Các cảm biến đo vị trí và dịch chuyển theo phương pháp quang học gồm nguồn phát ánh sáng kết hợp với một đầu thu quang (thường là tế bào quang điện).
Tuỳ theo cách bố trí đầu thu quang, nguồn phát và thước đo (hoặc đối tượng đo), các cảm biến được chia ra:
- Cảm biến quang phản xạ. - Cảm biến quang soi thấu.
Cảm biến quang phản xạ
Cảm biến quang phản xạ (hình 12.1) hoạt động theo nguyên tắc dọi phản quang: đầu thu quang đặt cùng phía với nguồn phát. Tia sáng từ nguồn phát qua thấu kính hội tụ đập tới một thước đo chuyển động cùng vật khảo sát, trên thước có những vạch chia phản quang và khơng phản quang kế tiếp nhau, khi tia sáng gặp phải vạch chia phản quang sẽ bị phản xạ trở lại đầu thu quang.
Hình 12.1: Cảm biến quang phản xạ
1) Nguồn phát 2) Thước đo 3) Đầu thu quang
Cảm biến loại dọi phản quang, không cần dây nối qua vùng cảm nhận nhưng cự ly cảm nhận thấp và chịu ảnh hưởng của ánh sáng từ nguồn sáng khác.
Cảm biến quang soi thấu
Sơ đồ cấu trúc của một cảm biến đo vị trí và dịch chuyển theo nguyên tắc soi thấu trình bày trên hình 12.2a. Cảm biến gồm một nguồn phát ánh sáng, một thấu kính hội tụ, một lưới chia kích quang và các phần tử thu quang (thường là tế bào quang điện).
Hình 12.2: a) Sơ đồ cấu tạo cảm biến quang soi thấu b) Tín hiệu ra
1) Nguồn sáng 2) Thấu kính hội tụ 3) Thước đo 4) Lưới chia 5) Tế bào quang điện 6) Mã chuẩn
Khi thước đo (gắn với đối tượng khảo sát, chạy giữa thấu kính hội tụ và lưới chia) có chuyển động tương đối so với nguồn sáng sẽ làm xuất hiện một tín hiệu ánh sáng hình sin. Tín hiệu này được thu bởi các tế bào quang điện đặt sau lưới chia. Các tín hiệu đầu ra của cảm biến được khuếch đại trong một bộ tạo xung điện tử tạo thành tín hiệu xung dạng chữ nhật.
Các tế bào quang điện bố trí thành hai dãy và đặt lệch nhau một phần tư độ chia nên ta nhận được hai tín hiệu lệch pha 90o (hình 12.2b), nhờ đó khơng những xác định được độ dịch chuyển mà cịn có thể nhận biết được cả chiều chuyển động.
Để khôi phục điểm gốc trong trường hợp mất điện nguồn người ta trang bị thêm mốc đo chuẩn trên thước đo. Ưu điểm của các cảm biến soi thấu là cự ly cảm nhận xa, có khả năng thu được tín hiệu mạnh và tỉ số độ tương phản sáng tối lớn, tuy nhiên có hạn chế là khó bố trí và chỉnh thẳng hàng nguồn phát và đầu thu.