghiệm mua hàng tuyệt vời nhất.
Amazen cam kết mọi sản phẩm cảm biến quang mà chúng tôi hiện cung cấp là hàng chính hãng, mới hoàn toàn 100%, đảm bảo chất lượng và đầy đủ giấy tờ chứng nhận đi kèm. -