Cảm biến quang là gì? Ứng dụng nổi bật

Để phát hiện ra các vật thể từ xa và chuyển đổi thành tín hiệu điện trong những điều kiện thiếu ánh sáng hoặc ứng dụng trong các nghiệp vụ an ninh, người ta thường sử dụng cảm biến quang.

Vậy cảm biến quang này là gì? Có nguyên lý hoạt động ra sao? Có những ứng dụng quan trọng nào? Cùng tìm hiểu với CNSG trong bài viết này nhé!

Cảm biến quang là gì?

• Cảm biến quang trong tiếng Anh còn được gọi là Photoelectric sensor, là thiết bị cảm biến được tạo thành do các linh kiện quang điện. 
• Cảm biến quang là một thiết bị hoạt động bằng nguyên tắc phát ra chùm tia sáng chiếu vào vật thể ở dạng tần số khiến chúng thay đổi tính chất khi cần phát điện. Khi vật thể đi qua cũng sẽ ảnh hưởng đến tần số của bộ thu sáng. 
• Dựa vào hiện tượng phát xạ điện tử ở cực Cathode trong cấu tạo của cảm biến quang, phần tín hiệu quang sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện khi có một nguồn ánh sáng chiếu vào.
• Với tính năng đặc biệt có thể phát hiện các vật thể từ xa, hỗ trợ đo lường khoảng cách đến các vật thể và tốc độ di chuyển của đối tượng đó.
• Ngày nay, cảm biến quang có nhiều ứng dụng quan trọng, được sử dụng rộng rãi ở nhiều xí nghiệp, nhà máy trong công nghiệp. 

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến quang

Cấu tạo của cảm biến quang

Cấu tạo của một cảm biến quang hoàn chỉnh được cấu thành từ 3 bộ phận chính đó là bộ thu ánh sáng, bộ phát ánh sáng và bo mạch xử lý tín hiệu điện.

• Bộ phận thu sáng: bộ phận thu sáng này là bộ phận thực hiện chức năng tiếp nhận ánh sáng sau đó sẽ truyền tín hiệu đến bộ phận xử lý.
• Bộ phát ánh sáng: bộ phận phát ánh sáng này đảm nhận vị trí cảm biến quang nhiệt, phát ra ánh sáng dạng xung. Tần số ánh sáng được thiết kế riêng biệt tùy thuộc vào từng hãng sản xuất khác nhau. Bộ phận phát ánh sáng này bổ trợ cho bộ phận thu ánh sáng giúp thiết bị có thể phân biệt nguồn sáng từ cảm biến và nhiều nguồn khác.
• Mạch xử lý tín hiệu điện: Bộ phận mạch xử lý này sẽ tiếp nhận tín hiệu từ bộ phận thu sáng và chuyển tín hiệu theo tỉ lệ tranzito thành chế độ ON/OFF, tín hiệu này có độ khuếch đại rộng hơn.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang

Bộ phận phát sáng trong cấu tạo của cảm biến quang sẽ phát ra ánh sáng dưới dạng tần số, từ đó bộ phận thu sáng sẽ tiếp nhận ánh sáng đó và phân loại chuyển đến bộ phận xử lý tín hiệu điện. Ở đây tín hiệu sẽ được chuyển đổi theo tỉ lệ tranzito thành hai chế độ ON/OFF. Và tín hiệu được dùng nhất là NPN, PNP.

Xem thêm:

• Cảm biến nhiệt là gì? Lưu ý khi lắp đặt cảm biến nhiệt
• Cảm biến áp suất là gì? Cách chọn mua CHUẨN NHẤT

Các loại cảm biến quang

Cảm biến quang phản xạ gương

• Loại cảm biến quang phản xạ gương này có bộ phận phát và thu ánh sáng trên cùng một thiết bị kết hợp cùng gương phản xạ. 
• Gương phản xạ trong cấu tạo của loại cảm biến này là một lăng kính có thiết kế rất đặc biệt. Cảm biến quang này có thể phát hiện được các vật thể trong suốt hoặc mờ ở cự ly nằm trong khoảng 15m.
• Cảm biến quang phản xạ gương này hoạt động theo hai trạng thái có vật cản và không có vật cản. Bộ phận phát sáng sẽ phát ra ánh sáng đến gương. Trong trường hợp không có vật cản thì gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng, còn nếu có vật cản thì tần số ánh sáng phản xạ sẽ bị thay đổi hoặc có thể làm mất đi ánh sáng.

Xem thêm:

• Cảm biến hồng ngoại là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
• Phân loại, nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán

• Thiết bị cảm biến quang phản xạ khuếch tán này sẽ có bộ thu và bộ phát chung. Thiết bị này dễ bị ảnh hưởng bởi màu sắc và bề mặt. Cảm biến quang thường được sử dụng cho các hệ thống máy tự động để phát hiện vật thể và giám sát các thiết bị. 
• Thiết bị cảm biến quang này cũng được hoạt động theo hai trạng thái có vật cản và không có vật cản. 
• Khi có vật cản thì cảm biến phát sáng liên tục đến bề mặt vật cản, ánh sáng sẽ đi ngược về vị trí thu sáng của thiết bị. Khi không có vật cản thì ánh sáng không phản xạ lại vị trí thu sáng, bề mặt cũng sẽ không phản xạ ánh sáng về vị trí thu.

Cảm biến quang thu phát độc lập

• Đây là loại cảm biến quang không có tính phản xạ, chỉ có thể hoạt động khi có một con phát sáng và một con thu sáng được đặt đối diện nhau. 
• Với loại này thường không bị ảnh hưởng tới các tác động khác như màu sắc hay bề mặt. Khoảng cách phát hiện ra vật thể lên tới 60m.
• Chúng hoạt động theo hai trạng thái là có vật cản và không có vật cản. Ở trạng thái không có vật cản hiện tượng phát và thu xảy ra liên tục do đó dễ dàng tiếp nhận nhau. Ở trạng thái có vật cản thì bộ phận phát sáng vẫn hoạt động bình thường nhưng bộ phận thu sáng thì không tiếp nhận được ánh sáng do có vật cản.
• Loại cảm biến quang thu phát độc lập được ưa dùng trong môi trường có phản xạ ánh sáng cao.

Cảm biến quang phát hiện màu sắc

• Thiết bị cảm biến quang phát hiện màu sắc này được sử dụng để cảm biến và nhận dạng màu sắc do đó được cài đặt theo lập trình sẵn để nhận dạng được các loại màu sắc khác nhau.
• Chúng được hoạt động giống như cảm biến quang phản xạ khuếch tán nhưng cảm biến hoạt động chọn lọc, chỉ phát tín hiệu khi nhận ra đúng màu đã được lập trình.

Ứng dụng của cảm biến quang

Ngày nay, cảm biến quang là thiết bị chuyên dụng và được dùng khá phổ biến từ trong cuộc sống đến công nghiệp. Một số ví dụ trong thực tế như:

• Các hoạt động sản xuất trong công nghiệp: quá trình đóng hộp, chai cho các sản phẩm; di chuyển các sản phẩm trong dây chuyền băng tải; kiểm tra các sản phẩm thiếu tem, nhãn; kiểm tra sản phẩm trong quá trình rửa,…
• Đảm bảo an ninh và an toàn cho các hệ thống: phát hiện xe trong bãi giữ, hệ thống nhà xe, kiểm soát người và vật thể qua lại đối với các cổng an ninh,…
• Hệ thống nước tự động khi xuất hiện vật thể,…