Cảm biến quang – phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động

1. Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang là do các linh kiện quang điện tạo thành. Khi có nguồn ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của nó thì chúng sẽ thay đổi tính chất. Ngày nay cảm biến quang được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy công nghiệp giúp phát hiện từ xa vật thể, đo lường khoảng cách, tốc độ di chuyển của đối tượng. Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.

2. Phân loại cảm biến quang

Tuỳ theo cách bố trí, sắp xếp đầu thu quang, nguồn phát và thước đo (hoặc đối tượng cần đo), các cảm biến được chia ra thành 2 loại:

    • Cảm biến quang phản xạ.
    • Cảm biến quang soi thấu.

+ Cảm biến quang phản xạ

Cảm biến quang phản xạ hoạt động dựa trên nguyên tắc phản quang: Đầu thu quang được đặt cùng phía với nguồn phát. Tia sáng từ nguồn phát đi qua thấu kính đập tới một thước đo chuyển động cùng vật, trên thước sẽ xuất hiện những vạch chia phản quang và không phản quang kế tiếp nhau, khi tia sáng gặp phải vạch chia phản quang thì sẽ bị phản xạ trở lại đầu thu quang.

Cảm biến quang phản xạ

Sơ đồ cảm biến quang phản xạ 

Cảm biến quang phản xạ, không cần dây nối qua vùng cảm nhận nhưng cự ly cảm nhận thấp và chịu ảnh hưởng của ánh sáng từ nguồn sáng khác.

+ Cảm biến quang soi thấu

Cảm biến quang soi thấu bao gồm một nguồn phát ánh sáng, một thấu kính hội tụ, một lưới chia kích quang và các phần tử thu quang.

Cảm biến quang soi thấu

Sơ đồ cấu tạo cảm biến quang soi thấu

1, Nguồn sáng

2, Thấu kính hội tụ

3, Thước đo

4, Lưới chia

5, Tế bào quang điện

6, Mã chuẩn

Khi thước đo chuyển động tương đối so với nguồn sáng sẽ xuất hiện một tín hiệu ánh sáng có dạng hình sin. Xuất hiện tín hiệu này do được thu bởi các tế bào quang điện được đặt phía sau lưới chia. Các tín hiệu đầu ra của cảm biến được khuếch đại trong một bộ tạo xung điện tử, từ đó tạo thành tín hiệu xung dạng chữ nhật.

Các tế bào quang điện được bố trí thành hai dãy, đặt lệch nhau nên ta sẽ nhận được hai tín hiệu lệch pha 90o, nhờ đó xác định được độ dịch chuyển và nhận biết được cả chiều chuyển động.

3. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến quang

Cảm biến quang có cấu tạo khá đơn giản, gồm 3 phần chính:

    • Bộ Phát sáng
    • Bộ Thu sáng
    • Mạch xử lý tín hiệu ra.

+ Bộ phát sáng

    • Cảm biến quang hiện nay thường sử dụng đèn bán dẫn LED .
    • Ánh sáng được phát ra theo xung, nhịp điệu xung phát ra sẽ giúp thiết bị cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác.
    • Các loại đèn LED được sử dụng nhiều nhất hiện nay là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED laze. 

+ Bộ thu sáng

    • Bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang). Bộ phận này có chức năng cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. 
    • Bộ phận thu có chức năng nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện.

+ Mạch xử lý tín hiệu

    • Mạch đầu ra có chức năng chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang / ASIC thành tín hiệu On / Off được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu vượt quá mức xác định, thì tín hiệu ra của cảm biến sẽ được kích hoạt.
    • Một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ le vẫn được sử dụng khá phổ biến. Ngày nay các loại cảm biến chủ yếu sử dụng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN).
    • Một số loại cảm biến quang hiện nay còn có cả tín hiệu cho các ứng dụng đo đếm, tính toán…

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *