môn học đo lường và cảm biến đề tài cảm biến đo bằng phương pháp quang

– - - H : GV I ***** T I GHI U GVHD: Ths c Nhóm 10 Th ch Ho n H o nh m tr gu n H V nh ong inh u n ng 20161109 20161334 20161338 gu n Tr ng Hi n 20161092 gu n 20161394 ng V n t I Các lo i nguồn sáng: a) Bộ phận phát sáng: b) Bộ phận thu sáng: c) Mạch xử lý tín hiệu đầu ra: II Nguyên lý ho động: p độc lập: C m bi C m bi n quang ph n x C m bi n quang ph n x khu ch tán: 11 ươ 10 III ỨNG D NG CỦA C M BI N QUANG TRONG THỰC T 13 IV TRANG DATA CỦA C M BI N QUANG TỪ CÁC HÃNG S N XUẤT 14 I Ánh sáng có tính chất b n sóng h t D ng s ng ánh sáng l s ng điện từ phát có chuyển điện tử mức n ng l ợng nguyên tử nguồn sáng Các sóng có vận tốc truy n ch n kh ng l c = 299792 km/s, m i tr ờng vật chất : v = c/n (n : chiết suất môi tr ờng) Tần số γ v b ớc s ng λ ánh sáng liên hệ với qua biểu thức : λ = v /γ chân không : λ=c/γ Phổ ánh sáng đ ợc biểu di n nh h nh 1.1 ì â bổ s Tính chất h t thể qua t ơng tác với vật chất Ánh sáng bao gồm h t photon mang n ng l ợng W phụ thuộc vào tần số   W  h γ h = 6,6256 ác đ i l ợng quang h c : - Th ng l ợng : Oat (W) - ờng độ : Oat/steradian (W/Sr) - ộ chói : (W/Sr - ng l ợng : J ) Js : số Planck) Một điện tử đ ợc liên kết c n ng l ợng , để gi i ph ng điện tử khỏi nguyên tử cần cung cấp cho n n ng l ợng với n ng l ợng liên kết Vậy điện tử đ ợc gi i phóng hấp thụ photon c n ng l ợng nghĩa l hay ớc s ng ng ỡng b ớc s ng lớn ánh sáng c thể g nên t ợng gi i ph ng điện tử đ ợc tính từ biểu thức : Hiện t ợng h t dẫn điện đ ợc gi i ph ng d ới tác dụng ánh sáng l m tha đổi tính chất điện vật liệu g i l hiệu ứng quang điện l ngu ên lý b n c m biến quang Các lo i nguồn sáng: ột c m biến quang hiệu qu phù hợp với x ánh sáng phổ, th ng l ợng, tần số guồn sáng qu ết định m i đặc tính x * Đè sợ đốt vonfram ấu t o : gồm sợi vonfram đặt b ng thủ tinh c chứa khí halogen để gi m ba sợi đốt ặc điểm : - hiệt độ giống nh nhiệt độ vật đen tu ệt đối - Phổ phát x nằm vùng nh n thấ - Quang th ng lớn, d i phổ rộng - Quán tính nhiệt lớn nên kh ng thể tha đổi x nhanh ch ng - Tuổi th thấp, d vỡ * Diode phát quang ấu t o : gồm nối P- ng l ợng gi i ph ng tái hợp h t dẫn l m phát sinh photon ặc điểm : - Thời gian hồi đáp nhỏ cỡ ns, c kh n ng biến điệu tần số cao - Phổ ánh sáng ho n to n xác định, độ tin cậ cao - Tuổi th cao, kích th ớc nhỏ, tiêu thụ n ng l ợng thấp - Quang th ng t ơng đối nhỏ v nh với nhiệt độ l nh ợc điểm h n chế ph m vi sử dụng đèn * Laser (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation) aser l nguồn sáng đơn sắc, độ ch i lớn, định h ớng v đặc biệt l tính liên kết m nh ph n cực, pha ối với nguồn sáng khác, x phát l chồng chéo nhi u s ng th nh phần c ph n cực v pha khác Trong tr ờng hợp tia laser, tất c x cấu th nh đ u pha ph n cực v b i vậ chồng chéo lên chúng t o th nh s ng du v xác định ặc điểm laser l c b ớc s ng đơn sắc ho n to n xác định, quang thơng lớn, có kh n ng nhận đ ợc chùm tia m nh với độ định h ớng cao, truy n kho ng cách lớn m biến quang tên tiếng anh l Photoelectric Sensor l tổ hợp linh kiện quang điện Khi tiếp xúc với ánh sáng chúng tha đổi tr ng thái m biến quang sử dụng ánh sáng phát từ phận phát để phát diện vật thể Khi c tha đổi UT phận thu th m ch u khiển c m biến quang cho tín hiệu ngõ m biến quang l thiết bị đ ng vai trò quan tr ng lĩnh vực c ng nghiệp tự động h a ếu kh ng c c m biến quang th kh m c đ ợc tự động h a, giống nh l m việc m kh ng nh n đ ợc vậ m biến quang Th ng th ờng th c m biến quang c cấu t o đơn gi n bao gồm phận đ l : a) Bộ phận phát sáng: Hầu hết th lo i c m biến quang th ờng sử dụng đèn bán dẫn ED v anh sáng đ ợc phát theo xung hịp điệu xung đặc biệt giúp c m biến ph n biệt đ ợc ánh sáng c m biến v ánh sáng từ nguồn khác nh ánh nắng mặt trời ánh sáng phòng ác lo i ED th ng dụng l ED đỏ, ED hồng ngo i ED lazer ột số dòng c m biến đặc biệt dùng ED trắng xanh go i th số tr ờng hợp c ng c thể thấ lo i ED v ng b) Bộ phận thu sáng: Th ng th ờng c m biến quang th thu sáng l phototransistor tranzito quang ộ phận n c m nhận ánh sáng v chu ển đổi th nh tín hiệu điện tỉ lệ Hiện na nhi u lo i c m biến quang sử dụng m ch ứng dụng tích hợp chu ên dụng ASI Application Specific Integrated ircuit ch n tích hợp tất c phận quang, khuếch đ i, m ch xử lý v chức n ng v o vi m ch I ộ phận thu c thể nhận ánh sáng trực tiếp từ phát nh tr ờng hợp lo i thu-phát , ánh sáng ph n x l i từ vật bị phát tr ờng hợp ph n x khuếch tán c) Mạch xử lý tín hiệu đầu ra: ch đầu chu ển tín hiệu tỉ lệ analogue từ tranzito quang th nh tín hiệu / FF đ ợc khuếch đ i Khi l ợng ánh sáng thu đ ợc v ợt mức ng ỡng đ ợc xác định, tín hiệu c m biến đ ợc kích ho t ặc dù số lo i c m biến hệ tr ớc tích hợp m ch nguồn v dùng tín hiệu l tiếp điểm rơ-le rela lo i c m biến chủ ếu dùng tín hiệu bán dẫn P P/ P phổ biến, ng na ột số c m biến quang cịn c c tín hiệu tỉ lệ phục vụ cho ứng dụng đo đếm : húng ta c nhi u hãng s n xuất c m biến quang khác thị tr ờng na ỗi hãng đ u c lo i đặc tr ng cho riêng m nh, cụ thể theo m nh t m hiểu đ ợc c hãng nh : - m biến quang mron – hật n - m biến quang Panasonic – hật - m biến quang Ke ence – hật - m biến quang Yamatake – hật - m biến quang Sunx – hật - m biến quang Sick – ức - m biến quang IF - m biến quang Autonics – Hàn n n n n – ức - C m biến quang Schneider – Pháp : Trên thị tr ờng na th c lo i c m biến quang: - m biến quang thu phát chung (through – beam sensor) - m biến quang ph n x g ơng retro – reflection sensor) - m biến quang khuếch tán diffuse reflection sensor II động: Nguyên lý ho gu ên lý ho t động b n m biến quang điện l c m biến phát chùm sáng từ phần c m biến đ ợc g i l phát v chùm ánh sáng n tru n đến phần c m biến thu thập ánh sáng đ ợc g i l thu Tuỳ thuộc v o lo i c m biến, ánh sáng c thể tru n trực tiếp đến thu c m biến n c thể đến vật ph n x vật thể qua tr l i thu p C m bi độc lập: m biến quang thu phát độc lập c phát v thu riêng biệt ể c m biến quang thu phát độc lập ho t động th phát v thu ph i h ớng v o v đ ợc c n chỉnh Khi chúng đ ợc c n chỉnh v kh ng c vật c n ánh sáng, đầu c m biến tr ng thái , phát v thu ánh sáng liên tục với ếu ta đặt vật c n phát v thu để chặn ánh sáng, đầu c m biến tr ng thái OFF ầu c m biến l tín hiệu từ c m biến đến P Tuỳ thuộc v o c m biến, đầu c thể l tín hiệu tích cực mức cao Positive tín hiệu thấp P tín hiệu tích cực mức egative o i tín hiệu đầu c m biến ta sử dụng phụ thuộc v o lo i đầu v o m c m biến đ ợc kết nối Gi sử c m biến P P nghĩa l n c tín hiệu đầu d ơng + th d đầu c m biến ph i đ ợc kết nối với Sinking input P ng ợc l i c m biến l P , tín hiệu đầu l với Sourching input P mv d , đầu cần đ ợc kết nối m biến quang thu phát độc lập đ ợc sử dụng m i tr ờng c tính chất ph n x ánh sáng cao, b mặt hấp thụ ánh sáng,… kh ng dùng c m biến thu phát chung đ ợc ặc tr ng: - Ho t động ổn định kho ng cách c m nhận dài từ v i cm đến vài chục mét - Vị trí c m biến không bị nh h ng b i tha đổi đ ờng dẫn đối t ợng c m biến - Ho t động không bị nh h ng nhi u b i việc c m nhận độ bóng, màu sắc độ nghiêng đối t ợng u điểm: m biến c ph m vi phát vật thể xa c m biến quang ph n x g ơng v c m biến quang khuếch tán i un l ánh sáng ph i tru n theo h ớng để từ phát đến thu h ợc điểm: + Giá thành cao + ần lắp đặt xác + ất nhi u thời gian để nối d v c 2d riêng biệt + Kh ng phát tốt vật suốt mỏng Ánh sáng c thể xu ên qua vật thể đ đến phận thu C m bi n quang ph n x ươ m biến quang ph n x g ơng c phát v thu thiết bị G ơng ph n x l l ng kính đặc biệt ể c m biến ph n x ho t động, phát c m biến cần ph i đ ợc h ớng v o ph n x v đ ợc c n chỉnh để ánh sáng tru n từ phát c m biến đến ph n x v sau đ ph n x tr l i thu c m biến ầu c m biến ph n x ho t động giống nh đầu c m biến thu phát độc lập ầu sáng ánh sáng kh ng bị chặn v đầu tắt ánh sáng bị chặn m biến ph n x c ph m vi ho t động ngắn so với c m biến thu phát độc lập i un l ánh sáng ph i đến ph n x v sau đ qua tr l i c m biến tha v tru n thẳng đến thu ặc tr ng: - Kho ng cách phát từ v i cm đến vài mét id v u chỉnh trục quang đơn gi n (tiết kiệm nhân công) Ho t động không bị nh h ng nhi u b i màu sắc góc đối t ợng c m nhận - Ánh sáng qua đối t ợng c m biến hai lần, làm cho C m biến thích hợp để phát đối t ợng suốt - Có thể khơng phát đ ợc đối t ợng c m biến có lớp hoàn thiện đ ợc ph n chiếu v l ợng ánh sáng ph n x tr l i Bộ thu từ b mặt sáng b ng nh khiến nh kh ng c đối t ợng c m biến Sự cố đ ợc khắc phục cách sử dụng chức n ng - SR C m biến ph n x ng ợc có vùng chết kho ng cách gần u điểm: - Giá thành rẻ lo i thu phát độc - Lắp đặt d h ợc điểm: - Ph i lắp đặt c m biến với g ơng ph n x , vật thể sáng bóng, làm bật đầu thay ph n x - Kho ng cách phát ngắn c m biến thu phát độc lập C m bi n quang ph n x khu ch tán: m ơn biến quang ph n x khuếch tán l lo i c m biến c thu v phát chung Th ờng đ ợc dùng để phát vật thể hệ thống má m c tự động Giám sát thiết bị đ ợc lắp vị trí ch a ể c m biến quang ph n x khuếch tán ho t động, phát c m biến cần ph i h ớng v o vật thể để ánh sáng tru n từ phát c m biến đến đối t ợng v sau đ ph n x tr l i thu c m biến ầu c m biến quang ph n x khuếch tán ho t động giống nh đầu c m biến thu phát độc lập v c m biến ph n x g ơng m biến ph n x khuếch tán c ph m vi phát ngắn ba lo i c m biến i v tuỳ thuộc v o h nh d ng, kich th ớc v m u sắc vật thể, c m biến c thể kh ng ph n x ánh sáng tốt tr l i thu c m biến ặc tr ng: - Kho ng cách phát từ v i cm đến vài mét i u chỉnh lắp d dàng ờng độ ánh sáng ph n x , độ ổn định ho t động kho ng cách phát tha đổi theo u kiện (ví dụ: màu sắc v độ mịn) b mặt đối t ợng c m biến u điểm: + ắp đặt đơn gi n, d d ng + hỉ cần điểm lắp đặt du h ợc điểm: + Kho ng cách phát vật thể ngắn III ỨNG D NG CỦA C M BI N QUANG TRONG THỰC T ng dụng chủ ếu c m biến quang dùng để phát nhi u d ng vật thể khác nhau, phát đo l ờng kho ng cách hay phát tốc độ đối t ợng,…ví dụ: phát chai nhựa b ng chu n kiểm tra xem tay robot gắp linh kiện ô tô để lắp đặt hay ch a? m biến quang đ ng vai trò quan tr ng lĩnh vực công nghiệp tự động hóa ếu khơng có c m biến quang khó mà có đ ợc tự động hóa, giống nh làm việc mà khơng nhìn đ ợc vậ Sau đ l v i ứng dụng thực tế để ta c thể h nh dung rõ K ể so t bã Đế số lo trê b ữ xe c uyề Đo c ước o K ể tra sả p ẩ uố IV TRANG DATA CỦA C M BI N QUANG TỪ CÁC HÃNG S N XUẤT er e ( ố )