Cảm Biến Quang Là Gì? Cấu Tạo, Phân Loại & Nguyên Lý Hoạt Động

Cảm biến quang là gì? Chắc hẳn ở đây nhiều người còn thắc mắc về loại cảm biến này và những thông tin liên quan, ứng dụng trong đời sống. Do đó, hãy cùng công ty nhà thông minh AiSmartHome cùng khám phá trong bài viết này nhé.

Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang là một thiết bị sử dụng các linh kiện quang điện. Khi có sự tiếp xúc ánh sáng, thiết bị này sẽ thay đổi trạng thái dựa vào hiện tượng phát xạ điện tử ở cực Cathode. Tín hiệu quang điện sẽ chuyển đổi thành tín hiệu điện giúp cho cảm biến quang phát hiện sự hiện diện của vật thể.

Cảm biến này có thể phát hiện các vật thể ở vị trí xa, đo lường chính xác khoảng cách các vật thể và tốc độ di chuyển của các vật thể đó. Nên cảm biến quang có vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp tự động hóa như kiểm soát quá trình sản xuất, đo lường các thông số quan trọng. 

Ưu và nhược điểm của cảm biến quang

Sau đây là một số ưu điểm và nhược điểm của cảm biến quang, mà mọi người có nắm khi sử dụng chúng. Gồm các nội dung như sau

Ưu điểm của cảm biến quang

Các ưu điểm nổi bật của cảm biến quang được nhiều người đánh giá và biết đến như:

• Có khả năng phát hiện vật thể ở xa với khoảng cách lên đến 100m mà không cần tiếp xúc với vật thể đó trực tiếp.
• Cảm biến cho độ chính xác cao, ít bị hao mòn, độ bền cao, khả năng hoạt động ổn định.
• Cho phép phát hiện nhiều vật thể khác nhau cùng một lúc.
• Cảm biến có độ nhạy cao, dễ dàng tùy chỉnh, khả năng phản hồi kết quả nhanh chóng.

Nhược điểm của cảm biến quang

Bên cạnh những ưu điểm, cảm biến quang còn tồn tại một số nhược điểm như sau:

• Khả năng hoạt động của cảm biến dễ bị ảnh hưởng bởi bị bề mặt bị bụi bám dính, khả năng chống bụi chưa cao
• Việc có nhiều yếu tố màu sắc, khả năng phản xạ ánh sáng của cảm biến sẽ làm ảnh hưởng đến hoạt động của cảm biến.

Cấu tạo của cảm biến quang

Cảm biến quang được tạo thành bởi ba bộ phận chính gồm có: Bộ phận phát sáng, bộ phận thu sáng, bộ phận mạch xử lý tín hiệu đầu ra.

Bộ phận phát sáng

Bộ phận phát sáng đảm nhiệm chức năng cảm biến quang nhiệt, phát ra các ánh sáng xung quanh cảm biến. Tùy thuộc vào từng loại cảm biến và các nhà sản xuất khác nhau thì sẽ có tần số ánh sáng riêng biệt. Bộ phận này hỗ trợ cho bộ phận thu ánh sáng phân biệt nguồn ánh sáng từ các nguồn khác nhau và từ cảm biến.

Bộ phận thu sáng

Bộ phận thu ánh sáng có chức năng thu và tiếp nhận ánh sáng, sau đó chuyển ánh sáng thu được thành tín hiệu truyền đến bộ phận xử lý. Với nhiệm vụ thu sáng, bộ phận này được xem là có vai trò quan trọng hàng đầu giúp cho cảm biến có thể nhận diện và phát hiện được vật thể chính xác hơn cho dù khoảng cách ở xa.

Bộ phận mạch xử lý tín hiệu đầu ra

Bộ phận mạch xử lý tín hiệu đầu ra có chức năng tiếp nhận tín hiệu từ bộ phận nhận thu ánh sáng. Sau đó thực hiện chuyển đổi dữ liệu theo tỷ lệ tranzito thành chế độ ON/OFF. Khi lượng ánh sáng thu được vượt ngưỡng được xác định thì tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt.

Một số loại cảm biến thế hệ trước đó được tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra để làm tiếp điểm rơ-le (relay), tuy nhiên hiện nay, các cảm biến đều chủ yếu sử dụng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN). Một số cảm biến quang khác còn có cả tín hiệu ra phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.

Các loại cảm biến quang phổ biến

Cảm biến quang được chia thành nhiều loại khác nhau, sau đây là những loại cảm biến phổ biến gồm có.

Cảm biến quang phát hiện màu

Cảm biến quang phát hiện màu có khả năng nhận biết các vật thể đã được thiết lập sẵn cho thiết bị. Có hai chế độ hoạt động đó là chế độ phát hiện màu, chế độ phát hiện cả màu và cường sáng của màu sắc đó. Hiện nay cảm biến quang phát hiện màu được cải tiến giảm thiểu được các sai sót và khả năng phát hiện màu ổn định hơn. Cảm biến này thường được ứng dụng để đo lường các vật thể ở các phạm vi khác nhau như trong các lĩnh vực sản xuất, tự động hóa,..

Cảm biến quang thu phát độc lập

Cảm biến quang thu độc lập hay còn có tên gọi là cảm biến thu phát quang. Gồm có hai thiết bị chính đó là thiết bị phát ánh sáng và thiết bị thu ánh sáng. Với khả năng phát hiện vật thể ở khoảng cách lên đến 60m, cho kết quả chính xác, không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố màu sắc bề mặt đến hoạt động. Vì thế, cảm biến này được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong nhiều lĩnh vực.

Nguyên lý hoạt động: Cảm biến này có hai trạng thái hoạt động, khi có vật cản và không có vật cản. Khi không có vật cản, hai thiết bị của cảm biến sẽ hoạt động liên tục với nhau. Tuy nhiên, phát hiện có vật cản thì cảm biến vẫn phát sáng, nhưng thiết bị thu sẽ không thu được ánh sáng do có vật cản nằm ở giữa. Vì thế mà cảm biến xác định chính xác vật thể.

Cảm biến quang phản xạ gương

Cảm biến quang phản xạ gương gồm có hai bộ phận đó là bộ phận thu sáng và một gương phản xạ. Gương phản xạ hoạt động như một lăng kính, làm tăng độ nhạy cảm của cảm biến. Cảm biến này có khả năng phát hiện vật thể ở xa có khoảng cách tối đa 15m, có định dạng mờ, trong suốt. Cảm biến phản xạ gương này còn dễ dàng lắp đặt và mang lại sự tiết kiệm điện.

Cảm biến phản xạ gương hoạt động bằng cách phát ánh sáng từ bộ phận phát sáng đến gương phản xạ. Nếu không có sự xuất hiện của vật thể nào đó thì, gương sẽ phản xạ toàn bộ ánh sáng thu trở lại toàn bộ. Nhưng nếu có vật cản thì, tần số ánh sáng phản xạ sẽ thay đổi hoặc bị mất, nên làm cho cảm biến phát hiện được sự xuất hiện của vật thể và sự thay đổi của tần số ánh sáng.

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán có chức năng chính là phát hiện các vật thể trên các máy móc trong hệ thống tự động hóa công nghiệp. Cảm biến này chỉ cho phép phát hiện vật thể ở khoảng cách ngắn trong khoảng 2m. Nguyên lý hoạt động cũng như các loại cảm biến trên, gồm hai trạng thái hoạt động khi có vật cản và không có vật cản.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang

Cảm biến quang được hoạt động dựa trên nguyên lý phát ánh sáng từ bộ phận phát sáng, sau đó bộ phận thu sáng tiếp nhận ánh sáng và phân loại các ánh sáng thu được. Khi phân loại xong thì chuyển đến đến bộ phận xử lý tín hiệu điện, tín hiệu được xử lý theo tỷ lệ tranzito thành hai chế độ ON/OFF để phát hiện sự xuất hiện của vật thể.

Trong đó, tín hiệu ra được sử dụng phổ biến nhất là NPN và PNP để đảm bảo tính độc lập và hiệu quả cho thiết bị. Cảm biến quang có tính năng phát hiện vật thể từ xa và độ chính xác cao, do đó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và tự động hóa.

Một số ứng dụng của cảm biến quang trong thực tế

Cảm biến quang được ứng dụng nhiều trong thực tế lẫn trong quá trình sản xuất công nghiệp. Gồm một số ứng dụng nổi bật như:

• Trong nhà thông minh: Cảm biến quang được ứng dụng trên nhiều thiết bị nhà thông minh giúp cho các thiết bị hoạt động chính xác và hiệu quả hơn. Một số thiết bị được ứng dụng như hệ thống camera an ninh thông minh, hệ thống chống trộm,… Hoặc có thể điều khiển các thiết bị đèn tự động tắt bật theo cường độ ánh sáng mà cảm biến nhận diện được.
• Trong công nghiệp: Ứng dụng nhiều trong các dây chuyền sản xuất, quá trình đóng gói, đóng chai, kiểm tra các tem, nhãn, mác của các sản phẩm.
• Robot tự động hóa: Cảm biến quang được sử dụng để điều khiển các robot di chuyển, điều khiển robot tự động thực hiện các hoạt động chính xác và hiệu quả.
• Hệ thống an ninh và an toàn: Được ứng dụng để giám sát số người qua lại tại các cổng an ninh, bảo vệ tài sản tại các khu vực công cộng.
• Y tế: Cảm biến quang được ứng dụng để kiểm tra lưu lượng không khí từ phổi đến các cơ quan, đo lường mức độ oxy trong máu,…

Những lưu ý khi sử dụng cảm biến quang

Một số lưu ý khi mà chúng ta cần nắm khi sử dụng các loại cảm biến quang gồm có điểm đáng chú y như sau:

Vị trí lắp đặt

Khi lắp đặt các cảm biến quang bạn nên cần tránh xa các nguồn nhiệt hay các thiết bị phát ra nguồn nhiệt như tủ lạnh, động cơ điện,… vì sẽ gây ra hiện tượng nhiều cảm biến làm cho cảm biến hoạt động không chính xác. Đồng thời, cũng không nên lắp đặt ngoài trời, để cảm biến tránh được các ảnh hưởng bởi các yếu tố thời tiết.

Chú ý quá trình lắp đặt

Trong quá trình lắp đặt, bạn phải lắp các cảm biến cố định, tránh tạo nên sự rung lắc giúp cho cảm biến hoạt động ổn định. Nên cố định cảm biến tại một vị trí chắc chắn và không bị tác động bởi các yếu tố khác làm ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của cảm biến. Đối với các thiết bị an ninh, giám sát thì nên lắp đặt tại các vị trí kín đáo, đảm bảo phạm vi quét hiệu quả và chính xác.  

Tránh ánh sáng mặt trời

Các cảm biến thường được làm bằng vật liệu nhựa nên không nên để cảm biến tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời, đặc biệt là khu vực đo của cảm biến. Nhằm tránh được việc hư hỏng các bộ phận của cảm biến và có thể kéo dài tuổi thọ của thiết bị. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào sẽ làm nhiễu cảm biến, làm cho cảm biến trả kết quả đo không chính xác.

Thường xuyên bảo dưỡng

Trong quá trình sử dụng các cảm biến quang học, bạn nên thường xuyên kiểm và bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo cảm biến luôn hoạt động trong điều kiện tốt nhất. Tránh để các cảm biến bị bám dính bụi bặm, làm ảnh hưởng đến kết quả đo, phát hiện các vật thể không chính xác. Đồng thời phát hiện các lỗi để kịp thời sửa chữa và thay thế. 

Cảm biến quang có nhiều tính năng, được ứng dụng nhiều trong đời sống hằng ngày. Người dùng được tận hưởng những tiện ích hiện đại, an toàn. Ngoài ra, bạn có thể tham khảo thêm thông tin về các loại cảm biến thông minh khác qua bài viết này nhé: Cảm biến thông minh là gì? Tìm hiểu về phân loại, cấu tạo và ứng dụng

Từ bài viết trên, hy vọng giúp bạn trả lời được câu hỏi cảm biến quang là gì? Vời những thông tin nêu trên, cho thấy cảm biến quang đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công việc của con người chúng ta. Nếu bạn muốn trang bị các cảm biến quang hiện đại cho ngôi nhà của mình thì có thể liên hệ qua hotline 0396999918 cho công ty nhà thông minh AiSmartHome để được tư vấn và hỗ trợ nhé.