Cảm biến quang là một công nghệ quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp như tự động hóa, sản xuất vận hành,… Vậy cấu tạo của chúng ra sao và nguyên lý hoạt động như thế nào? Hơn nữa, việc lắp đặt đấu nối cảm biến quang cần chú ý những điểm gì để đảm bảo tính hiệu quả? Trong bài viết này, A.I Tech sẽ cùng bạn tìm hiểu chi tiết về cảm biến quang, từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động cho đến cách đấu nối, giúp bạn có cái nhìn tổng quan và rõ ràng hơn về loại cảm biến này.
Cảm biến quang là gì?
Cảm biến quang (photoelectric sensor) là một thiết bị dùng để xác định khoảng cách, sự vắng mặt hoặc sự xuất hiện của một vật thể thông qua việc sử dụng bộ phát ánh sáng, thường là ánh sáng hồng ngoại, và bộ thu quang điện. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp để đảm bảo quá trình vận hành diễn ra hiệu quả. Có ba loại cảm biến quang điện phổ biến là cảm biến quang thu phát độc lập, cảm biến quang phản xạ ngược, cảm biến quang phản xạ khuếch tán và cảm biến quang phát hiện màu.
Chúng có thể phát hiện vật thể ở khoảng cách xa tới 100m, sở hữu độ bền cao, ít bị hao mòn, có thể hoạt động liên tục với độ độ chính xác cao và ổn định, thời gian phản hồi nhanh chóng. Tuy nhiên hiệu suất hoạt động dễ bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn, khả năng phản xạ ánh sáng của vật thể trong môi trường.
>>Xem thêm: Sensor là gì? Phân loại, ứng dụng và các loại sensor trong công nghiệp
Bộ cảm biến quang học gồm mấy phần
Cấu tạo cảm biến quang thường có ba bộ phận chính: bộ phát ánh sáng, bộ thu ánh sáng và bộ phận mạch xử lý tín hiệu.
- Bộ phát sáng đóng vai trò như nguồn phát ra ánh sáng dạng xung, với tần số ánh sáng được thiết kế riêng biệt tùy theo từng hãng sản xuất. Chức năng của bộ phận này là hỗ trợ cho bộ thu ánh sáng trong việc phân biệt giữa ánh sáng từ cảm biến và các nguồn sáng khác.
- Bộ thu ánh sáng có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng phát ra từ bộ phát, sau đó truyền tín hiệu đến bộ phận mạch xử lý.
- Mạch xử lý tín hiệu đầu ra đảm nhiệm việc tiếp nhận tín hiệu từ bộ thu sáng và chuyển đổi tín hiệu theo tỷ lệ tranzito thành chế độ ON/OFF. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức xác định, tín hiệu ra của cảm biến sẽ được kích hoạt. Ngày nay một số loại cảm biến quang thế hệ mới còn tích hợp mạch nguồn và sử dụng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN) thay vì tiếp điểm rơ-le (relay) như các loại cũ.
Các loại cảm biến quang phổ biến
Như đã giới thiệu ở trên, thiết bị này được chia làm 3 loại như sau:
Bộ cảm biến quang thu phát độc lập
Cảm biến quang điện thu phát độc lập, còn được gọi là Through-Beam Sensor, là một loại cảm biến quang học với cấu trúc gồm hai thiết bị riêng biệt: thiết bị phát ánh sáng và thiết bị thu ánh sáng. Hai thiết bị này được đặt đối diện nhau, tạo thành một hệ thống có khả năng phát hiện vật thể ở khoảng cách lên đến 60m. Một trong những ưu điểm nổi bật của cảm biến này là khả năng hoạt động chính xác và ổn định, không bị ảnh hưởng bởi màu sắc hay bề mặt của vật thể.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang điện thu phát độc lập dựa trên sự gián đoạn của tia sáng giữa thiết bị phát và thiết bị thu. Khi không có vật cản giữa hai thiết bị, tia sáng từ thiết bị phát sẽ được truyền thẳng đến thiết bị thu, tạo nên trạng thái “không có vật cản”. Khi có vật cản xuất hiện, tia sáng từ thiết bị phát sẽ bị chắn và không đến được thiết bị thu, tạo nên trạng thái “có vật cản”.
Cảm biến quang phản xạ ngược
Cảm biến quang phản xạ ngược (Retro-Reflection Sensor) là một loại cảm biến quang học tích hợp bộ phát ánh sáng, bộ thu ánh sáng và gương phản xạ đặc biệt. Gương phản xạ này hoạt động như một lăng kính, giúp phản xạ lại ánh sáng từ bộ phát. Một trong những ưu điểm nổi bật của cảm biến quang phản xạ gương là khả năng phát hiện các vật thể có định dạng mờ hoặc trong suốt với khoảng cách lên đến 15 mét.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang phản xạ gương khá đơn giản. Bộ phát ánh sáng sẽ phát ra một chùm sáng hướng về phía gương phản xạ. Trong trường hợp không có vật cản xuất hiện giữa bộ phát và gương, gương sẽ phản xạ toàn bộ ánh sáng trở lại bộ thu. Tuy nhiên, khi có vật cản hoặc vật thể đi qua, tần số của ánh sáng phản xạ sẽ bị thay đổi hoặc ánh sáng bị mất đi, từ đó cảm biến có thể nhận biết và xác định sự hiện diện của vật thể, nhờ đó chúng được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và tự động hóa.
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán
Loại cảm biến này chủ yếu được sử dụng để phát hiện các vật thể trên băng chuyền, máy móc. Thiết bị này giúp người điều khiển giám sát và xác định xem các thiết bị máy móc đã được lắp đặt đúng vị trí hay chưa. Nhờ vậy, cảm biến này được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền đóng gói sản phẩm, sản xuất..
Về nguyên lý hoạt động, cảm biến khuếch tán hoạt động dựa trên hai trạng thái chính: có vật cản và không có vật cản, tương tự như các loại cảm biến khác. Khi có vật cản, cảm biến sẽ phản xạ lại tín hiệu quang học, báo hiệu sự hiện diện của vật thể. Ngược lại, khi không có vật cản, tín hiệu sẽ không được phản xạ lại, cho biết không có vật thể trong vùng giám sát.
Mặc dù cảm biến quang phản xạ khuếch tán có vai trò quan trọng, nó lại có phạm vi hoạt động khá hạn chế, chỉ trong khoảng 2 mét. Độ chính xác của cảm biến này cũng bị ảnh hưởng bởi màu sắc và bề mặt của vật thể, dẫn đến một số giới hạn nhất định trong việc sử dụng.
Các ứng dụng chính của cảm biến quang
Nhờ khả năng hoạt động hiệu quả, cảm biến quang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong công nghiệp tự động hóa.
- Đếm sản phẩm trên băng chuyền, giúp theo dõi hiệu quả sản xuất và kiểm soát quy trình.
- Kiểm tra sản phẩm lỗi hoặc sai lệch về kích thước, hình dạng, vị trí, v.v., giúp loại bỏ sản phẩm lỗi khỏi dây chuyền sản xuất.
- Phát hiện sự hiện diện của vật thể trong các hệ thống cửa tự động, thang máy, máy ATM,…
- Đo khoảng cách và kích thước của vật thể với độ chính xác cao, ứng dụng trong các hệ thống đo lường, kiểm tra chất lượng sản phẩm,…
- Ngoài ra nó còn được dùng để đo tốc độ, đo màu sắc, ứng dụng trong hệ thống an ninh,…
>> Xem thêm: Chức năng của cảm biến tiệm cận điện dung
Cách lắp đặt, đấu nối cảm biến quang
Để đấu nối dây cảm biến quang nhanh và chính xác, bước đầu tiên bạn cần thực hiện là kiểm tra xem rơ le sử dụng nguồn điện 220V hay VDC + VAC. Nếu rơ le là loại 220V thì sẽ không thể đóng được. Ngược lại, đối với nguồn điện 24V hoặc 12V, cần kiểm tra dòng đóng tối thiểu của rơ le.
Hiện nay, có nhiều loại cảm biến quang như PNP, NPN, AC/DC, mỗi loại có thông số và cách cài đặt riêng. Việc kiểm tra rơ le kỹ lưỡng trước khi đấu nối là cần thiết, vì nếu không cẩn thận trong việc kiểm tra và cài đặt, dây cảm biến quang có thể bị hỏng. Do đó, khi tiến hành nối dây cảm biến quang, cần đảm bảo kiểm tra kỹ dòng đóng tối thiểu của rơ le cũng như mã của cảm biến quang để tránh gây hư hỏng.
Ví dụ, nếu dây cảm biến thuộc loại NPN thì ngõ ra cần được nối với chân (-), nếu không nối đúng cách, rơ le sẽ không thể đóng được. Đối với loại cảm biến 4 dây như NPN, PNP, cần chú ý đến 2 dây out, 1 dây NO và 1 dây NC. Còn với loại cảm biến AC/DC có 2 dây, việc đấu nối được thực hiện tương tự như qua rơ le.
Lời kết
Với những chia sẻ trên của A.I Tech, có thể thấy cảm biến quang là thiết bị với ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực tự động hóa, công nghiệp, sản xuất, an ninh,… Nhờ sự hoạt động hiệu quả, chính xác và giá thành hợp lý, cảm biến quang ngày càng được sử dụng rộng rãi, góp phần mang lại hiệu quả cao cho nhiều lĩnh vực. Hy vọng qua bài viết này bạn đã có thêm những thông tin hữu ích cho mình.
