Cảm biến laser là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng thực tế

Cảm biến laser là một trong những thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ công nghiệp, y tế đến công nghiệp và cả trong đời sống hàng ngày. Với khả năng đo lường chính xác và nhanh chóng, cảm biến laser đã mang lại những ưu điểm vượt bậc. Vậy cảm biến laser là gì? Chúng hoạt động như thế nào và có những ứng dụng cụ thể ra sao? Cùng A.I Tech khám phá cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những ứng dụng thực tế của loại cảm biến này qua bài viết dưới đây!

Cảm biến laser là gì?

Cảm biến laser là một thiết bị điện tử, thường được dùng để đo lường hoặc phát hiện các thông số như khoảng cách, kích thước, vận tốc hoặc vị trí của vật thể. Để đo lường các đại lượng này, laser sensor sẽ phát ra tia laser, sau đó nhận tín hiệu phản xạ từ vật thể và xử lý tín hiệu để đưa ra kết quả đo lường. Nhờ sự chính xác với sai số thấp, cảm biến laser được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế và cả quân sự.

Cấu tạo chính của cảm biến laser

Cảm biến laser bao gồm các bộ phận chính là vỏ bảo vệ, bộ phát tia laser, bộ chuyển đổi quang điện, bộ xử lý tín hiệu, mỗi bộ phận sẽ có những chức năng riêng biệt, khi được kết hợp chúng sẽ tổng hòa hỗ trợ hoạt động của cảm biến laser.

• Bộ phát tia laser: Đây là bộ phận quan trọng nhất của cảm biến laser. Khi hoạt động, bộ phận này sẽ sử dụng một diode laser để phát ra một chùm tia laser hẹp, cường độ cao, chiếu đến vật thể cần đo lường.
• Bộ chuyển đổi quang điện: Bao gồm một dãy các cảm biến quang điện (photodiode) được sắp xếp theo một đường thẳng. Khi tia laser phản xạ từ vật thể va vào bộ hình ảnh tuyến tính, nó sẽ tạo ra tín hiệu điện tại vị trí tương ứng với vị trí của vật thể.
• Bộ xử lý tín hiệu: Bộ phận này sẽ xử lý tín hiệu điện thu được từ bộ hình ảnh tuyến tính để xác định vị trí, kích thước, hình dạng và các thông tin khác về vật thể. Thông tin này sau đó được hiển thị trên màn hình hoặc truyền đến bộ điều khiển.
• Vỏ bảo vệ: Thường được làm bằng nhựa hoặc kim loại, có chức năng bảo vệ cảm biến khỏi tác động của môi trường bên ngoài như nước, bụi bẩn và chống va đập,…

Ngoài ra, giống như những loại sensor khác một số loại cảm biến laser còn có thể bao gồm các bộ phận khác như: Bộ khuếch đại tín hiệu, bộ lọc nhiễu hay bộ điều chỉnh tín hiệu để loại bỏ nhiều, tăng cường tín hiệu và điều chỉnh độ nhạy của cảm biến với các vật thể khác nhau.

Nguyên lý cảm biến laser hoạt động như nào?

Tuy có 2 cách hoạt động là Góc tam giác và Thời gian bay, nhưng cảm biến laser vẫn hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng chùm tia laser để xác định vị trí và đo lường các thông số vật lý của vật thể trong không gian. 

Khi hoạt động, cảm biến laser sẽ phát ra chùm tia laser chiếu vào đối tượng cần đo lường. Tia laser chiếu tới vật thể sẽ phản xạ lại. Cảm biến thu nhận tín hiệu phản xạ này và bộ chuyển đổi quang điện sẽ biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện sẽ được khuếch đại, lọc và chỉnh lưu để loại bỏ nhiễu và chuẩn hóa dữ liệu. Tín hiệu sau khi xử lý được chuyển đổi thành giá trị đo lường cụ thể.’

Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến laser

Nhờ nguyên lý hoạt động chính dựa trên tia laser có tóc độ chiếu và phản xạ nhanh (300.000 km/s), nên loại cảm biến này có nhiều ưu điểm nổi bật như:

• Đo lường các thông số với độ chính xác cao.
• Có thể phát hiện các chi tiết nhỏ hoặc những thay đổi nhỏ trong vị trí của vật thể.
• Cảm biến laser có thể đo lường các vật thể ở nhiều khoảng cách khác nhau.
• Hoạt động với tốc độ cao, thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi thời gian đáp ứng nhanh.

Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm thì cảm biến tia laser vẫn còn một số hạn chế cụ thể là:

• Giá thành tương đối cao so với các loại cảm biến khác cùng một chức năng.
• Một số loại cảm biến laser sẽ có kích thước lớn hơn so với các loại cảm biến khác.
• Dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường hoạt động trong sương mù, khói bụi.
• Không hiệu quả khi đo lường thông số của các vật thể có độ trong suốt cao.

Có các loại cảm biến laser chính nào

Với đặc tính của tia laser mà laser sensor đã được nghiên cứu, phát triển ra nhiều loại cảm biến khác nhau như: cảm biến laser chống trộm, cảm biến nhiệt độ laser, cảm biến laser đo khoảng cách, phát hiện chuyển động, phát hiện vật cản, đo độ dày, đo tốc độ, đo màu sắc,… Tuy nhiên có 4 loại chính thường được sử dụng là:

Cảm biến laser đo khoảng cách

Cảm biến laser đo khoảng cách thường được sử dụng để đo lường khoảng cách xa tính từ vị trí đặt cảm biến. Nhờ khả năng đo đạc từ xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp, chúng rất hữu ích trong nhiều ứng dụng như địa chất, quân sự, giao thông vận tải và nhiều lĩnh vực khác. Phạm vi đo khoảng cách  có thể lên đến vài trăm mét hoặc thậm chí đến hàng km tuỳ thuộc vào công suất và độ nhạy của cảm biến.

Cảm biến laser phát hiện chuyển động

Hay còn được gọi là Laser Displacement Sensors, được sử dụng để giám sát và phát hiện sự di chuyển của các vật thể trong một khu vực xác định. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng tia laser để quét và phát hiện sự thay đổi trong môi trường.

Tín hiệu cảnh báo từ cảm biến có thể được sử dụng để kích hoạt các hệ thống khác như hệ thống báo động, hệ thống đèn chiếu sáng hoặc các thiết bị điều khiển tự động khác. 

Cảm biến laser phát hiện vật cản

Loại cảm biến này sử dụng tia laser để phát hiện sự hiện diện của vật thể trong môi trường ở phạm vi nhất định. Khi có vật thể đi vào vùng quét của tia laser, cảm biến sẽ nhận diện và gửi tín hiệu báo về bộ điều khiển. Loại cảm biến này thường được ứng dụng trong cửa tự động, hệ thống an ninh, băng chuyền sản xuất,…

Cảm biến lidar

Cảm biến lidar sử dụng tia laser để phát ra các xung ánh sáng và đo các xung phản xạ để tính toán khoảng cách và tạo bản đồ 3D. Loại cảm biến này thường được sử dụng trong các phương tiện tự hành, robot, phân tích không gian địa lý, hoặc ứng dụng trong quy hoạch đô thị và giám sát môi trường.

Ứng dụng của cảm biến laser

Cảm biến laser là một thiết bị đa năng, mang lại nhiều lợi ích trong đo lường, kiểm soát và tự động hóa các quy trình. Với khả năng đo lường chính xác và từ xa, cảm biến laser đã và đang đóng vai trò không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực của đời sống hiện đại.

Trong công nghiệp, cảm biến laser được sử dụng để đo lường khoảng cách, kiểm tra kích thước và hình dạng của các sản phẩm, giúp đảm bảo chất lượng và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Ngoài ra nó còn được ứng dụng trong điều khiển robot và hệ thống tự động hóa.

Trong đời sống hàng ngày nó được ứng dụng trong các cảm biến cửa tự động, cảm biến tự động bật tắt đèn, hệ thống an ninh,… Đối với ngành địa chất cảm biến laser hỗ trợ việc đo đạc, khảo sát địa hình với độ chính xác cao.

Và để tận dụng tối ưu những ứng dụng thực tế của cảm biến laser, đội ngũ kỹ sư của A.I Tech đã nghiên cứu pháp triển các giải pháp chuyển đối số (IoT) tích hợp các thiết bị số công nghiệp, trong đó có các loại cảm biến, để giúp doanh nghiệp phát triển bền vững, gia tăng năng suất và lợi thế cạnh tranh. Liên hệ ngay HOTLINE 0949491355 để được tư vấn, triển khai các giải pháp chuyển đổi số phù hợp với doanh nghiệp ngay hôm nay!

Một số lưu ý khi sử dụng cảm biến laser

Khi sử dụng cảm biến laser, chúng ta cần lưu ý một số điểm sau để đảm bảo hiệu quả hoạt động, chống nhiễu cũng như an toàn khi sử dụng thiết bị này:

• Trước tiên, cần chú ý đến môi trường sử dụng cảm biến laser. Những môi trường nhiều bụi bẩn, khói, sương mù hoặc ánh sáng mạnh có thể ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của tia laser. Do đó cần lắp đặt, sử dụng cảm biến laser trong môi trường phù hợp.
• Sai lệch trục quang có thể do rung, vít lỏng hoặc lắp đặt không đúng cách, dẫn đến tín hiệu sai lệch. Cần lắp đặt cảm biến laser chắc chắn, sử dụng giá đỡ nếu cần thiết và căn chỉnh trục quang chính xác để giảm thiểu tình trạng sai lệch trục quang.
• Ánh sáng mạnh  từ môi môi trường, hoặc từ đèn biến tần, đèn huỳnh quang có thể ảnh hưởng kết quả hoạt động của cảm biến laser.Vì vậy bạn nên đặt cảm biến ở vị trí tránh ánh sáng trực tiếp hoặc sử dụng các biện pháp che chắn như tấm chắn.
• Lựa chọn cảm biến có khoảng cách hoạt động phù hợp với ứng dụng. Tránh đặt cảm biến quá gần hoặc quá xa vật thể mục tiêu.
• Với các vật thể có bề mặt bị lồi lõm, hoặc vật thể trong suốt, vật thể có tính phản xạ cao, bạn cần điều chỉnh chùm tia laser hoặc đặt cảm biến ở góc phù hợp để cảm biến có thể thu được chùm tia phản xạ và tính toán kết quả.
• Tia laser có thể gây nguy hiểm cho mắt và da nếu tiếp xúc trực tiếp với cường độ cao. Do đó, không bao giờ được nhìn trực tiếp vào nguồn phát laser và luôn đeo thiết bị bảo vệ mắt khi làm việc với cảm biến.
• Cần thực hiện vệ sinh và kiểm tra định kỳ cảm biến để phát hiện và khắc phục kịp thời bất kỳ sự cố nào.

Lời kết

Với những chia sẻ trên của A.I Tech, hy vọng đã giúp bạn hiểu hơn về Cảm biến laser là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng thực tế của nó. Nhìn chung, cảm biến laser là một thiết bị tiên tiến với nhiều lợi ích thực tế trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghiệp. Khi kết hợp với các thiết bị IoT công nghiệp và bộ giải pháp chuyển đổi số, laser sensor chắc chắn sẽ giúp doanh nghiệp rất nhiều trong việc tự động hóa quản lý, sản xuất kinh doanh