Cảm biến quang là một trong những thiết bị quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa, giúp phát hiện vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Vậy cảm biến quang là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Hãy cùng Hàn Mỹ Việt tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.
Cảm biến quang là gì?
Cảm biến quang (Photoelectric Sensor) là thiết bị sử dụng công nghệ quang điện để phát hiện vật thể dựa trên nguyên lý phản xạ hoặc gián đoạn ánh sáng. Khi tiếp xúc với ánh sáng, cảm biến sẽ thay đổi trạng thái và chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, giúp nhận diện vật thể, đo lường khoảng cách và tốc độ di chuyển của chúng.
Nhờ khả năng phát hiện từ xa với độ chính xác cao, cảm biến quang đóng vai trò quan trọng trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, hệ thống tự động hóa, kiểm tra chất lượng sản phẩm, giám sát an toàn và nhiều ứng dụng khác.
Cấu tạo cảm biến
Một cảm biến quang điển hình gồm ba bộ phận chính:
1. Bộ phát ánh sáng (Emitter)
Sử dụng đèn LED hồng ngoại, laser hoặc LED đỏ để phát ra tia sáng theo chu kỳ.
Giúp phân biệt tín hiệu của cảm biến với các nguồn sáng khác như ánh sáng mặt trời hoặc đèn phòng.
Tùy thuộc vào loại cảm biến mà bộ phát ánh sáng có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với bộ thu.
2. Bộ thu ánh sáng (Receiver)
Nhận tín hiệu ánh sáng từ bộ phát hoặc từ vật thể phản xạ lại.
Chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện để phân tích trạng thái vật thể.
Một số cảm biến hiện đại sử dụng mạch ASIC giúp tăng cường độ chính xác và ổn định.
3. Mạch xử lý tín hiệu đầu ra
Tiếp nhận tín hiệu từ bộ thu và chuyển đổi thành tín hiệu ON/OFF theo dạng PNP hoặc NPN.
Một số cảm biến đời mới có thể xuất tín hiệu tỷ lệ (Analog) để phục vụ các ứng dụng đo lường chính xác.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang dựa vào sự thay đổi của tín hiệu ánh sáng khi có vật thể cản hoặc phản xạ. Tùy theo từng loại cảm biến mà phương thức hoạt động sẽ khác nhau:
Cảm biến thu phát độc lập (Through-Beam Sensor)
Bộ phát và bộ thu đặt đối diện nhau.
Khi vật thể đi qua, ánh sáng bị cắt đứt, cảm biến phát tín hiệu nhận diện.
Cảm biến phản xạ gương (Retro-Reflective Sensor)
Bộ phát và bộ thu chung một vị trí, ánh sáng được phản xạ lại nhờ một gương.
Khi có vật thể đi qua, ánh sáng bị gián đoạn, cảm biến sẽ nhận diện.
Cảm biến phản xạ khuếch tán (Diffuse-Reflective Sensor)
Ánh sáng từ bộ phát phản xạ trực tiếp từ vật thể về bộ thu.
Khoảng cách phát hiện phụ thuộc vào màu sắc và khả năng phản xạ của vật thể.
Cảm biến phát hiện màu sắc
Nhận diện vật thể dựa trên màu sắc nhờ vào cảm biến quang phổ RGB.
Ứng dụng trong phân loại sản phẩm và kiểm tra bao bì.
Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến quang
Ưu điểm
Phát hiện vật thể từ xa (lên đến 100m), không cần tiếp xúc trực tiếp.
Độ bền cao, ít hao mòn do không có bộ phận cơ khí.
Thời gian đáp ứng nhanh, phù hợp cho các hệ thống tốc độ cao.
Độ chính xác cao, có thể phát hiện nhiều loại vật thể khác nhau.
Dễ dàng tùy chỉnh, thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Nhược điểm
Dễ bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn, cần vệ sinh định kỳ.
Phụ thuộc vào màu sắc và độ phản xạ của vật thể, gây sai số trong một số trường hợp.
Bị nhiễu bởi ánh sáng mạnh, đặc biệt là ánh sáng mặt trời.
Ứng dụng phổ biến của cảm biến quang
Cảm biến quang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là tự động hóa công nghiệp. Một số ứng dụng điển hình bao gồm:
Kiểm tra và phân loại sản phẩm trên dây chuyền sản xuất.
Đếm số lượng sản phẩm trên băng tải.
Giám sát an toàn, ví dụ như phát hiện người đi qua cửa tự động hoặc thang máy.
Đo khoảng cách, kích thước và độ dày của vật thể.
Nhận diện màu sắc, ứng dụng trong kiểm tra bao bì và dán nhãn sản phẩm.
Điều khiển tự động: Bật/tắt đèn, vòi nước tự động, kiểm soát cửa nhà xe, v.v.
Cách chọn mua cảm biến quang phù hợp
Để chọn được cảm biến quang phù hợp, bạn cần cân nhắc các yếu tố sau:
Khoảng cách phát hiện: Tùy vào ứng dụng mà chọn loại cảm biến có tầm xa hay gần.
Môi trường làm việc: Nếu môi trường nhiều bụi bẩn hoặc ánh sáng mạnh, cần chọn cảm biến có khả năng chống nhiễu tốt.
Loại tín hiệu đầu ra: PNP/NPN hoặc Analog tùy vào hệ thống điều khiển.
Chất lượng và thương hiệu: Lựa chọn các thương hiệu uy tín như Autonics, Omron, Panasonic, Sick, Schneider, Keyence để đảm bảo độ bền và hiệu suất cao.
Lưu ý khi lắp đặt và bảo trì cảm biến quang
Tránh lắp đặt gần nguồn nhiệt cao như động cơ, máy lạnh để giảm nhiễu.
Cố định chắc chắn cảm biến, tránh rung động ảnh hưởng đến độ chính xác.
Không lắp đặt trực tiếp dưới ánh sáng mặt trời, dễ gây nhiễu tín hiệu.
Vệ sinh định kỳ, kiểm tra đầu thu phát để đảm bảo hoạt động ổn định.