- Nguyên tắc điều khiển Rô bôt
2)Bộ cảm biến quang
Loại này được sử dụng trong việc phát hiện năng lượng ánh sáng trong phạm vi bước sóng ánh sáng từ tia cực tím đến tia hồng ngoại, dựa theo nguyên lý thay đổi ánh sáng để phân thành các loại: hiệu ứng quang điện, hiệu ứng quang dẫn, phát xạ quang điện. Ngoài ra cũng có loại cảm biến không đo độ mạnh của bản thân ánh sáng mà chỉ sử dụng ánh sáng để dò xem có vật thể hay
không.
Trong phần này, chúng ta hãy tìm hiểu về bộ cảm biến dò tìm sự tồn tại của vật thể được áp dụng nhiều trong các hệ thống tự động hóa.
+ Loại tách rời (hình thức truyền: Xuyên qua)
Đây là bộ cảm ứng tách rời, được cấu thành bởi phần thân khác nhau do có bộ phận truyền sáng dùng để gửi ánh sáng đi và bộ phận thu sáng dùng để tiếp nhận ánh sáng. Bộ phận truyền sáng và bộ phận thu sáng được đặt đối diện với nhau, điều chỉnh trục quang rồi truyền qua vật thể đặt ở giữa, theo đó ánh sáng được truyền đi hoặc bị chặn lại, hình thành nên tín hiệu đầu ra.
Cần lưu ý rằng nếu sử dụng nhiều bộ cảm biến lắp theo trục thẳng đứng từ trên xuống dưới do bộ cảm biến này gặp khó khăn trong việc phát hiện vật thể trong suốt thì sẽ có nguy cơ phát sinh lỗi do khuếch tán ánh sáng.
a) Bộ cảm biến dạng xuyên qua b) Bộ cảm biến dạng phản xạ trực tiếp
Hình 6-5 Bộ cảm biến tách rời
+ Loại phản xạ trực tiếp (hình thức truyền: Khuếch tán)
Bộ cảm biến này có bộ phận truyền sáng và bộ phận thu sáng ở trên cùng một thân, hoạt động theo phương thức ánh sáng truyền đi từ phần truyền sáng được phản xạ trên bề mặt vật thể đối tượng, được truyền tải đến bộ phận nhận kích thích rồi phát hiện xem có vật thể hay không, và thông thường trong trường hợp ánh sáng phản xạ được tiếp nhận vào bộ phận thu sáng, tức là khi sáng lên thì được nhận định là có tồn tại vật thể, đây được gọi là hình thức Trong ánh sáng (Light on). Hình 3-8 là một ví dụ về việc sử dụng hình thức này.
Trong những năm gần đây, người ta cũng cung cấp bộ cảm biến hoạt động theo hình thức Trong bóng tối (Dark on) bằng cách kết nối dòng điều khiển với 0V và 24V (trong trường hợp điện áp hoạt động DC24V) để hoạt động khi không nhận được ánh sáng nên việc áp dụng cũng trở nên dễ dàng hơn. Cần lưu ý rằng bộ cảm biến phản xạ trực tiếp đỡ phức tạp hơn so với bộ cảm biến phản xạ quay hoặc bộ cảm biến dạng xuyên qua – hình thức bắt buộc phải thống nhất với trục quang, nhưng nó không thể phát hiện ra vật thể trong trường hợp vật thể cần thăm dò có màu trắng.
Nhìn chung, cự ly thăm dò của bộ cảm biến phản xạ trực tiếp ngắn hơn so với các bộ cảm biến quang khác nhưng gần đây đã ra đời những loại có thể phát hiện trong cự ly hàng mét nên người ta sử dụng sợi quang học và ứng dụng của nó trở nên đa dạng hơn rất nhiều.
+ Loại phản xạ quay (Retro-Reflection)
Là loại hình thành nên đầu ra tùy thuộc vào sự tồn tại của vật thể đối tượng ở giữa bộ cảm biến nằm trong cự ly nhất định và gương quay ngược ánh sáng phóng ra từ bộ phận phát sáng về bộ phận thu sáng, mặc dù phải điều chỉnh thống nhất với trục quang giống như bộ cảm biến dạng xuyên qua nhưng thông thường người ta sử dụng gương có hiệu ứng lăng kính nên nếu lệch so với trục quang ở mức độ nào đó thì vẫn có thể hoạt động trong trạng thái ổn định.
Hình 6-6 Bộ cảm biến dạng phản xạ quay
Hình trên đây thế hiện bộ cảm biến phản xạ quay. Bộ cảm biến này được cấu tạo để cự ly thăm dò lớn, nếu có bị ảnh hưởng bởi ánh sáng xung quanh thì bộ lọc và các bộ phận khác được tổ hợp lại, chỉ phản ứng chính xác với những tín hiệu xác định, tức tín hiệu gửi đi từ bộ phận truyền sáng, thế nhưng nếu bề mặt của vật thể cần thăm dò cực sáng bóng thì rất khó để xử lý.
+ Bộ ghép quang (Photo Coupler)
Được sử dụng để phát hiện sự tồn tại của vật thể, tốc độ của vật thể quay và phán đoán vị trí, bộ ghép quang còn có tên gọi khác là bộ cảm biến quang dạng phức hợp sử dụng đi ốt phát quang – là yếu tố quang ở bộ phận phát quang (LED: Lighted Emitting Diode) và sử dụng đi ốt quang ở bộ phận thu sáng.
Bộ ghép quang có đầu vào và đầu ra được liên kết với nhau về mặt khoa học, thế nhưng chúng được cách điện và được tăng cường tính năng, giá cả phải chăng do cải tiến kỹ thuật của phụ tùng chất bán dẫn nên được sử dụng trong nhiều lĩnh vực.
Bộ ghép quang có hai loại là bộ cách ly quang (Photo Isolator) có lối truyền tải ánh sáng không bị hở và được bọc lại, bộ ngắt quang (Photo Interrupter) có lối truyền tải ánh sáng bị hở. + Bộ ngắt quang (Photo Interrupter)
Là bộ cảm biến có bộ phận truyền sáng và bộ phận thu sáng nằm đối diện nhau như bộ cảm biến dạng xuyên qua, nếu có vật thể đi vào giữa chúng thì ánh sáng bị chặn lại, lúc đó sẽ phát hiện ra dòng điện quang của bộ phận thu sáng bị giảm xuống rồi được đưa tới đầu ra.
Phần lớn nguồn điện của bộ phận phát quang là ánh sáng hồng ngoại nhưng cũng có trường hợp sử dụng đi ốt phát quang của khu vực nhìn thấy được, điều này mang lại ưu điểm là mắt thường sẽ nhìn thấy ánh sáng nên có thể dễ dàng kiểm tra trạng thái hoạt động của bộ cảm biến.
Bộ ngắt quang có thể hoạt động với tốc độ cao, hình dáng nhỏ gọn và nhẹ nên tiện lợi, lại có độ chính xác, độ ưu việt, độ tin cậy cao nên các lĩnh vực ứng dụng của nó như điều khiển tốc độ quay, điều khiển vị trí, hệ số, v.v ngày càng rộng rãi hơn.
Hình 6-7 Ứng dụng bộ ngắt quang
Hình trên đây là một ví dụ về ứng dụng bộ ngắt quang. Được phân thành loại xuyên qua và loại phản xạ, bộ ngắt quang được ứng dụng không những trong đồ điện tử gia dụng như VTR, máy
quay đĩa hát, v.v mà còn sử dụng trong cả các máy móc thiết bị văn phòng như máy photo, máy in không kém gì so với các máy móc thiết bị công nghiệp.
+ Bộ cách ly quang
Thông thường bộ cách ly quang có kết cấu như hình dưới đây, tức là bố trí bộ phận phát quang và bộ phận thu sáng đối diện nhau, sau đó lấp khoảng giữa bằng nhựa trong suốt, còn phần xung quanh thì dùng nhựa đục. Bộ cách ly quang có điện trở cách điện rất lớn (1011-1013Ω) nên nếu xét về điện thì đầu ra và đầu vào riêng rẽ với nhau, việc truyền tín hiệu được thực hiện theo một chiều, nó có ưu điểm là có thể sử dụng nguồn điện khởi động cùng với các thành phần bán dẫn khác, thế nhưng xét về thành phần phát quang thì đi ốt khí phát quang hồng ngoại Si doping được sử dụng nhiều còn nếu xét về thành phần tiếp nhận ánh sáng thì quang tranzito Si được sử dụng nhiều nhất.
Hình 6-8 Kết cấu bộ cách ly quang