Cảm biến quang là gì? Tìm hiểu cấu tạo, ưu - nhược, cơ chế hoạt động và ứng dụng của cảm biến quang

Cảm biến quang là một thiết bị sử dụng ánh sáng để phát hiện sự hiện diện của vật thể. Chúng là một thành phần quan trọng trong thế giới công nghiệp hiện đại, được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm phát hiện vật thể, đo khoảng cách, đo tốc độ, kiểm soát hành trình, phân loại, đếm sản phẩm và nhận dạng màu sắc. Cùng tìm hiểu chi tiết xem cảm biến quang là gì? Nguyên lý hoạt động, ưu và nhược của cảm biến quang cũng sẽ được trình bày trong bài viết sau.

Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang là gì? Cảm biến quang, hay còn được gọi là Photoelectric sensor trong tiếng Anh, là một công nghệ thông minh sử dụng tia sáng để theo dõi và đo lường các thay đổi trong môi trường xung quanh. Thông qua việc phát tia sáng và đo tín hiệu phản xạ, cảm biến quang không chỉ có khả năng phát hiện vật thể từ xa mà còn có thể đo lường khoảng cách và theo dõi tốc độ di chuyển của chúng. Điều này giúp cảm biến quang trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong việc kiểm soát quá trình sản xuất và tăng cường hiệu suất làm việc.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang

Hiểu được cảm biến quang là gì qua định nghĩa trên rồi, tiếp theo đây chúng ta sẽ xem nguyên lý hoạt động của cảm biến quang như thế nào nhé!

Cảm biến quang là một loại cảm biến sử dụng ánh sáng để phát hiện, đo lường và nhận biết các thông tin về môi trường xung quanh. Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang dựa trên sự tương tác giữa ánh sáng và các vật chất. Cảm biến quang phát ra ánh sáng và khi có vật cản làm ngăn cản ánh sáng, cảm biến quang sẽ kích hoạt tín hiệu đầu ra relay (Output Relay). Cùng tìm hiểu cách hoạt động chi tiết của 3 loại cảm biến: cảm biến quang phản xạ gương, cảm biến quang thu phát và cảm biến quang phản xạ khuếch tán.

Cảm biến quang phản xạ gương (retro - reflection sensor)

Cảm biến quang phản xạ gương là một loại cảm biến quang có bộ phát và bộ thu ánh sáng được tích hợp trên cùng một thiết bị. Nó được sử dụng để phát hiện sự có mặt hoặc vắng mặt của vật cản trong một không gian cụ thể. Cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý rằng nó luôn phát ra một tia sáng thẳng về phía trước.

Khi tia sáng gặp một tấm gương hoặc bề mặt phản xạ, ánh sáng sẽ bị phản xạ ngược lại và đến bộ thu trên cảm biến. Khi đó, cảm biến sẽ nhận được tín hiệu phản hồi và trạng thái của nó sẽ là ON (hoạt động). Tuy nhiên, khi có một vật cản nào đó đi qua và làm mất đi tín hiệu phản hồi, cảm biến sẽ chuyển trạng thái từ ON thành OFF (không hoạt động).

Tín hiệu ngõ ra của cảm biến quang phản xạ gương thường được quy định theo loại cảm biến được sử dụng. Có ba loại tín hiệu ngõ ra phổ biến là PNP, NPN và Namur.

Cảm biến quang phản xạ gương có một số ưu điểm như sau:

• Lắp đặt đơn giản chỉ với một đầu cảm biến vừa thu vừa phát ánh sáng.
• Có khả năng phát hiện các vật trong suốt, mờ hoặc mỏng.
• Khoảng cách làm việc có thể lên đến 20m, cho phép phát hiện từ xa.
• Tiết kiệm dây dẫn và dễ dàng trong việc lắp đặt.

Cảm biến quang thu phát (through - beam sensor)

Một trong những loại cảm biến quang phổ biến là cảm biến quang thu phát, gồm hai thành phần là một bộ phát ánh sáng và một bộ thu ánh sáng. Hai thành phần này được đặt đối diện nhau và hoạt động cùng nhau.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang thu phát như sau: Khi không có vật cản, cảm biến phát ra ánh sáng và đồng thời thu lại ánh sáng. Quá trình phát và thu diễn ra liên tục, và trạng thái của cảm biến được xác định là ON. Tuy nhiên, khi có vật cản xuất hiện và cắt ngang giữa hai cảm biến, cảm biến thu sẽ không nhận được ánh sáng. Điều này cho biết rằng ánh sáng đã bị che chắn bởi vật cản, và trạng thái của cảm biến chuyển từ ON sang OFF.

Cảm biến quang thu phát có một số ưu điểm như sau:

• Không bị ảnh hưởng bởi bề mặt vật cản, vì nó phát hiện dựa trên sự cắt ngang của ánh sáng.
• Có khả năng phát hiện các vật thể có màu sắc khác nhau.
• Có thể hoạt động ở khoảng cách xa, thậm chí lên đến 100m.

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán (diffuse reflection sensor)

Một loại cảm biến quang phổ biến là cảm biến quang phản xạ khuếch tán, nơi bộ phát và bộ thu được tích hợp trong cùng một thiết bị.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang phản xạ khuếch tán như sau: 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. Trạng thái của cảm biến được xác định là ON. Tuy nhiên, khi có vật cản xuất hiện, cảm biến sẽ liên tục phát ánh sáng từ bộ phát. Khi ánh sáng gặp vật cản, nó sẽ bị phản xạ lại và đến vị trí thu trên cảm biến. Điều này cho biết rằng có một vật cản hiện diện, và trạng thái của cảm biến được chuyển sang OFF.

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán có một số đặc điểm như sau: Nó dễ bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và khoảng cách tối đa mà nó có thể hoạt động là 2m.

Ứng dụng của cảm biến quang

Cảm biến quang có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của cảm biến quang:

• Đếm sản phẩm trên băng tải: Cảm biến quang được sử dụng để đếm số lượng sản phẩm khi chúng di chuyển trên băng tải trong quy trình sản xuất.
• Kiểm tra sản phẩm lỗi: Cảm biến quang có thể được sử dụng để phát hiện các sản phẩm lỗi trong quá trình sản xuất, như sự thiếu hụt hoặc hỏng hóc.
• Đo độ dày của bề mặt vật thể: Cảm biến quang có thể được sử dụng để đo độ dày của vật thể, ví dụ như các tấm kim loại hoặc các lớp sơn.
• Phát hiện nhãn dán trên bao bì: Cảm biến quang có thể được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của nhãn dán trên bao bì, đảm bảo tính đầy đủ và chính xác của sản phẩm.
• Kiểm soát an toàn khi đóng - mở cửa nhà xe: Cảm biến quang có thể được sử dụng để phát hiện sự có mặt của người hoặc vật khi cửa nhà xe đóng - mở, đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động.
• Bật - tắt vòi rửa xe: Cảm biến quang có thể được sử dụng để phát hiện sự có mặt của xe và kích hoạt vòi rửa xe tự động.
• Phát hiện người - vật đi qua cửa: Cảm biến quang có thể được sử dụng để phát hiện khi có người hoặc vật đi qua một khu vực cụ thể, như cửa ra vào hoặc hành lang.
• Sử dụng cho các bãi giữ xe tự động: Cảm biến quang có thể được sử dụng để kiểm soát và theo dõi việc đỗ xe trong các bãi giữ xe tự động.
• Kiểm tra vị trí chi tiết máy có đúng hay không: Cảm biến quang có thể được sử dụng để kiểm tra xem các chi tiết máy móc có đúng vị trí hay không trong quá trình lắp ráp hoặc sản xuất.

Như vậy, cảm biến quang có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như sản xuất, kiểm soát chất lượng, an toàn và tự động hóa. Các ứng dụng này giúp cải thiện hiệu suất và đảm bảo tính chính xác trong quá trình làm việc.

Những ưu và nhược điểm của cảm biến quang

Ưu điểm của cảm biến quang

• Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc: Cảm biến quang có khả năng phát hiện và đo lường vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp với nó. Điều này giúp tránh việc gây hỏng hóc hoặc làm rơi vật thể trong quá trình đo lường.
• Khoảng cách hoạt động xa: Cảm biến quang có thể hoạt động ở khoảng cách xa, với khoảng cách tối đa có thể lên đến 100m. Điều này cho phép ứng dụng trong nhiều môi trường khác nhau.
• Tuổi thọ cao và ổn định: Cảm biến quang có tuổi thọ cao và ổn định, với khả năng chịu được môi trường làm việc khắc nghiệt và ít bị hao mòn theo thời gian.
• Phát hiện được phần lớn các vật chất rắn: Cảm biến quang có khả năng phát hiện và đo lường phần lớn các vật chất rắn, bao gồm kim loại, nhựa, gỗ, giấy và nhiều vật liệu khác.
• Thời gian đáp ứng nhanh và có thể tuỳ chỉnh độ nhạy: Cảm biến quang có thời gian đáp ứng nhanh, cho phép phát hiện và đo lường trong thời gian ngắn. Ngoài ra, độ nhạy của cảm biến có thể được điều chỉnh để phù hợp với yêu cầu cụ thể của ứng dụng.
• Đa dạng nhà cung cấp: Cảm biến quang có nhiều nhà cung cấp khác nhau, cung cấp sự linh hoạt trong việc lựa chọn và mua sắm cảm biến.

Nhược điểm của cảm biến quang

• Cảm biến báo ảo khi dính bụi bẩn: Cảm biến quang có thể báo hiệu sai khi có bụi bẩn hoặc vết bẩn trên bề mặt của nó. Điều này có thể làm giảm độ chính xác của cảm biến.
• Hoạt động trong điều kiện cụ thể: Cảm biến quang chỉ hoạt động tốt trong một số điều kiện cụ thể cho từng loại. Hiệu suất của cảm biến có thể phụ thuộc vào màu sắc và độ phản xạ của vật thể, đồng thời cần phải được xác định và đặt chính xác cho từng ứng dụng.
• Đòi hỏi kinh nghiệm để lựa chọn đúng loại: Vì có nhiều loại cảm biến quang khác nhau, việc lựa chọn đúng loại cho từng ứng dụng cụ thể yêu cầu sự hiểu biết và kinh nghiệm.

Tóm lại, cảm biến quang có nhiều ưu điểm như phát hiện không tiếp xúc, khoảng cách hoạt động xa, tuổi thọ cao, phát hiện được nhiều vật chất rắn, thời gian đáp ứng nhanh và có thể tuỳ chỉnh độ nhạy. Tuy nhiên, cảm biến cũng có nhược điểm như báo ảo khi dính bụi bẩn, hoạt động trong điều kiện cụ thể và đòi hỏi kinh nghiệm để lựa chọn đúng loại cảm biến.

Tạm kết

Sau khi tìm hiểu cảm biến quang là gì, chúng ta cũng đã hiểu được tại sao nó được xem như "mắt thần" trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, bao gồm ba loại chính: cảm biến phản xạ gương, cảm biến thu phát và cảm biến phản xạ khuếch tán. Qua việc phân tích ưu và nhược điểm của mỗi loại cảm biến, bạn có thể tự lựa chọn loại phù hợp nhất với từng ứng dụng cụ thể. Hy vọng rằng thông tin chia sẻ này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cảm biến quang và hỗ trợ trong quá trình tìm hiểu về công nghệ này.

Xem thêm

QOS là gì? Khám phá những cơ sở ứng dụng QOS nhằm điều chỉnh băng thông hiệu quả

Vmware Esxi là gì? Tìm hiểu những điểm khác biệt tiêu biểu giữa VMware ESX và ESXi

Mainboard là gì? Tìm hiểu cấu tạo, chức năng và tiêu chí chọn Mainboard chất lượng, phù hợp

Vivo là thương hiệu smartphone được ưa chuộng hiện nay với thiết kế đẹp, camera chụp hình "xịn sò" cùng các công nghệ tiên tiến, tiện lợi, đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng của nhiều người dùng. Tại FPT Shop, bạn sẽ được trải nghiệm đa dạng các mẫu smartphone Vivo chính hãng với mức giá ưu đãi hấp dẫn. Đặc biệt, FPT Shop còn mang đến cho bạn nhiều chương trình khuyến mãi hấp dẫn, giúp bạn tiết kiệm thêm chi phí khi mua sắm! Xem qua sản phẩm tại đây:

Smartphone Vivo