BÁO CÁO KỸ THUẬT CẢM BIẾN (CẢM BIẾN TIỆM CẬN QUANG) Cảm biến tiệm cận quang tên tiếng anh là (Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm. Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy. Đặc biệt cảm biến này hoạt động tốt ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt. 1.1.1 .Cấu tạo và chức năng của cảm biến quang: Cảm biến quang điện phát hiện các đối tượng, sự thay đổi trong điều kiện bề mặt và các mục khác thông qua nhiều đặc tính quang học. Cảm biến quang điện chủ yếu bao gồm Bộ phát để phát ra ánh sáng và Bộ thu để nhận ánh sáng. Khi ánh sáng phát ra bị gián đoạn hoặc bị phản xạ bởi đối tượng cảm biến, nó sẽ thay đổi lượng ánh sáng đến Bộ thu. Bộ thu phát hiện sự thay đổi này và chuyển nó thành đầu ra điện. Nguồn sáng cho phần lớn Cảm biến quang điện là tia hồng ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy (thường là màu đỏ, hoặc xanh lá cây xanh lam để xác định màu sắc). Hình 1.1.1: Cấu tạo của cảm biến quang 1.1.2 Bộ phát ánh sáng : Hầu hết thì các loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng được phát ra thường sẽ theo dạng xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng). Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanhlá. Ngoài ra thì trong một số trường hợp chúng ta cũng có thể thấy loại LED vàng. Hình 1.1.2 1.1.3 .Bộ thu ánh sáng : Thông thường đối với một cảm biến quang thì bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang). Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thuphát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN BÁO CÁO KỸ THUẬT CẢM BIẾN ĐỀ TÀI: CẢM BIẾN TIỆM CẬN QUANG Sinh viên thực nhóm 1: Lớp: CĐ DDT 20H MỤC LỤC CHƯƠNG 1: Khái quát chung cảm biến tiệm cận quang điện: 1.1 Giới thiệu cảm biến quang: 1.1.1 Cấu tạo chức cảm biến quang: 1.1.2 Bộ phát ánh sáng : 1.1.3 Bộ thu ánh sáng : 1.1.4 Mạch xử lý tín hiệu điện : 1.1.5 PNP 1.1.6 NPN 10 1.1.7 Phân biệt NPN PNP 11 1.1.8 Chế độ light on dark on 12 CHƯƠNG 2: Phân loại theo phương pháp cảm biến: 13 2.1 Phương pháp cảm biến xuyên tia: 13 2.1.1 2.2 Nguyên lý hoạt động sau: 14 Phương pháp cảm biến Thu Phát Chung – phản xạ gương (Retro Replective): 17 2.2.1 Nguyên lý hoạt động: 17 2.2.2 Cảm biến phản xạ omron E3S-R series 18 2.3 Phương pháp cảm biến khuếch tán: 20 2.3.1 Nguyên lý hoạt động sau : 20 2.3.2 Cảm biến khuếch tán E3C-L11M 21 CHƯƠNG 3: Ưu điểm, nhược điểm, ứng dụng: 23 3.1 Ưu điểm: 23 3.2 Nhược điểm: 23 3.3 Ứng dụng: 23 CHƯƠNG 1: Khái quát chung cảm biến tiệm cận quang điện: Trước tiên, muốn tìm hiểu cảm biến tiệm cận quang ta phải hiểu cảm biến cảm biến có cơng dụng sống xung quanh chúng ta? Cảm biến thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái hay trình vật lý phát phơi quang học hóa học hay sinh học môi trường cần khảo sát, biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thơng tin trạng thái hay q trình Trong đời sống cảm biến góp phần vào tiến phát triển cho đất nước, góp phần thay người số công việc giúp tiết kiệm thời gian nâng cao suất lao động Một số ví dụ cảm biến: trước dòng điện thoại cũ truy cập phải mở khóa password dịng điện thoại tích hợp them chế độ nhận diện khuôn mặt nhận diện vận tay,… Quay lại vấn đề nhờ có cảm biến dịng điện thoại có thêm chức cảm biến vân tay hay cảm biến nhận diện khuôn mặt giúp bảo mật thông tin tốt 1.1 Giới thiệu cảm biến quang: Cảm biến tiệm cận quang tên tiếng anh (Proximity Sensors) phản ứng có vật gần cảm biến Trong hầu hết trường hợp, khoảng cách vài mm Cảm biến tiệm cận thường phát vị trí cuối chi tiết máy tín hiệu đầu cảm biến khởi động chức khác máy Đặc biệt cảm biến hoạt động tốt môi trường khắc nghiệt 1.1.1 Cấu tạo chức cảm biến quang: Cảm biến quang điện phát đối tượng, thay đổi điều kiện bề mặt mục khác thông qua nhiều đặc tính quang học Cảm biến quang điện chủ yếu bao gồm Bộ phát để phát ánh sáng Bộ thu để nhận ánh sáng Khi ánh sáng phát bị gián đoạn bị phản xạ đối tượng cảm biến, thay đổi lượng ánh sáng đến Bộ thu Bộ thu phát thay đổi chuyển thành đầu điện Nguồn sáng cho phần lớn Cảm biến quang điện tia hồng ngoại ánh sáng nhìn thấy (thường màu đỏ, xanh cây/ xanh lam để xác định màu sắc) Hình 1.1.1: Cấu tạo cảm biến quang 1.1.2 Bộ phát ánh sáng : Hầu hết loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED ánh sáng phát thường theo dạng xung Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt ánh sáng cảm biến ánh sáng từ nguồn khác (như ánh nắng mặt trời ánh sáng phịng) Các loại LED thơng dụng LED đỏ, LED hồng ngoại LED lazer Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng xanhlá Ngồi số trường hợp thấy loại LED vàng Hình 1.1.2 1.1.3 Bộ thu ánh sáng : Thông thường cảm biến quang thu sáng phototransistor (tranzito quang) Bộ phận cảm nhận ánh sáng chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit) Mạch tích hợp tất phận quang, khuếch đại, mạch xử lý chức vào vi mạch (IC) Bộ phận thu nhận ánh sáng trực tiếp từ phát (như trường hợp loại thu-phát), ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát (trường hợp phản xạ khuếch tán) Hình 1.1.3 1.1.4 Mạch xử lý tín hiệu điện : Khi tiếp nhận tín hiệu từ thu ánh sáng Mạch điện tử chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF khuếch đại Tín hiệu ngõ thường dùng NPN, PNP,… 1.1.5 PNP PNP hai loại transistor lưỡng cực, loại thứ hai NPN Là linh kiện điện tử kết hợp chất bán dẫn điện "N" ám negative nghĩa "cực âm", "P" positive nghĩa "cực dương" Các transistor PNP bao gồm lớp bán dẫn pha tạp loại N (tác nhân pha tạp Asernic) đóng vai trị cực gốc, nằm hai lớp bán dẫn pha tạp loại P (tác nhân pha tạp thường Boron, ký hiệu hóa học Bo) 1.1.6 NPN NPN Là linh kiện điện tử cấu tạo từ nối ghép bán dẫn điện dương hai bán dẫn điện âm "N" ám negative, nghĩa "cực âm"; "P" positive, nghĩa "cực dương" Transistor sử dụng nhiều việc khuếch đại, công tắc, hay điện dẫn (buffer) công nghiệp điện tử hay làm cổng số (Logic gate) điện tử số Để transistor hoạt động hay dẫn điện cần phải có điện kích hoạt Lối mắc transistor với điện trở cho chức hoạt động transistor 1.1.7 Phân biệt NPN PNP Nhìn vào hai hình thấy rõ khác hai loại tín hiệu PNP NPN Bên trái sơ đồ tiếp điểm PNP bên phải sơ đồ tiếp điểm NPN Ở thấy có hình nét đứt – tải Tải sử dụng tiếp điểm PNP NPN có hai loại cuộn dây điện trở Chúng ta thường dùng hai tiếp điểm để kích vào nguồn rờle kiếng , role kiếng loại cuộn dây Tiếp điểm PNP kích hoạt mang điện áp dương tức tải phải nhận nguồn dương từ PNP , nguồn âm đấu với nguồn Ngược lại tiếp điểm NPN kích hoạt mang điện áp 0V , tức chân dương tải kết nối với nguồn chân âm tải nối với tiếp điểm NPN Đối với anh em chưa hiểu rõ NPN nghĩ tiếp điểm nguồn 0V điều khiển Tơi giải thích cách đơn giản dể hiểu tiếp điểm NPN thực tế 1.1.8 Chế độ light on dark on Các thuật ngữ Light ON Dark ON đưa để xác định rõ đầu cảm biến khơng có có ánh sáng thu tín hiệu cảm biến Các quy định áp dụng cho cảm biến quang điện Chế độ Light ON (LO) có nghĩa tín hiệu đầu cảm biến ON nhận ánh sáng thu tín hiệu Nếu khơng, đầu OFF Ngược lại, chế độ Dark ON (DO) có nghĩa tín hiệu đầu cảm biến ON KHƠNG nhận ánh sáng thu tín hiệu Thay sử dụng quy ước tiêu chuẩn để mô tả đầu thường mở (NO) thường đóng (NC), hầu hết nhà sản xuất cảm biến quang điện định hành vi đầu Light ON Dark ON CHƯƠNG 2: Phân loại theo phương pháp cảm biến: 2.1 Phương pháp cảm biến xuyên tia: Loại cảm biến quang thu phát độc lập cảm biến ánh sáng không phản xạ, để hoạt động cần phát ánh sáng thu ánh sáng lắp đối diện với Đặc điểm dịng cảm biến khơng bị ảnh hưởng bề mặt, màu sắc, khoảng cách phát đến 60m 2.1.1 Nguyên lý hoạt động sau: Loại cảm biến hoạt động theo trạng thái là: - Trạng thái khơng có vật cản: cảm biến phát ánh sáng cảm biến thu ánh sáng Quá trình phát thu ánh sáng liên tục với Trạng thái có vật cản: cảm biến phát phát ánh sáng cảm biến thu ánh sáng không thu ánh sáng (bị vật cản che chắn) Cảm biến xuyên tia loại thu phát riêng E3JK-TR11-C 2M Sensing method Through-beam type Sensing distance 40 m Light source Red LED (624 nm) Power supply voltage 24 to 240 VAC,24 to 240 VDC Power consumption Emitter and Receiver: 3W max Operation mode Light-ON/Dark-ON selectable Response time Sensitivity setting Connection method Indicator Weight Accessories Material 20 ms max Single-turn adjustment (Receiver only) Pre-wired models (Cable length m) Operation indicator (orange), Stability indicator (green), Power indicator (green) Package: Approx 350 g Instruction manual, Mounting bracket Case: Lens: Methacrylate Display: Methacrylate Adjustment: Cable: Polyvinyl chloride (PVC) ABS resin resin POM 2.2 Phương pháp cảm biến Thu Phát Chung – phản xạ gương (Retro Replective): Bộ cảm biến quang điện phản xạ gương cảm biến có phát ánh sáng thu ánh sáng thiết bị Gương phản xạ lăng kính đặc biệt trang bị kèm với cảm biến quang Đặc điểm dòng cảm biến lắp đặt thuận tiện, tiết kiệm dây dẫn, phát vật suốt, mờ,… khoảng cách tối đa 15m 2.2.1 Nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến hoạt động phát ánh sáng phát ánh sáng đến gương, có trường hợp: Khi khơng có vật cản: gương phản xạ lại thu ánh sáng Khi có vật cản qua: làm thay đổi tần số ánh sáng phản xạ bị ánh sáng thu Lúc cảm biến xuất tín hiệu điện PNP, NPN,… 2.2.2 Cảm biến phản xạ omron E3S-R series Type Preflect mirror Power supply 12 to 24 VDC±10% Detection distance 500 mm, m Standard Detector D65 transparent plastic bottle (500ml) Light source Red LED (6 80 mm) Operation mode Light-ON / Dark-ON Way out NPN/PNP open collector output: maximum voltage 26.4 VDC , load current 100mA Operation directive Green led (stability), orange led (activity indicator) Response time 1ms Sensitivity adjustment Adjustment screw Connection type Standard cable (0.3m, 0.5m, 2m); jack (M8 - pins) Accessories Mirror, bracket, I/O connector (sold separately) Protection level IP6 Standard IEC , CE Sơ đồ đầu nối 2.3 Phương pháp cảm biến khuếch tán: Thiết bị cảm biến quang phản xạ khuếch tán loại cảm biến có thu phát chung Thường dùng để phát vật thể hệ thống máy móc tự động Giám sát thiết bị lắp vị trí hay chưa Đặc điểm bật bị ảnh hưởng bề mặt, màu sắc, khoảng cách tối đa 2m Các bạn dễ dàng bắt gặp chúng dây chuyền sản xuất, đóng gói sản phẩm đếm sản phẩm vào thùng hay lô 2.3.1 Nguyên lý hoạt động sau : Trạng thái báo phát vật cản: Cảm biến phát ánh liên tục từ phát đến bề mặt vật cản Ánh sáng phản xạ ngược vị trí thu sáng Trạng thái khơng vật cản: Khi khơng có vật cản vào, ánh sáng khơng phản xạ vị trí thu bề mặt vật không phản xạ ánh sáng vị trí thu 2.3.2 Cảm biến khuếch tán E3C-L11M Type Diffuse Power supply 24 VDC Detection distance 20±10 mm Latency 0.5mm max (for 20mm detection distance) Standard Detector Clear glass cutting edge (t = 0.7 mm) Light source Infrared LED ( 60 nm) Operation mode Light-ON / Dark-ON Way out NPN open collector Operation directive Light source (orange), stability (green) Connection type Standard cable length 2m Protection level IP 50 Standard IEC CHƯƠNG 3: Ưu điểm, nhược điểm, ứng dụng: 3.1 Ưu điểm: • Phát vật thể khơng cần tiếp xúc Khoảng cách xa tới 100m • Tuổi thọ cao, ổn định xác cao bị hao mịn theo thời gian • Phát phần lớn vật chất rắn • Thời gian đáp ứng nhanh & tuỳ chỉnh độ nhạy theo mong muốn • Có nhiều nhà cung cấp khác 3.2 Nhược điểm: • Cảm biến báo ảo dính bụi bẩn bề mặt • Cảm biến quang hoạt động vài điều kiện cụ thể cho loại Màu sắc độ phản xạ phụ thuộc nhiều vào độ xác cảm biến • Cần phải có kinh nghiệm để chọn loại cho ứng dụng cụ thể 3.3 Ứng dụng: • Phát thay đổi màu sắc, độ tương phản độ phát quang đối tượng • Phát mục tiêu có lỗ rỗng dấu hiệu khơng nhìn thấy sản phẩm • Phát diện chuyển động vật khu vực vùng cảm ứng xác định • Phát mức độ chứa phễu • Kiểm tra sản phẩm qua trình rửa • Định vị vị trí hệ thống lưu trữ truy xuất tự động • Phát có mặt / khơng có nội dung thùng / chai sữa • Kiểm tra đường xe ô tô băng tải • Kiểm tra chỗ ngồi phơi cho xử lý NC • Kiểm tra vị trí tơ dây chuyền lắp ráp cuối • Kiểm tra khối động • Xác minh mức độ đầy cà phê lon • Đếm chai di chuyển băng tải tốc độ cao • Phát nhãn bị thiếu chai • Đảm bảo kiểm sốt an tồn mở đóng cửa nhà xe • Bật bật vịi nước rửa sóng bàn tay • Kiểm sốt thang máy, mở cửa vào cửa hàng tạp hóa • Phát xe chiến thắng kiện đua xe ... quát chung cảm biến tiệm cận quang điện: Trước tiên, muốn tìm hiểu cảm biến tiệm cận quang ta phải hiểu cảm biến cảm biến có cơng dụng sống xung quanh chúng ta? Cảm biến thiết bị điện tử cảm nhận... cảm biến vân tay hay cảm biến nhận diện khuôn mặt giúp bảo mật thông tin tốt 1.1 Giới thiệu cảm biến quang: Cảm biến tiệm cận quang tên tiếng anh (Proximity Sensors) phản ứng có vật gần cảm biến. .. vài mm Cảm biến tiệm cận thường phát vị trí cuối chi tiết máy tín hiệu đầu cảm biến khởi động chức khác máy Đặc biệt cảm biến hoạt động tốt môi trường khắc nghiệt 1.1.1 Cấu tạo chức cảm biến quang: