Cảm biến quang là một cái tên không còn quá xa lạ đối với mọi người hiện nay. Thiết bị này có công dụng rất nhiều nên được sử dụng cực kỳ nhiều vào những ứng dụng thực tiễn của đời sống. Không ai là không biết đến thiết bị cảm biến này bởi sự đa năng và hữu dụng của nó.
Tìm hiểu sơ lược về thiết bị cảm biến quang
Để tìm hiểu thông tin cơ bản về cảm biến quang thì đầu tiên bạn phải biết được thiết bị này là gì. Nói một cách đơn giản thì cảm biến chính là một thiết bị có khả ăn sử dụng quang học để phát hiện ra vật hoặc sự thay đổi ở điều kiện bề mặt.
Thiết bị cảm biến này còn có một tên gọi khác là mắt thần và được dùng để phát hiện các vật cản hoặc phát hiện màu. Thiết bị này sẽ phát ra một tia sáng và nếu xuất hiện những vật cản tia sáng này thì phần cảm biến sẽ phát ra tín hiệu để báo về trung tâm điều khiển.
Thiết bị này được sử dụng rất nhiều và đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp vì thiết bị này được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động hóa. Thiết bị này có tên gọi trong tiếng Anh là Photoelectric sensor và khi các vật thể đi qua sẽ ảnh hưởng đến tần số của bộ thu sáng.
Nhờ vào hiện tượng phát xạ điện tử ở cực Cathode mà tín hiệu quang sẽ được chuyển thành tín hiệu điện khi có nguồn ánh sáng chiếu vào. Thiết bị này sở hữu một tính năng đặc biệt là có thể phát hiện các vật thể từ xa và đo lường khoảng cách đến các vật thể cũng như tốc độ di chuyển của đối tượng.
Chính vì vậy mà thiết bị này được sử dụng vô cùng rộng rãi ở nhiều nơi như nhà máy, xí nghiệp trong công nghiệp và trở thành vật dụng cực kỳ cần thiết cũng như quan trọng.
Cảm biến quang có cấu tạo gồm các bộ phận gì?
Cảm biến quang có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính là bộ phận phát sáng, bộ thu ánh sáng và board mạch xử lý tín hiệu điện. Mỗi một bộ phận sẽ đảm nhiệm một vai trò khác nhau để cấu thành hoàn chỉnh thiết bị.
Bộ phận phát sáng của thiết bị đảm nhận vị trí cảm biến quang nhiệt và tạo ra ánh sáng có dạng xung. Tần số ánh sáng sẽ được thiết kế riêng biệt phụ thuộc vào từng hãng sản xuất ra thiết bị. Bộ phận này sẽ có vai trò bổ trợ cho bộ phận thu ánh sáng nhằm phân biệt nguồn sáng từ cảm biến và nhiều nguồn khác nhau.
Bộ phận thứ hai đó chính là bộ phận thu sáng. Bộ phận này đóng vai trò là một bộ phận tiếp nhận ánh sáng có nhiệm vụ truyền tín hiệu đến bộ phận xử lý. Bộ phận board mạch xử lý tín hiệu điện đảm nhận vai trò tiếp nhận tín hiệu từ bộ phận thu sáng rồi chuyển tín hiệu theo tỷ lệ tranzito thành chế độ ON/OFF.
Tín hiệu này sẽ có chế độ khuếch đại rộng hơn. Mỗi một bộ phận đều đóng vai trò thiết yếu vô cùng quan trọng để tạo thành một thiết bị hoàn chỉnh để đưa vào sử dụng. Không thể thiếu bất kỳ một bộ phận nào trong quá trình sản xuất được cả.
Cảm biến quang có nguyên lý hoạt động như thế nào?
Nguyên lý hoạt động của thiết bị này không quá cầu kỳ, phức tạp mà vô cùng đơn giản và dễ hiểu. Khi thiết bị phát hiện ra nguồn ánh sáng phát ra từ vị trí máy phát thì nó sẽ cảm nhận được nguồn ánh sáng đó được phát ra từ vật hay là từ sự phản xạ lại của một vật.
Tính năng này của thiết bị sẽ giúp cảm biến phát hiện ra được đối tượng. Nói một cách chi tiết hơn thì nguyên lý hoạt động của thiết bị này chính là bộ phận phát sáng sẽ phát sáng dưới dạng tần số và từ đó bộ phận thu sáng sẽ thực hiện việc tiếp nhận ánh sáng đó rồi phân loại chuyển đến bộ phận board xử lý tín hiệu điện.
Tại đây, tín hiệu sẽ được chuyển đổi theo tỷ lệ tranzito thành 2 chế độ ON và OFF. Tín hiệu thường được sử dụng nhất là tín hiệu NPN và tín hiệu PNP. Mặc dù những loại riêng biệt sẽ có chút khác nhau về nguyên lý nhưng hầu hết các thiết bị này đều hoạt động theo nguyên lý cơ bản trên.
Phân loại và thông số đặc trưng của cảm biến quang
Thiết bị này sẽ được phân thành 3 loại và mỗi loại sẽ có những đặc điểm và thông số đặc trưng riêng chính là cảm biến quang phản xạ gương, thu phát và phản xạ khuếch tán.
Cảm biến quang phản xạ gương có đặc điểm gì?
Cảm biến quang phản xạ gương có cấu tạo gồm một bộ phát và bộ thu ánh sáng ngay trên cùng một cảm biến và đi kèm là một tấm gương hoặc phản quang có mục đích nhằm phản xạ lại nguồn ánh sáng phát ra từ đầu của cảm biến.
Loại cảm biến này luôn luôn phát ra một tia sáng thẳng về phía trước. Trong trường hợp gặp gương thì ánh sáng sẽ bị phản xạ ngược lại đầu thu ngay trên cảm biến. Khi đó, cảm biến sẽ luôn thông báo trạng thái ON. Ngược lại, khi có vật cản đi qua thì sẽ mất tín hiệu phản hồi về và cảm biến sẽ chuyển từ trạng thái ON sang OFF.
Tín hiệu ngõ ra ON – OFF sẽ được quy định tùy theo loại cảm biến cần dùng và có 3 loại tín hiệu ngõ ra hay sử dụng là PNP – NPN và Namur. Đặc trưng của loại cảm biến này là có khả năng phát hiện ra vật trong khoảng vài mét và có cấu tạo nhỏ gọn, đơn giản.
Bên cạnh đó, loại cảm biến này có thể hoạt động mà không chịu ảnh hưởng bởi tác động của màu sắc hay góc cạnh của vật kể cả những vật trong suốt. Tuy nhiên, loại cảm biến này không thể dùng cho các vật có tính phản chiếu ánh sáng từ bên ngoài.
Lý do là vì những vật này sẽ làm cho ánh sáng mà bộ phận thu nhận về sẽ không giảm đi mà sẽ khiến cho cảm biến không thể nào cảm nhận được sự hiện diện của các vật. Thêm vào đó, vùng chết của loại cảm biến này còn nằm ở khoảng cách gần.
Cảm biến quang thu phát có đặc trưng như thế nào?
Loại cảm biến này có phương pháp là bộ phát cùng với bộ thu sẽ được thiết kế ở vị trí đối với nhau. Điều này sẽ giúp cho ánh sáng có thể dễ dàng đi từ bộ phát đến bộ thu và khi có đối tượng cảm biến đi qua vị trí của chúng sẽ làm ánh sáng bị gián đoạn.
Lượng ánh sáng đi đến bộ thu sẽ giảm đi và chính sự thay đổi này đã giúp cho cảm biến có thể cảm nhận và phát hiện ra vật. Loại cảm biến này còn có tính năng làm việc ổn định và có khả năng cảm biến rộng đến vài chục mét.
Ngoài ra, vị trí cảm biến sẽ không bị ảnh hưởng bởi đường dẫn đối tượng và khả năng cảm biến cũng sẽ không bị ảnh hưởng bởi màu sắc, độ bóng hay độ nghiêng của vật.
Loại cảm biến phản xạ khuếch tán có thông số đặc trưng gì?
Loại cảm biến này có đặc trưng là khả năng phát hiện ra vật trong khoảng vài mét và có thể dễ dàng khi lắp đặt và điều chỉnh cường độ. Việc thay đổi khoảng cách hay cường độ của ánh sáng cũng sẽ có sự khác biệt tùy theo môi trường, bề mặt đối tượng, vv…
Loại cảm biến này còn có bộ phát và bộ thu đều lắp đặt trên một vị trí ở trên vỏ. Cách thiết kế này sẽ khiến ánh sáng sẽ đi từ bộ phát đến trực tiếp đối tượng cảm biến mà không cần phải thông qua bộ thu.
Ánh sáng mà bộ thu nhận được chính là phản xạ từ đối tượng và sự gia tăng cường độ ánh sáng ở bộ thu sẽ có khả năng giúp cho cảm biến có thể cảm nhận được vật vừa nhận.
Một số ưu và nhược điểm cần biết về cảm biến
Dù được ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn nhưng thiết bị này cũng có hai mặt ưu điểm và nhược điểm. Ưu điểm của thiết bị này đó chính là có khả năng phát hiện vật thể mà không cần phải tiếp xúc và khoảng cách xa nhất có thể lên đến 100m.
Bên cạnh đó, thiết bị này còn có tuổi thọ cao, ổn định và độ chính xác cao cũng như ít bị hao mòn theo thời gian. Ngoài ra còn có thể phát hiện được phần lớn các vật chất rắn. Thiết bị này có thời gian đáp ứng nhanh và có thể tùy chỉnh được độ nhạy theo mong muốn cũng như có rất nhiều nhà cung cấp khác nhau.
Nhược điểm của thiết bị này đó chính là cảm biến sẽ báo ảo khi bị dính bụi bẩn trên bề mặt và nó chỉ hoạt động trong một vài điều kiện cụ thể cho từng loại. Độ phản xạ cũng như màu sắc phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của cảm biến. Vì vậy, cần phải có kinh nghiệm để chọn đúng loại cho từng ứng dụng cụ thể trong thực tiễn.
Cảm biến quang có thể sử dụng vào ứng dụng nào?
Vì có nhiều loại khác nhau trên thị trường hiện nay nên các ứng dụng của cảm biến vô cùng đa dạng tùy theo từng lĩnh vực. Thiết bị này được ứng dụng phổ biến nhất trong các hoạt động sản xuất trong công nghiệp như quá trình đóng hộp, chai cho sản phẩm; di chuyển các sản phẩm trong dây chuyền băng tải.
Bên cạnh đó, còn được ứng dụng trong việc kiểm tra các sản phẩm thiếu tem, nhãn, kiểm tra sản phẩm trong quá trình rửa, vv… Thiết bị này còn được sử dụng để đảm bảo an ninh cho các hệ thống nhà xe, phát hiện xe trong bãi giữ cũng như kiểm soát người và các vật thể qua lại đối với các cổng an ninh, vv…
Ngoài ra, nó còn được ứng dụng vào việc hệ thống nước sẽ tự động chảy khi xuất hiện vật thể, dùng cho việc đo khoảng cách trong thực tế để thu được kết quả đo một cách chính xác nhất.
Kết luận
Cảm biến quang gây ấn tượng với mọi người và được sử dụng cũng như ứng dụng rất nhiều trong các vấn đề thực tiễn của xã hội. Mặc dù vừa có ưu vừa có nhược điểm nhưng cảm biến quang có rất nhiều chức năng giúp ích trong cuộc sống. Bên cạnh đó còn có rất nhiều loại cảm biến quang bạn có thể chọn.