Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về ba loại cảm biến quang chính: xuyên thấu (through-beam), phản xạ ngược (retroreflective) và khuếch tán (diffused).

Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang là một thiết bị sử dụng ánh sáng để phát hiện sự hiện diện hoặc không có của một vật thể.

Ứng dụng của cảm biến quang điện

Cảm biến quang có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực và ngành công nghiệp khác nhau. Ví dụ, chúng có thể được sử dụng để phát hiện các vật thể hoặc hướng của một vật thể trên dây chuyền sản xuất, chúng có thể được sử dụng để đếm và chúng cũng có thể được sử dụng để dừng một cánh cửa đóng tự động.

Cảm biến quang được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, thực phẩm, vận tải và xử lý vật liệu.

Chúng có thể được sử dụng để phát hiện hầu hết các vật liệu như kim loại, nhựa và gỗ. Chúng thậm chí có thể phát hiện các vật thể trong suốt như kính, nhựa và chất lỏng tùy thuộc vào loại cảm biến.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang điện

Nguyên lý hoạt động cơ bản của cảm biến quang là cảm biến phát ra một chùm ánh sáng từ bộ phận phát của cảm biến, và chùm ánh sáng này đi đến bộ phận thu ánh sáng của cảm biến.

Các loại cảm biến quang điện

Tùy thuộc vào loại cảm biến, ánh sáng có thể đi trực tiếp đến bộ thu của cảm biến hoặc có thể đi đến bộ phản xạ hoặc vật thể rồi quay trở lại bộ thu. Chúng ta sẽ đi sâu vào chi tiết hơn về điều này khi giải thích từng loại cảm biến quang.

1) Cảm biến quang điện xuyên thấu (Through-beam photoelectric sensor)

Đầu tiên, chúng ta sẽ nói về cảm biến quang xuyên thấu. Cảm biến quang xuyên thấu có bộ phát và bộ thu trong các thành phần riêng biệt của chúng.

Để cảm biến quang xuyên thấu hoạt động, bộ phát và bộ thu phải được hướng vào nhau và được căn chỉnh.

Khi chúng được căn chỉnh và không có gì chặn ánh sáng, đầu ra của cảm biến quang sẽ bật.

Nếu bạn đặt thứ gì đó giữa bộ phát và bộ thu để chặn ánh sáng, đầu ra của cảm biến quang sẽ tắt.

Đầu ra của cảm biến quang là tín hiệu từ cảm biến đến PLC. Tùy thuộc vào cảm biến quang, đầu ra có thể là tín hiệu dương hoặc tín hiệu âm.

Loại tín hiệu đầu ra cảm biến quang mà bạn sẽ sử dụng phụ thuộc vào loại thẻ đầu vào PLC mà cảm biến được kết nối với.

Ví dụ:

• Nếu cảm biến là PNP, nghĩa là nó có tín hiệu đầu ra dương, dây đầu ra của cảm biến sẽ phải được kết nối với thẻ đầu vào chìm (sinking input card).
• Nếu cảm biến là NPN, tín hiệu đầu ra là âm và dây đầu ra sẽ cần được kết nối với thẻ đầu vào nguồn (sourcing input card).

Chế độ sáng-bật / tối-bật

Một số cảm biến quang có công tắc chọn chế độ sáng-bật / tối-bật. Với công tắc này, bạn có thể thay đổi thời điểm đầu ra của cảm biến bật và tắt.

• Trong chế độ sáng-bật, đầu ra của cảm biến quang sẽ bật khi ánh sáng có thể đến được bộ thu và tắt khi ánh sáng bị chặn và không đến được bộ thu.
• Trong chế độ tối-bật, đầu ra của cảm biến quang sẽ bật khi ánh sáng bị chặn và không đến được bộ thu và tắt khi ánh sáng đến được bộ thu.

Khoảng cách phát hiện

Cảm biến quang xuyên thấu có khoảng cách phát hiện xa hơn so với cảm biến quang phản xạ ngược và khuếch tán. Điều này là do ánh sáng chỉ phải đi theo một hướng để đi từ bộ phát đến bộ thu.

Một số nhược điểm của việc sử dụng cảm biến quang xuyên thấu so với việc sử dụng cảm biến phản xạ ngược hoặc khuếch tán là chúng có giá cao hơn một chút, chúng yêu cầu nhiều chỗ hơn để lắp đặt chính xác và chúng không phát hiện tốt các vật thể trong suốt mỏng.

Cảm biến quang xuyên thấu có giá cao hơn vì chúng có hai thành phần yêu cầu hai cáp và hai giá đỡ, đây cũng là lý do tại sao chúng chiếm nhiều diện tích hơn.

Chúng không phát hiện tốt các vật thể trong suốt mỏng vì ánh sáng có thể đi thẳng qua vật thể đến bộ thu sáng.

Cảm biến quang phản xạ ngược (Retroreflective photoelectric sensor)

Cảm biến quang phản xạ ngược có bộ phát sáng và bộ thu sáng được đặt cùng nhau trong cùng một bộ phận.

Để cảm biến quang phản xạ ngược hoạt động, bộ phát sáng của cảm biến quang cần được hướng vào một tấm phản xạ và căn chỉnh, để ánh sáng đi từ bộ phát sáng của cảm biến quang đến tấm phản xạ và sau đó phản xạ trở lại bộ thu sáng của cảm biến.

Tín hiệu đầu ra của cảm biến quang phản xạ ngược hoạt động tương tự như tín hiệu đầu ra của cảm biến quang xuyên thấu. Tín hiệu bật nếu ánh sáng không bị chặn và tín hiệu tắt nếu ánh sáng bị chặn.

Cảm biến quang phản xạ ngược cũng có thể có công tắc chọn chế độ sáng-tắt / tối-tắt để thay đổi thời điểm tín hiệu đầu ra của cảm biến bật.

Cảm biến quang phản xạ ngược có khoảng cách phát hiện ngắn hơn so với cảm biến quang xuyên thấu. Điều này là do ánh sáng phải di chuyển đến một tấm phản xạ và sau đó trở lại cảm biến thay vì chỉ di chuyển thẳng đến bộ thu sáng.

Một số nhược điểm của việc sử dụng cảm biến quang phản xạ ngược là bạn phải lắp đặt cảm biến với một tấm phản xạ, nếu vật thể sáng bóng, nó có thể bật tín hiệu đầu ra của cảm biến quang thay vì tấm phản xạ và chùm tia sáng không được tập trung như chùm tia sáng của cảm biến xuyên thấu.

Nếu vật thể sáng bóng, bạn có thể thử điều chỉnh góc của cảm biến quang và tấm phản xạ so với vật thể.

Cảm biến quang khuếch tán (Diffused photoelectric sensor)

Cảm biến quang khuếch tán có bộ phát sáng và bộ thu sáng được đặt cùng nhau trong cùng một bộ phận.

Để cảm biến quang khuếch tán hoạt động, bộ phát sáng của cảm biến quang cần được hướng vào một vật thể để ánh sáng đi từ bộ phát sáng của cảm biến đến vật thể và sau đó phản xạ trở lại bộ thu sáng của cảm biến.

Tín hiệu đầu ra của cảm biến quang khuếch tán hoạt động tương tự như tín hiệu đầu ra của cảm biến quang xuyên thấu và cảm biến quang phản xạ ngược.

Cảm biến quang khuếch tán cũng có thể có công tắc chọn chế độ sáng-tắt / tối-tắt để thay đổi thời điểm tín hiệu đầu ra của cảm biến bật.

Nhược điểm chính của việc sử dụng cảm biến quang khuếch tán là nó có khoảng cách phát hiện ngắn nhất trong ba loại cảm biến. Bởi vì tùy thuộc vào hình dạng, kích thước và màu sắc của vật thể, nó có thể không phản xạ ánh sáng trở lại bộ thu sáng của cảm biến rất tốt.

Kết luận

Tóm lại, bằng cách đọc bài viết này, bạn đã tìm hiểu về ba loại cảm biến quang điện tử cơ bản:

• Xuyên thấu (Through-Beam)
• Phản xạ ngược (Retroreflective)
• Khuếch tán (Diffuse)

Bạn đã tìm hiểu được rằng tất cả ba loại cảm biến đều sử dụng ánh sáng để phát hiện vật thể và tất cả ba loại cảm biến đều có tín hiệu đầu ra kích hoạt đầu vào PLC.

Khi lựa chọn một loại cảm biến quang điện tử, điều quan trọng là phải xem xét khoảng cách phát hiện cần thiết, hình dạng, kích thước và màu sắc của vật thể cần phát hiện, cũng như chi phí và yêu cầu về không gian lắp đặt.