Cảm biến quang điện là một loại khác của thiết bị cảm biến vị trí. Cảm biến quang điện dùng sự ngăn chặn hay phản xạ của chùm tia sáng đã được điều chế khi gặp vật thể để xác định vật thể.
Bộ điều khiển gồm một bộ phát (nguồn ánh sáng), một bộ thu để xác định ánh sáng phát ra, với sự hổ trợ của mạch điện tử đánh giá và khuyếch đại tín hiệu bắt được để thay đổi trạng thái ngõ ra của cảm biến. Chúng ta khá gần gủi với những ứng dụng của cảm biến quang điện ví dụ như được đặt trước ngõ vào của cửa để cảnh báo khi có người vào.
Điều chế ánh sáng.
Điều chế ánh sáng để tăng khoảng cảm biến trong khi giảm tác động của nguồn sáng xung quanh. Điều chế ánh sáng là tạo ra xung có tần số giữa 5 đến 30 KHz. Cảm biến quang điện có thể phân biệt ánh sáng điều chế với ánh sáng xung quanh. Nguồn sáng được sử dụng trong những khoảng cảm biến này trong quang phổ ánh sáng từ vùng ánh áng xanh cho đến vùng tia hồng ngoại. Nguồn sáng LED thường hay được dùng cho cảm biến này.
Khoảng hở.
Có thể xảy ra trường hợp hai thiết bị quang điện hoạt động quá gần nhau gây nhiễu giao thoa. Vấn đề có thể khắc phục với canh lại hay điều chỉnh búp sóng. Khoảng hở giữa hai cảm biến được cho ở bảng sau. Trong một vài trường hợp, cần thiết phải có sự tăng khoảng cách giữa hai cảm biến.
Độ lợi Excess.
Nhiều môi trường, nhất là trong những ứng dụng công nghiệp, bao gồm bụi, bẩn, khói, hơi ẩm hay chất thải gây ô nhiểm. Một cảm biến hoạt động trong môi trường mà có những những chất ô nhiễm này cần nhiều ánh sáng hơn. Có 6 cấp môi truờng như sau :
1. Không khí sạch (điều kiện lý tưởng)
2. Ô nhiễm nhẹ (trong nhà, không phải vùng công nghiệp, trong văn phòng)
3. Ô nhiễm ít (kho hàng, công nghiệp nhẹ)
4. Ô nhiễm vừa phải (quá trình xay nghiền, độ ẩm cao, hơi nước) 5. Ô nhiễm nặng ( Không khí nhiễm bụi nặng, môi trường có bụi nước) 6. Cực kì ô nhiễm (hầm mỏ, bụi trên thấu kính)
Độ lợi Excess mô tả số lượng ánh sáng phát ra từ bộ phát vượt quá số lượng cần để tác động đến bộ thu. Trong môi trường sạch, độ lợi bằng 1 hay lớn hơn 1 đủ để tác động đến bộ thu. Ví dụ, một môi trường chứa ô nhiễm khí thải máy bay hấp thụ 50% ánh sáng phát đi của bộ phát. Lúc này ta cần độ lợi nhỏ nhất là 2 để tác động đến cảm biến bộ thu.
Độ lợi Excess được xây dựng trên biểu đồ Logarit. Ví dụ trình bày sau đây là biểu đồ độ lợi của cảm biến thru-beam M12. Nếu khoảng cảm biến cần là 1m thì độ lợi của nó sẽ là 30. Điều này có nghĩa là cần gấp 30 lần độ sáng so với trong môi trường sạch để tác động được bộ thu. Độ lợi giảm khi khoảng cảm biến tăng. Chú ý rằng khoảng cảm biến của cảm biến thru-beam bắt đầu từ bộ phát cho đến bộ thu và khoảng cảm biến cho cảm biến phản xạ là từ bộ phát cho đến vật thể.
Vùng chuyển mạch (switching Zones)
Cảm biến quang điện có một vùng chuyển mạch. Vùng chuyển mạch được đắt cơ sở trên hình dạng và đường kính của luồng sáng từ bộ phát của cảm biến. Bộ thu sẽ được tích cực khi một vật thể đi vào vùng này.
Kí hiệu.
Nhiều loại kí hiệu khác nhau được dùng trong catalog cảm biến (SFPC-08000) để giúp đỡ xác định loại cảm biến điện quang. Một vài kí hiệu được dùng để xác định kỹ thuật quét của cảm biến, chẳng hạn khuyếch tán, phản xạ lại, hay thrru-beam. Những kí hiệu khác xác định điểm đặc trưng đặc biết của cảm biến, chẳng hạn như
cảm biến sợi quang, cảm biến rãnh, cảm biến màu.
Kỹ thuật quét.
Kỹ thuật quét là phương pháp sử dụng bởi cảm biến điện quang để phát hiện một vật thể. Trong nhiệm vụ này, kỹ thuật tốt nhất để sử dụng phụ thuộc vào vật thể. Một vài vật thể mờ đục và một vài vật thể khác lại có độ phản xạ cao. Trong một vài trường hợp, nó cần thiết để phát hiện sự thay đổi màu của vật thể. Khoảng cách quét cũng là một hệ số trong lựa chọn kỹ thuật quét. Một vài kỹ thuật làm việc tốt tại khoảng cách lớn trong khi một vài kỹ thuật khác lại làm việc tốt lơn tại khoảng cách gần.
Cảm biến thru-beam cần bộ phát và bộ thu riêng lẽ. Những thiết bị này được canh theo cách mà bộ thu có thể nhận được số lượng lớn nhất ánh sang từ bộ phát. Khi có một vật thể nằm trên đường ánh sáng ngăn chặn không cho ánh sáng đến được với bộ thu, làm chô ngõ ra bộ thu thay đổi trạng thái. Khi vật thể không còn chắn tia sáng, ngõ ra bộ thu sẽ trở về trạng thái đầu.
Cảm biến thru-beam có thể phù hợp với việc xác định vật thể mờ đục hay có độ phản xạ cao. Nó không thể dùng để xác định các vật thể trong suốt. Thêm vào đó, sự dao động có thể gây nên vấn đề alignment. Độ lợi excess cao của cảm biến thru-beam làm cho chúng có thể được ứng dụng cho môi trường có độ ô nhiễm cao. Khoảng cảm biến tối đa của nó vào khoảng 300 feed.
Vùng hiệu lực của Thru-beam.
Vùng hiệu lực của cảm biến quang là đường kính chùm tia có thể phát hiện được vật. Vùng hiệu lực của cảm biến thru-beam là đường kính của thấu kính phát và thấu kính thu. Vùng hiệu lực kéo dài từ thấu kính phát đến thấu kính thu. Kích thước nhỏ nhất của vật phải bằng đường kính của thấu kính.
Cảm biến dùng kỹ thuật phản xạ.
Người ta ứng dụng kỹ thuật phản xạ trong cảm biến quang, trong đó bộ phát và bộ thu được đặt trong một khối. Aùnh sáng từ bộ phát được truyền theo đường thẳng đến mặt phản xạ và được phản xạ về bộ thu. Có hai dạng mặt phản xạ h góc (corner-cube) hoặc mặt phản xạ bình thường. Khi vật thể ngăn chặn chùm tia, ngõ ra của cảm biến sẽ chuyển trạng thái. Khi vật thể không còn ngăn chùm tia sáng, trạng thái ngõ ra trở lại bình thường. Khoảng cách cảm biến tối đa của loại này khoảng 35 feet.
Vùng hiệu lực của cảm biến dùng kỹ thuật phản xạ.
Kỹ thuật phản xạ có dạng hình nón từ thấu kính của cảm biến đến mặt phẳng của bộ phản xạ. Kích thước nhỏ nhất của vật phải bằng kích thước của bộ phản xạ.
Bộ phản xạ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bộ phản xạ được đặt cách biệt với cảm biến. Bộ phản xạ có rất nhiều kích cở và có nhiều hình dạng khác nhau. Khoảng cách cảm biến chỉ phù hợp với một bộ phản xạ đặc biệt nào đó.
Cảm biến dùng kỹ thuật phản xạ và các vật thể có độ phản xạ cao.
Cảm biến dùng kỹ thuật phản xạ không thể dùng để phát hiện các vật thể có độ phản xạ cao vì các vật thể này phản xạ lại chùm tia sáng về bộ thu. Cảm biến không thể xác định được chùm tia sáng từ vật thể hay từ bộ phản xạ.
Sự phân cực của cảm biến dùng kỹ thuật phản xạ.
Sự biến đổi của tia phản xạ được gọi là phân cực phản xạ. Bộ lọc phân cực được đặt trước thấu kính phát và thấu kính thu. Bộ lọc phân cực biến đổi chùm tia phát vào trong một mặt phẳng. Lúc đó ta gọi là chùm tia sáng đã được phân cực. Một bộ phản xạ góc (corner-cube) được dùng để quay chùm tia sáng lại hình dạng ban đầu và phản xạ lại bộ thu. Bộ phân cực trên bộ thu cho phép chùm tia sáng đã được biến đổi xuyên qua và đến bộ thu. Cảm biến có bộ phân cực được dùng để phát hiện các vật thể có độ phản xạ cao.
Hiện tượng khuyếch tán.
Bộ phát và bộ thu được tích hợp trong một bộ. Ánh sáng từ bộ phát khi gặp vật thể và tia sáng phản xạ được khuyếch tán ở bề mặt của tất cả các góc. Nếu bộ thu nhận đủ số tia sáng phản xạ sẽ làm cho ngõ ra của cảm biến chuyển trạng thái. Nếu không có ánh sáng phản xạ lại, ngõ ra sẽ trở về trạng thái bình thường. Trong vùng khuyếch tán, bộ thu được đặt
vuông góc với vật thể. Bộ thu sẽ được đặt ở một góc nào đó để nhận lại số tia phản xạ. Chỉ một lượng nhỏ của chùm tia phát đến được bộ thu. Vì thế, kỹ thuật này có vùng hiệu lực trong khoảng 40 inch.
Hệ số hiệu chỉnh đo khuếch tán.
Khoảng cảm biến theo lý thuyết của những cảm biến khuyếch tán được xác định bằng cách dùng một tờ giấy trắng mờ. Các giá trị hiệu chỉnh sau được ứng dụng cho từng bè mặt cụ thể. Những giá trị này chỉ là giá trị lý thuyết và ta cần thử nghiệm lại để tìm đúng giá trị trong những ứng dụng cụ thể.
Cảm biến khuyếch tán với bộ triệt.
Vùng khuyếch tán với bộ triệt được dùng để phát hiện vật thể ở khoảng cách lớn hơn khoảng cách bình thuờng. Những vật thể, ngoại trừ ở những khoảng cách đặc
biệt đều được bỏ qua. Bộ triệt nền được dùng trong bộ cảm biến vị trí (PSD). Chùm tia phản xạ từ vật thể quay về PSD ở những góc khác nhau tùy thuộc vào khoảng cách giữa chúng. Khoảng cách càng lớn thì góc phản xạ càng hẹp.
Vùng hiệu lực của cảm biến khuyêch tán.
Vùng hiệu lực bằng kích thước của vật thể khi được định vị trong chùm tia chuẩn.
Các mode hoạt động :
Có 2 mode oạt động : mode tối (DO) và mode sáng (LO). Mode tối là mode hoạt động mà tải được tích cực khi ánh sáng từ bộ phát không đến được bộ thu.
Moe tối là mode hoạt động mà tải được tích cực khi ánh sáng từ bộ phát đến được bộ thu.
Bảng sau cho thấy sự liên hệ giữa moe hoạt động và trạng thái ngõ ra của các loại cảm biến
thru, phản xạ, khuyếch tán.
Sợi quang.
Cảm biến sợi quang dùng một bộ phát, thu và một đầu cáp quang với những những sợi cáp quang nhỏ dùng để truyền ánh sáng. Tùy thuộc vào cảm biến có hai đầu cáp riêng lẽ cho bộ phát và bộ thu, hay nó có thể dùng một chung một đầu cáp. Khi dùng chung một đầu cáp, bộ phát và bộ thu dùng những phương pháp khác nhau để sẵp xếp sợi phát và sợi thu khác nhau trong cùng một cáp. Cáp thủy tinh được dùng khi nguồn phát là loại tia hồng ngoại. Cáp bằng chất dẻo được dùng khi nguồn phát có thể nhìn thấy được.
Cáp quang có thể được dùng cho loại cảm biến thru-beam, phản xạ hay khuyếch tán. Trong cảm biến thru-beam, ánh sáng được phát và thu trên cáp riêng lẽ. Trong cảm biến quang phản xạ và khuyếch tán, ánh sáng được phát và thu trên cùng một cáp (chia đôi). Cáp quang dùng cảm biến lý tưởng trong vùng cảm biến nhỏ hay những vật thể nhỏ. Cảm biến quang có khoảng cảm biến nhỏ bởi vì ánh sáng suy hao trong sợi cáp quang.
Laser.
Laser thỉnh thoảng được dùng như một nguồn sáng. Siemens dùng laser lớp 2 có năng lượng bức xạ lớn nhất khoảng 1mW. Laser lớp 2 không nguy hiểm lắm, tuy nhiên cần phải chú ý khi sử dụng cảm biến laser.
Cảm biến laser có thể là là loại thru-beam, khuyếch tán và khuyếch tán có bộ triệt. Laser có cường độ ánh sáng mạnh do đó có thể thay đổi, điều chỉnh dễ dàng. Công nghệ laser cho phép phát hiện một vật vô cùng nhỏ ở một khoảng cách. Ví dụ cảm biến L18 của Siemens có thể phát hiện được môt vật thể 0.03mm ở khoảng cách 80cm. Cảm biến Laser có thể dùng ứng dụng trong điều khiển chính xác vị trí, kiểm soát tốc độ, kiểm tra độ dày từ 0.1mm trở lên.
XIV. Các loại cảm biến quang.
Siemens cung cấp một số lớn các loại cảm biến quang bao gồm cảm biến thru- beam, phản xạ và khuyếch tán. Việc lựa chọn phụ thuộc nhiều hệ số như : mode quét, điện áp làm việc, môi trường và cấu hình ngõ ra. Phần lớn các loại cảm biến có thể được dùng với một vài hay tất cả các kỹ thuật quét. Thêm vào đó, những cảm biến đặc biệt sợi quang, laser và cảm biến màu cũng được cung cấp. Để có
thể chọn lựa đúng loại cảm biến, ta cần tham khảo tài liệu hướng dẫn sau. Tài liệu này cung cấp tất cả các loại cảm biến và các thông số của nó. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cảm biến Thru-beam :
Cảm biến phản xạ.
ảm biến khuyếch tán.
“dạy”. Điểm đặc trưng này cho phép người dùng “dạy” cho cảm biến rằng nó
phả trước cảm biến để nó biết
đươ
C
Cảm biến khuyếch tán có bộ triệt.
“Dạy” cho cảm biến.
Một vài loại cảm biến chẳng hạn như CL40 có một điểm đặc trưng là có thể i xác định cái gì. Vật muốn xác định phải được đặt
ïc chùm tia phản xạ sẽ như thế nào. Cảm biến sẽ được lập trình để nhận biết chỉ khi nào vật thể này xuất hiện. Cảm biến CL40 dùng nút “SET” để “dạy”. Những loại cảm biến khác có những cách khác để “dạy”. Các loại cảm biến này có thể được dùng để nhận biết những màu đặc biệt hay phát hiện những vật thể trong suốt.
Cảm biến quang.
Có hai loại : bằng kính hay bằng plastic. Hoạt động của hai loại này về cơ bản giống nhau. Sợi quang được đặt trước bộ phát và bộ thu đóng vai trò “con mắt” của bộ cảm biến. Sợi cáp quang nhỏ và mềm dẻo có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Cảm biến phản xạ laser với ngõ ra analog.
Cảm biến laser analog có thể được dùng để đo chính xác khoảng cách của một vật thể trong khoảng cảm biến của chúng. Cảm biến này dùng một đèn laser với độ chính xác cao và một ngõ ra tuyến tính.
Cảm biến BERO màu.
Cảm biến BERO màu dùng 3 LED với 3 màu đỏ, xanh lá cây và xanh da trời. Ánh sáng được phát đến
vật thể và qua việc xác định màu phản xạ để biết màu của vật thể. Loại cảm biến này dùng phương pháp “dạy” để thiết lập màu cần xác định. CL40 là một loại trong chúng.
Cảm biến màu Mark BERO.
ể xác định những màu đặc biệt, chúng có cách làm
ảm biến khe BERO.
rãnh của cảm biến. Đèn phát quét qua vật thể. Độ tươn
ướng dẫn lựa chọn.
Cảm biến này thường dùng đ
việc khác với CL40. Cảm biến này dùng màu xanh lá cây hay ánh sáng đỏ ở cực phát. Màu được lựa chọn phụ thuộc vào độ tương phản của vật thể. Vật thể và màu nền có thể được set riêng biệt nhau.
C
Vật thể được đặt trong
gphản khác, chổ hỏng, hay lỗ trong vật thể sẽ làm thay đổi chất lượng của ánh sáng khi phản xạ lại bộ thu. Cảm biến này có thể “dạy” được. Có hai dạng : dùng tia hồng ngoại hay LED sáng xanh/đỏ.
XV. Ưùng dụng của cảm biến. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ó rất nhiều ứng dụng cho cảm biến như các bạn đã biết. Thông qua tài liệu
C
này có thể chọn lựa một số loại cảm biến. Việc chọn đúng loại cảm biến tùy thuộc vào cách nghĩ và việc lập kế hoạch của từng kỹ sư. Thường có thể sử dụng nhiều loại cảm biến cho một ứng dụng. Một số ví dụ sau nhằm giúp các bạn có một số ý niệm về chúng.