Cảm Biến Quang Là Gì ? Ưu Nhược Điểm Và Ứng Dụng

Cảm biến quang không quá xa lạ bởi nó được dùng khá phổ biến trong đời sống của chúng ta. Vậy, bạn có biết cảm biến quang là gì, ứng dụng của cảm biến quang trong công nghiệp, nguyên lý cảm biến quang hoạt động như thế nào & cách đấu dây cảm biến quang…cảm biến quang phản xạ gương khác với cảm biến quang thu phát như thế nào & giá cảm biến quang các loại khác nhau không ? Tất cả sẽ được chia sẻ trong bài viết này.

• Cảm Biến Áp Suất Màng FKP – Clamp – Flange
• Bộ Chuyển Đổi Tín Hiệu 4-20mA Sang Xung – Tần Số
• Cảm Biến Áp Suất Nước Giá Rẻ
• Cảm Biến Đo Thể Tích Oxy Trong Bồn Kín
• Bộ Chuyển Đổi Z109REG-BP | -20V…+20V -20mA…+20mA

Cảm biến quang là gì

Cảm biến quang với tên gọi quốc tế là Photoelectric sensor và trong vận hành thường được gọi là mắt thần, nó được dùng để phát hiện vật cản hoặc phát hiện màu. Bản thân cảm biến quang sẽ phát ra một tia sáng, khi có một vật cản tia sáng này thì cảm biến sẽ phát ra một tín hiệu để báo về trung tâm điều khiển. Các dây chuyền máy móc tự động hoá sử dụng một lượng không nhỏ cảm biến quang. Nếu không có cảm biến quang thì giống như bị thiếu một con mắt vậy. Điều đó cho chúng ta thấy rằng cảm biến quang đóng vai trò rất quang trọng trong các lĩnh vực công nghiệp.

Nguyên lý cảm biến quang

Cảm biến quang hoạt động khá đơn giản với việc phát ra một tia sáng và khi có một vật cản trở tia sáng thì cảm biến sẽ xuất tín hiệu OUTPUT relay. Tuy nhiên, cảm biến quang lại có hai loại : cảm biến quang phản xạ gương và cảm biến quang thu phát. Chúng ta cùng tìm hiểu khi nào sử dụng phản xạ gương và khi nào sử dụng thu phát nhé.

Cảm biến quang phản xạ gương

Cảm biến quang phản xạ gương bao gồm một bộ phát và thu ánh sáng ngay trên cùng 1 cảm biến. Đi kèm là một tấm gương hoặc phản quang nhằm mục đích phả xạ lại ánh sáng phát ra từ đầu cảm biến.

Nguyên lý hoạt động : cảm biến luôn phát ra một tia sáng thẳng về phía trước. Khi gặp gương thì ánh sáng bị phản xạ ngược lại đầu thu ngay trên cảm biến. Lúc này cảm biến sẽ luôn báo trạng thái ON, khi có một cản đi qua thì sẽ làm mất tín hiệu phản hồi về. Khi đó cảm biến sẽ chuyển trạng thái ON thành OFF.

Tín hiệu ngõ ra ON – OFF được quy định theo loại cảm biến cần dùng. Có ba loại tín hiệu ngõ ra thường dùng là PNP – NPN và Namur.

Ưu điểm :

• Lắp đặt dễ dàng chỉ với 1 đầu cảm biến vừa thu vừa phát
• Phát hiện được các vật trong suốt, mờ, mỏng
• Khoảng cách làm việc khá xa có thể lên tới 20m
• Tiết kiệm dây dẫn và lắp đặt

Cảm biến quang thu phát

Cảm biến quang thu phát là loại không phản xạ hoạt động cần có đủ 2 con lắp đối diện nhau. Trong đó một con phát ra ánh sáng và một con thu lại ánh sáng. Khi có vật cản cắt ngang cảm biến sẽ chuyển từ trạng thái ON sang trạng thái OFF.

Ưu điểm :

• Không bị ảnh hưởng bởi bề mặt vật cản
• Sử dụng được cho mọi vật thể có màu sắc khác nhau
• Khoảng cách làm việc xa có thể tới 100m

Nguyên lý làm việc :

• Khi không có vật cản : cảm biến 1 phát ánh sáng, cảm biến 2 thu ánh sáng. Việc thu và phát liên tục nhau, tín hiệu báo trạng thái ON.
• Khi có vật cản : cảm biến 1 phát ánh sáng, cảm biến 2 KHÔNG thu được ánh sáng. Việc ánh sáng bị cản trở bởi vật che chắn sẽ được cảm biến 2 báo động bằng cách chuyển trạng thái ON thành OFF.

Ứng dụng : cảm biến quang thu phát được sử dụng trong các môi trường có tính phản xạ ánh sáng cao hoặc các bề mặt hấp thụ ánh sáng mạnh. Các loại cảm biến phản xạ gương thu phát chung không đáp ứng được.

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán là loại cảm biến có bộ thu và phát chung thường được sử dụng để phát hiện các vật thể trong các hệ thống máy tự động hoá.

Đặc điểm : dễ bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và khoảng cách tối đa là 2m.

Nguyên lý hoạt động:

• Khi không có vật cản : ánh sáng không phản xạ về vị trí thu hoặc bề mặt vật không phản xạ về vị trí thu. Cảm biến báo trạng thái ON.
• Khi có vật cản : cảm biến phát ánh sáng ra liên tục từ bộ phát. Khi gặp vật cản ánh sáng bị phản xạ lại về vị trí thu trên cảm biến.

Cảm biến quan phản xạ khuếch tán được sử dụng rộng rãi trong các chi tiết máy hoặc trên các dây chuyền sản xuất để đếm sản phẩm hoặc phân loại sản phẩm.

Ưu nhược điểm cảm biến quang

Ưu điểm

• Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc. Khoảng cách xa nhất có thể tới 100m
• Tuổi thọ cao, ổn định và chính xác cao cũng như ít bị hao mòn theo thời gian
• Phát hiện được phần lớn các vật chất rắn
• Thời gian đáp ứng nhanh & có thể tuỳ chỉnh được độ nhạy theo mong muốn
• Có nhiều nhà cung cấp khác nhau

Nhược điểm

• Cảm biến báo ảo khi dính bụi bẩn trên bề mặt
• Cảm biến quang chỉ hoạt động trong một vài điều kiện cụ thể cho từng loại. Màu sắc và độ phản xạ phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của cảm biến.
• Cần phải có kinh nghiệm để chọn đúng loại cho từng ứng dụng cụ thể

Ứng dụng của cảm biến quang

• Đếm sản phẩm trên băng tải
• Kiểm tra sản phẩm lỗi
• Đo độ dày của bề mặt vật thể
• Phát hiện nhãn dán trên bao bì
• Kiểm soát an toàn khi đóng – mở cửa nhà xe
• Bật – tắt vòi rửa xe
• Phát hiện người – vật đi qua cửa
• Sử dụng cho các bãi giữ xe tự động
• Kiểm tra vị trí chi tiết máy có đúng hay chưa

Mua cảm biến quang cần lưu ý gì?

Để mua cảm biến quang ngoài kiến thức về cảm biến quang và các loại cảm biến quang thường dùng. Bạn cần biết các thông số cơ bản của cảm biến quang để có sự lựa chọn chính xác. Các thông số cơ bản của cảm biến quang như sau:

• Loại: Thu – phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán
• Nguồn cấp: 12-24VDC, 24-240VAC ±10% 50/60Hz, 24-240VDC ±10%(Ripple P-P:Max. 10%)
• Khoảng cách phát hiện: 15m (Loại thu – phát); 0.1~3m, 0.1~5m (phản xạ gương); 700mm (phản xạ khuếch tán)
• Độ trễ: Lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức (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

Các lưu ý khi sử dụng cảm biến quang

• Khi lắp đặt cần tránh xa các thiết bị có thể phát ra nhiệt như máy lạnh, máy tính, động cơ điện … vì các thiết bị này phát ra nhiệt làm nhiễu cảm biến & tất nhiên nó sẽ hoạt động không chính xác.
• Không nên lắp ngoài trời vị cảm biến không có khả năng chịu được mưa nắng dù không trực tiếp tiếp xúc với mưa nắng. Vỏ của cảm biến thường làm bằng nhựa chính vì thế rất dễ bị giòn & hỏng dần theo thời gian.
• Tránh xa hướng ánh sáng mặt trời trực tiếp vào khu vực đo của cảm biến. Ánh sáng mặt trời có bức xạ hồng ngoại mạnh nên làm cho sensor bị nhiễu.
• Không lắp dây tín hiệu cảm biến chung với dây điện nguồn. Bởi dây nguồn chịu tải lớn sẽ phát sinh ra nhiệt, nhiệt độ lại ảnh hưởng tới kết quả của thiết bị đo.
• Cảm biến quang nên được lắp chắn cố định, tránh rung động giúp sensor hoạt động ổn định.
• Đối với ứng dụng chống trộm cần lắp nơi có khả năng kẻ trộm đi qua, quét với diện rộng & lắp nơi kín đáu để không bị phát hiện.
• Kiểm tra hoạt động của đầu thu phát thường xuyên
• Lắp đặt đúng kỹ thuật của nhà sản xuất để đam bảo thiết bị hoạt động trong điều kiện tốt nhất.

Cách đấu cảm biến quang

Cảm biến quang có tín hiệu ngõ ra dạng PNP hoặc NPN. Cả hai đều 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 ea 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 ).

Tóm lại :

Cảm biến quang được xem như là mắt thần trong sản xuất công nghiệp với 3 loại cảm biến : cảm biến phản xạ gương, cảm biến thu phát và cảm biến phản xạ khuếch tán. Thông qua ưu nhược điểm cảm biến quang chúng ta lựa chọn các loại cảm biến sao cho phù hợp với từng ứng dụng. Tôi mong rằng các chia sẻ của mình sẽ giúp ít cho các bạn đang tìm hiểu về cảm biến quang.

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hoà

Mobi : 0937.27.55.66

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn