BÁO CÁO KỸ THUẬT CẢM BIẾN (CẢM BIẾN TIỆM CẬN QUANG)

BÁO CÁO KỸ THUẬT CẢM BIẾN (CẢM BIẾN TIỆM CẬN QUANG) Cảm biến tiệm cận quang tên tiếng anh là (Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm. Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy. Đặc biệt cảm biến này hoạt động tốt ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt. 1.1.1 .Cấu tạo và chức năng của cảm biến quang: Cảm biến quang điện phát hiện các đối tượng, sự thay đổi trong điều kiện bề mặt và các mục khác thông qua nhiều đặc tính quang học. Cảm biến quang điện chủ yếu bao gồm Bộ phát để phát ra ánh sáng và Bộ thu để nhận ánh sáng. Khi ánh sáng phát ra bị gián đoạn hoặc bị phản xạ bởi đối tượng cảm biến, nó sẽ thay đổi lượng ánh sáng đến Bộ thu. Bộ thu phát hiện sự thay đổi này và chuyển nó thành đầu ra điện. Nguồn sáng cho phần lớn Cảm biến quang điện là tia hồng ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy (thường là màu đỏ, hoặc xanh lá cây xanh lam để xác định màu sắc). Hình 1.1.1: Cấu tạo của cảm biến quang 1.1.2 Bộ phát ánh sáng : Hầu hết thì các loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng được phát ra thường sẽ theo dạng xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng). Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanhlá. Ngoài ra thì trong một số trường hợp chúng ta cũng có thể thấy loại LED vàng. Hình 1.1.2 1.1.3 .Bộ thu ánh sáng : Thông thường đối với một cảm biến quang thì bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang). Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thuphát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN

     

BÁO CÁO

KỸ THUẬT CẢM BIẾN

ĐỀ TÀI: CẢM BIẾN TIỆM CẬN QUANG

Sinh viên thực hiện nhóm 1:

Lớp: CĐ DDT 20H

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: Khái quát chung về cảm biến tiệm cận quang điện: 4

1.1 Giới thiệu cảm biến quang: 4

1.1.1 Cấu tạo và chức năng của cảm biến quang: 5

1.1.2 Bộ phát ánh sáng : 6

1.1.3 Bộ thu ánh sáng : 7

1.1.4 Mạch xử lý tín hiệu điện : 8

1.1.5 PNP 9

1.1.6 NPN 10

1.1.7 Phân biệt giữa NPN và PNP 11

1.1.8 Chế độ light on và dark on là gì 12

CHƯƠNG 2: Phân loại theo phương pháp cảm biến: 13

2.1 Phương pháp cảm biến xuyên tia: 13

2.1.1 Nguyên lý hoạt động như sau: 14

2.2 Phương pháp cảm biến Thu Phát Chung – phản xạ gương (Retro Replective): 17 2.2.1 Nguyên lý hoạt động: 17

2.2.2 Cảm biến phản xạ omron E3S-R series 18

2.3 Phương pháp cảm biến khuếch tán: 20

2.3.1 Nguyên lý hoạt động như sau : 20

2.3.2 Cảm biến khuếch tán E3C-L11M 21

CHƯƠNG 3: Ưu điểm, nhược điểm, ứng dụng: 23

3.1 Ưu điểm: 23

3.2 Nhược điểm: 23

3.3 Ứng dụng: 23

CHƯƠNG 1: Khái quát chung về cảm biến tiệm cận quang điện:

Trước tiên, muốn tìm hiểu về cảm biến tiệm cận quang ta phải hiểu được thế nào là cảm biến và cảm biến có công dụng gì trong cuộc sống xung quanh của chúng ta?

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý phát hiện

phôi quang học hóa học hay sinh học của môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó Trong đời sống cảm biến góp phần vào sự tiến bộ sự phát triển cho một đất nước, góp phần thay thế con người trong một số công việc giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao năng suất lao động Một số ví dụ về cảm biến: nếu trước đây ở những dòng điện thoại cũ khi truy cập chúng ta phải mở khóa bằng password nhưng ở những dòng điện thoại mới bây giờ đã được tích hợp them chế độ nhận diện khuôn mặt và nhận diện vận tay,… Quay lại vấn đề nhờ có cảm biến ở những dòng điện thoại mới chúng ta có thêm chức năng cảm biến vân tay hay cảm biến nhận diện khuôn mặt giúp bảo mật thông tin của chúng ta tốt hơn

1.1 Giới thiệu cảm biến quang:

Cảm biến tiệm cận quang tên tiếng anh là (Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy Đặc biệt cảm biến này hoạt động tốt ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt

1.1.1 .Cấu tạo và chức năng của cảm biến quang:

Cảm biến quang điện phát hiện các đối tượng, sự thay đổi trong điều kiện bề mặt và các mục khác thông qua nhiều đặc tính quang học Cảm biến quang điện chủ yếu bao gồm Bộ phát để phát ra ánh sáng và Bộ thu để nhận ánh sáng Khi ánh sáng phát ra

bị gián đoạn hoặc bị phản xạ bởi đối tượng cảm biến, nó sẽ thay đổi lượng ánh sáng đến Bộ thu Bộ thu phát hiện sự thay đổi này và chuyển nó thành đầu ra điện Nguồn sáng cho phần lớn Cảm biến quang điện là tia hồng ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy (thường là màu đỏ, hoặc xanh lá cây/ xanh lam để xác định màu sắc)

Hình 1.1.1: Cấu tạo của cảm biến quang

1.1.2 Bộ phát ánh sáng :

Hầu hết thì các loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng được phát ra thường sẽ theo dạng xung Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng) Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanhlá Ngoài ra thì trong một số trường hợp chúng ta cũng có thể thấy loại LED vàng

Hình 1.1.2

Hình 1.1.3

1.1.4 Mạch xử lý tín hiệu điện :

Khi tiếp nhận tín hiệu từ bộ thu ánh sáng Mạch điện tử sẽ chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF được khuếch đại Tín hiệu ngõ

ra thường dùng nhất là NPN, PNP,…

1.1.5 .PNP

PNP là một trong hai loại transistor lưỡng cực, loại thứ hai là NPN Là một linh kiện

điện tử do kết hợp 2 chất bán dẫn điện "N" ám chỉ negative nghĩa là "cực âm", "P"

là positive nghĩa là "cực dương"

Các transistor PNP bao gồm một lớp bán dẫn được pha tạp loại N (tác nhân pha tạp

là Asernic) đóng vai trò cực gốc, nằm giữa hai lớp bán dẫn được pha tạp loại P (tác

nhân pha tạp thường là Boron, ký hiệu trong hóa học là Bo)

1.1.6 .NPN

NPN Là một linh kiện điện tử cấu tạo từ nối ghép 1 bán dẫn điện dương giữa hai bán

dẫn điện âm "N" ám chỉ negative, nghĩa là "cực âm"; "P" là positive, nghĩa là "cực dương"

Transistor được sử dụng nhiều trong việc khuếch đại, công tắc, hay điện dẫn (buffer) trong công nghiệp điện tử hay làm cổng số (Logic gate) trong điện tử số

Để transistor hoạt động hay dẫn điện cần phải có một điện thế kích hoạt Lối mắc của transistor với điện trở cho ra chức năng hoạt động của transistor

1.1.7 Phân biệt giữa NPN và PNP

Nhìn vào hai hình trên chúng ta thấy rất rõ sự khác nhau giữa hai loại tín hiệu PNP

và NPN Bên trái là sơ đồ của tiếp điểm PNP và bên phải là sơ đồ của tiếp điểm NPN

Ở đây chúng ta thấy có hình nét đứt – đó chính là tải Tải sử dụng trong tiếp điểm PNP và NPN chỉ có hai loại là cuộn dây và điện trở Chúng ta thường dùng hai tiếp điểm này để kích vào nguồn của rờle kiếng , role kiếng chính là loại cuộn dây Tiếp điểm PNP được kích hoạt sẽ mang điện áp dương tức là tải sẽ phải nhận nguồn dương từ PNP , còn nguồn âm sẽ được đấu với nguồn

Ngược lại tiếp điểm NPN khi được kích hoạt sẽ mang điện áp 0V , tức là chân dương của tải sẽ kết nối với nguồn còn chân âm của tải sẽ được nối với tiếp điểm NPN Đối với các anh em chưa hiểu rõ về NPN sẽ nghĩ rằng nếu tiếp điểm là nguồn 0V thì sao điều khiển được Tôi sẽ giải thích một cách đơn giản dể hiểu nhất về tiếp điểm NPN trong thực tế

1.1.8 Chế độ light on và dark on là gì

Các thuật ngữ Light ON và Dark ON được đưa ra để xác định rõ hơn đầu ra của cảm biến là gì khi không có hoặc có ánh sáng tại bộ thu tín hiệu của cảm biến Các quy định này chỉ áp dụng cho cảm biến quang điện

Chế độ Light ON (LO) có nghĩa là tín hiệu đầu ra của cảm biến chỉ được ON khi nó nhận được ánh sáng ở bộ thu tín hiệu Nếu không, đầu ra vẫn OFF Ngược lại, chế

độ Dark ON (DO) có nghĩa là tín hiệu đầu ra của cảm biến chỉ được ON khi nó KHÔNG nhận được ánh sáng ở bộ thu tín hiệu

Thay vì sử dụng quy ước tiêu chuẩn để mô tả đầu ra là thường mở (NO) hoặc thường đóng (NC), hầu hết các nhà sản xuất cảm biến quang điện chỉ định hành vi đầu ra là Light ON hoặc Dark ON

CHƯƠNG 2: Phân loại theo phương pháp cảm biến:

2.1 Phương pháp cảm biến xuyên tia:

Loại cảm biến quang thu phát độc lập là cảm biến ánh sáng không phản xạ, để hoạt động được cần một con phát ánh sáng và một con thu ánh sáng lắp đối diện với nhau Đặc điểm của dòng cảm biến này là không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc, khoảng

cách phát hiện đến 60m

2.1.1 Nguyên lý hoạt động như sau:

Loại cảm biến này cũng hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:

- Trạng thái không có vật cản: cảm biến phát ánh sáng và cảm biến thu ánh sáng Quá trình phát và thu ánh sáng liên tục với nhau

- Trạng thái có vật cản: cảm biến phát vẫn phát ánh sáng nhưng cảm biến thu

ánh sáng không thu được ánh sáng (bị vật cản che chắn)

Cảm biến xuyên tia loại thu phát riêng E3JK-TR11-C 2M

Sensing method Through-beam type

Power supply voltage 24 to 240 VAC,24 to 240 VDC

Power consumption Emitter and Receiver: 3W max

Operation mode Light-ON/Dark-ON selectable

Sensitivity setting Single-turn adjustment (Receiver only)

Connection method Pre-wired models (Cable length 2 m)

Indicator Operation indicator (orange), Stability indicator

(green), Power indicator (green)

Accessories Instruction manual, Mounting bracket

Material

Cable: Polyvinyl chloride (PVC)

2.2 Phương pháp cảm biến Thu Phát Chung – phản xạ gương (Retro Replective):

Bộ cảm biến quang điện phản xạ gương là cảm biến có bộ phát ánh sáng và thu ánh sáng trên cùng một thiết bị Gương phản xạ là một lăng kính đặc biệt được trang bị kèm với cảm biến quang Đặc điểm của dòng cảm biến này là lắp đặt thuận tiện, tiết

kiệm dây dẫn, phát hiện được vật trong suốt, mờ,… khoảng cách tối đa 15m

2.2.1 Nguyên lý hoạt động:

Khi cảm biến hoạt động bộ phát ánh sáng sẽ phát ánh sáng đến gương, sẽ có 2 trường hợp:

Khi không có vật cản: thì gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng

Khi có vật cản đi qua: thì sẽ làm thay đổi tần số của ánh sáng phản xạ hoặc bị mất

ánh sáng thu Lúc này cảm biến sẽ xuất tín hiệu điện PNP, NPN,…

2.2.2 Cảm biến phản xạ omron E3S-R series

Detection

Standard

Operation mode Light-ON / Dark-ON

VDC , load current 100mA

Operation

Sensitivity

Connection type Standard cable (0.3m, 0.5m, 2m); jack (M8 - 4 pins)

Accessories

Sơ đồ đầu nối

2.3 Phương pháp cảm biến khuếch tán:

Thiết bị cảm biến quang phản xạ khuếch tán là loại cảm biến có bộ thu và phát chung Thường được dùng để phát hiện các vật thể trên hệ thống máy móc tự động Giám sát các thiết bị đã được lắp đúng vị trí hay chưa Đặc điểm nổi bật là bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc, khoảng cách tối đa 2m Các bạn có thể dễ dàng bắt gặp chúng trong các dây chuyền sản xuất, đóng gói sản phẩm cũng như đếm các sản phẩm để

cho vào một thùng hay bộ lô

2.3.1 Nguyên lý hoạt động như sau :

Trạng thái báo phát hiện vật cản: Cảm biến phát ánh liên tục từ bộ phát đến bề mặt vật cản Ánh sáng phản xạ đi ngược về vị trí thu sáng

Trạng thái không vật cản: Khi không có vật cản đi vào, ánh sáng không phản xạ về vị trí

thu được hoặc bề mặt vật không phản xạ ánh sáng về vị trí thu

2.3.2 Cảm biến khuếch tán E3C-L11M

Operation

CHƯƠNG 3: Ưu điểm, nhược điểm, ứng dụng:

3.1 Ưu điểm:

• Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc Khoảng cách xa nhất có thể tới 100m

• Tuổi thọ cao, ổn định và chính xác cao cũng như ít bị hao mòn theo thời gian

• Phát hiện được phần lớn các vật chất rắn

• Thời gian đáp ứng nhanh & có thể tuỳ chỉnh được độ nhạy theo mong muốn

• Có nhiều nhà cung cấp khác nhau

3.2 Nhược điểm:

• Cảm biến báo ảo khi dính bụi bẩn trên bề mặt

• Cảm biến quang chỉ hoạt động trong một vài điều kiện cụ thể cho từng loại Màu sắc và độ phản xạ phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của cảm biến

• Cần phải có kinh nghiệm để chọn đúng loại cho từng ứng dụng cụ thể

3.3 Ứng dụng:

• Phát hiện sự thay đổi màu sắc, độ tương phản và độ phát quang của đối tượng

• Phát hiện các mục tiêu có lỗ rỗng và các dấu hiệu không nhìn thấy được trên sản phẩm

• Phát hiện sự hiện diện hoặc chuyển động của một vật trong khu vực hoặc vùng cảm ứng xác định

• Phát hiện mức độ chứa trong một phễu

• Kiểm tra sản phẩm đi qua trong quá trình rửa

• Định vị vị trí của hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động

• Phát hiện sự có mặt / không có nội dung trong thùng / chai sữa

• Kiểm tra đường đi của xe ô tô trên băng tải

• Kiểm tra chỗ ngồi của các phôi cho một bộ xử lý NC

• Kiểm tra vị trí của ô tô trong dây chuyền lắp ráp cuối cùng

• Kiểm tra khối động cơ

• Xác minh mức độ đầy của cà phê trong lon

• Đếm chai di chuyển trên băng tải tốc độ cao

• Phát hiện các nhãn bị thiếu trên chai

• Đảm bảo kiểm soát an toàn khi mở và đóng cửa nhà xe

• Bật bật vòi nước rửa bằng sóng của bàn tay

• Kiểm soát thang máy, và mở cửa ra vào cửa hàng tạp hóa

• Phát hiện chiếc xe chiến thắng tại các sự kiện đua xe