3 Cảm biến và cơ cấu chấp hành trong điều khiển logic
3.1.3.3 Cảm biến quang (Optical Sensor)
Cảm biến ánh sáng được sử dụng gần một thế kỷ qua. Nguyên thủy là tế
bào quang được sử dụng cho các ứng dụng nhưđọc các track âm thanh trên các hình ảnh chuyển động. Nhưng các cảm biến quang hiện đại thì phức tạp hơn nhiều.
Các cảm biến quang yêu cầu cĩ cả hai bộ phận là nguồn sáng (phát) và
đầu thu (detector). Các đầu phát (emitter) sẽ phát ra các tia sáng trong vùng phổ nhìn thấy và khơng nhìn thấy được sử dụng LED và diode laser. Đầu thu cĩ cấu tạo là các diode quang (photodidode) hoặc transistor quang (phototransistor). Đầu phát và đầu thu được đặt vào vị trí để đối tượng khi
xuất hiện sẽ cắt ngang hoặc phản xạ lại tia sáng. Cảm biến quang đơn giản cho ở hình 3.8.
Trong hình, chùm sáng được tạo ra nằm ở bên trái, được hội tụ qua một thấu kính. Đối diện là đầu thu, chùm tia được hội tụ bằng một thấu kính thứ
hai. Nếu chùm tia bị ngắt, thì đầu thu sẽ chỉ báo một đối tượng xuất hiện. Ánh sáng được tạo ra dưới dạng xung để cảm biến cĩ thể lọc được ánh sáng bình thường trong phịng. Ánh sáng từđầu phát được tắt và mở tại một tần sốđặt. Khi đầu thu nhận ánh sáng, nĩ kiểm tra để đảm bảo chắc chắn rằng nĩ cĩ cùng tần số. Nếu ánh sáng đang nhận được tại tần số đúng thì chùm tia khơng bị ngắt. Tần số dao động nằm trong phạm vi KHz. Ngồi ra với phương pháp tần số thì các cảm biến cĩ thểđược sử dụng với cơng suất thấp hơn và khoảng cách dài hơn. Đầu phát cĩ thể bắt đầu từ một điểm trực tiếp tại đầu thu, đây cịn gọi là chếđộ tự phản xạ. Khi tia sáng bị ngắt, thì đối tượng được phát hiện. Cảm biến này cần hai bộ phận riêng (hình 3.9a). Sự xếp đặt này làm việc tốt với các đối tượng chắn sáng và phản xạ với đầu phát và đầu thu
được tách riêng với khoảng cách lên đến cả trăm mét.
Gương phản xạ Ánh sáng được truyền Đối tượng nhận biết Ánh sáng phản xạ b. Đối tượng nhận biết ngắt ánh sáng Phần tử phát Phần tử thu Sensor
Hình 13.9: Các loại cảm biến quang khác nhau
Đầu thu và đầu phát tách riêng làm tăng vấn đề về bảo trì và yêu cầu về
sự thẳng hàng. Một giải pháp khác là đầu phát và đầu thu được đặt chung trên một vỏ. Nhưng điều này yêu cầu ánh sáng tự phản xạ trở về (hình 3.9b,c). Các cảm biến này chỉ tốt cho các đối tượng lớn với khoảng cách một vài met.
Trong hình, đầu phát phát một chùm tia sáng. Nếu ánh sáng bị dội trở về
từ gương phản xạ thì hầu hết sẽ trở vềđầu thu. Khi một đối tượng ngắt chùm tia giữa đầu phát và gương phản xạ thì chùm tia sẽ khơng tự phản xạ trở về đầu thu và cảm biến được tác động. Một vấn đề rủi ro cho các cảm biến này là các đối tượng tự phản xạ lại chùm tia sáng tốt. Để giải quyết thì sử dụng biện pháp phân cực ánh sáng tại đầu phát (bằng bộ lọc), và sau đĩ sau đĩ sử dụng một bộ lọc phân cực tại đầu thu.