Cảm biến quang dùng quang và điện

Với 2 kiểu cảm biến quang,bổ sung loại trừ ảnh hưởng của as bên ngoài bằng cách điều chỉnh tín hiệu quang học.Thiết bị nhận ngoại trừ cảm biến thông qua tia thì điều xung của thiết bị ph

Cảm biến quang dùng quang và điện để phát hiện đối tượng.Ánh sáng màu đỏ hoặc hồng ngoại dùng cho mục đích này.Diode bán dẫn (led) được dùng phổ biến cho ánh sáng hoặc hồng ngoại.Nó nhỏ và mạnh,thời gian phục vụ lâu dài và có thể dễ dàng điều

chỉnh.Photodiode hoặc phototrnsistor dùng làm thành phần nhận.Khi điều chỉnh cảm biến quang thì ánh sáng đỏ có ưu điểm trái ngược với ánh sáng hồng ngoại.Bên cạnh đó cáp quang có thể dễ dàng được sử trong pham vị bước sóng màu đỏ, bởi vì có thể bị giảm bởi ánh sáng xung quanh

Ánh sáng hồng ngoại được dùng trong lúc nơi mà as tăng theo yêu cầu để khoảng cách lớn hơn.Bên cạnh đó as hộng ngoại còn ít bị nhiễu

Với 2 kiểu cảm biến quang,bổ sung loại trừ ảnh hưởng của as bên ngoài bằng cách điều chỉnh tín hiệu quang học.Thiết bị nhận ngoại trừ cảm biến thông qua tia thì điều xung của thiết bị phát.Đặc biệt với ánh sáng hộng ngoại thì dễ dàng lọc được as xung quanh

2 bộ phát 8 mạch ngỏ ra với mạch bảo vệ

3 bộ thu 9 điện áp bên ngoài

4 bộ tiền khuếch đại 10 điện áp cung cấp bên trong

5 hoạt động tuần tự 11 khoảng cách chuyển đổi quang

6 xung/ cấp độ chuyển đổi 12 chuyển đổ ngõ ra

Sơ đồ mạch điện của 1 cảm biến quang

I) Thành phần phát và nhận của cảm biến quang

Thiết bị phát

+Phiên bản mà không kết nối cáp sợi quang

GaAIAs – IRED

Bước sóng 880 nm (không thấy, hồng ngoại)

+Phiên bản mà kết nối cáp sợi quang

GaAIAs – IRED

Bước sóng 660 nm (thấy,đỏ)

Thiết bị nhận

Transistor silic

+phiên bản bộ kết nối lọc as bên ngoài dùng hoạt đông tại 880 nm)

Cảm biến quang thường đã có những biện pháp bảo vệ

+Đảo ngược cực bảo vệ

+Bảo vệ chông điện áp đỉnh

Với cảm biến thông qua tia và cảm biến phản xạ thì chức năng của bộ chuyển đổi được phân biệt như sau:

Phương pháp chuyển đổi as:

Trạng thái ngõ ra sẽ được thông qua khi tia sáng không bị ảnh hưởng bởi một đối tương.cảm biến thông qua tia trạng thái ngõ ra se được thông qua khi mà không có đối tượng nằm trong tia sáng

Phương pháp chuyển đổi tối:

+Ngõ ra mở(ko chuyển đổi trang thái ) khi mà tia sang không bị ảnh hưởng bởi một đối tượng.Đối với cảm biến thông qua tia thì có đối tượng nằm trong tia sáng

Chức năng chuyển đổi trạng thái của cảm biến khuếch tán như sau:

phương pháp chuyển đổi as:

+Ngỏ ra là đóng nếu có đối tượng được phát hiện trong tia sáng

Phương pháp chuyển đổi tối:

+ Ngỏ ra là mở nếu có đối tượng được phát hiện trong tia sáng

II Cấu tạo của cảm biến quang

Cảm biến quang được cấu tạo bởi 2 thành phần chính: bộ phát và thu

Thiết bị phát và thu được cài đặt trong một cái hộp chung(cảm biến khuếch tán và phản xạ), hoặc phân chia là (cảm biến thông qua tia)

Nguồn phát sáng của ánh sáng đỏ và hồng ngoại theo đúng la phải phát theo một đường thẳng và có thể bị phân chia tập trung hoặc gián đoạn từ ánh sáng xung quanh Cảm biến được trang bị tấm chắn ở bên trong để cách ly với với vỏ

Thường cảm biến được trang bị một đèn led phát sáng, sáng lên khi trang thái ngõ ra được thông qua.và hiển thi bằng cách điều chỉnh và kiểm tra chức năng

III Hoạt động giới hạn của cảm biến quang

Cảm biến quang có thể tiếp xúc với thành phần ô nhiễm như bụi,mảnh vụn,chất bôi trơn trong quá trình hoạt động.ô nhiễm cũng là lý do làm cảm biến bi nhiễu

Sự ô nhiễm ống kính quang học va ô nhiễm thành phần phản xạ với bô cảm biến retro phản chiếu của đối tương được phát hiện có thể gây r lỗi khuéch tán

Ô nhiễm nặng của tia sáng của cảm biến thông qua tia và cảm biến phản xạ có thể là

lý do bị gián đọan cua tia sáng.Điều này dẫn đến sự không có mặt của đối tượng.Đối với cảm biến khuếch tán ô nhiễm năng sẽ được đánh gai khi as phát xạ bi phản xạ trở lại thiết bị nhân kết qua là ô nhiễm năng của ống kính

Để đạt được hoạt động đáng tin cậy, các biện pháp sau đây cần được thực hiện: Điều hành các bộ cảm biến quang học gần với biên độ hoạt động đầy đủ

1.Chọn cảm biến thích hợp với biên độ hoạt đông đầy đủ

2.Sử dụng cảm biến với thiết lập hỗ trợ.vd:chức năng nhấp nháy đèn led ở khu vưc biên

3.Sử dụng cảm biến với sự tự đông báo ô nhiễm

Cmả biến quang có một biên độ nhất định(còn gọi la chức năng dự trữ) bằng thương

số của thiết bị quang thưc tế PR của thiết bị nhận chia cho tín hiệu quang nhận được ở ngươmng chuyển đổi PT

Nếu phát xa quang học là ở cấp đô ngưỡng chuyển đổi thì β = 1 tức là ko có hoạt đông ở biên độ.Nếu β =1.5 thì biên độ hoạt đông là 50% có sẵn

Yếu tố β còn phụ thộc vào khoảng cách giữa thiết bị phát và thiết bị nhận trong trường hợp cảm biến thông qua tia,giữa bộ phát và bộ phận phản xạ trong trường hợp

là cảm biến phản xạ hoặc giữa cảm biến và đối tượng trong trường hợp là cảm biến khuếch tán

Mặt khác các kiếu yếu tố hoạt động biên còn phụ thuộc vào khoảng cách đối với cảm biến Từ số 6.1.3 đến 6.1.5 minh họa sơ đồ các đường cong biên hoạt động

Biểu đồ biểu diễn của hoạt đông của các yếu tố dung cho cảm biến thông qua tia

Biểu đồ biểu diễn của hoạt đông của các yếu tố dung cho cảm biến phản xạ

Biểu đồ biểu diễn của hoạt đông của các yếu tố dung cho cảm biến khuếch tán

Nguy cơ ô nhiễm cao hơn, yêu cầu hoạt đông cao hơn đường biên sau đó giá trị co thể xác định khi đo cách bố trí của ứng dụng cảm biến.Dự đoán có thể được ước tính xem xét các yếu tố truyền τ

Nếu có τ = 1 để truyền mà không có ô nhiễm sau đó τ = 0,1 có nghĩa là

với ô nhiễm, chỉ có 1 / 10 công suất tín hiệu quang đến thiết bị nhận Trong

trường hợp này, một biên độ hoạt động yếu tố của β> 10 là cần thiết

Trong trường hợp không có chi tiết kỹ thuật của nhà sản xuất, các biên độ hoạt động

có thể được kiểm tra bằng cách mô phỏng điều kiện bị ô nhiễm

Một chỉ thị nhấp nháy trên cảm biến rất hữu dung cho việc kiểm tra hoạt động ở

biên.Thiết kế có sẵn nó se nhấp nháy nếu yếu tố β = 1.5 là đạt.Ở đó tín hiệu báo biên đô hoạt động 50% là vẫn có

Một chỉ thị nhấp nháy cũng có thể được sử dụng như một trợ giúp thiết lập trong quá trình lắp ráp vàđiều chỉnh bố trí cảm biến khoảng cách và đồng thời phục vụ như là một chỉ số ô nhiễm trong quá trình hoạt động tiếp theo nếu biên độ hoạt động

giảm dần

Các lý do khác, ngoài ô nhiễm, có thể là nguyên nhân cho giảm dưới hoạt động biên, ví dụ:

- Trên phạm vi cảm biến an toàn

- Thay đổi trong các bề mặt vật liệu của các đối tượng phát hiện

- Lắp ráp sai (sự lắp vào không khít)

- Lão hoá của diode phát

- Gãy ở cáp sợi quang

IV Các loại cảm biến quang

Biểu đồ các lọai có thể xác đinh như sau

Các loại cảm biến quang

V Cảm biến thông qua tia

1)Mô tả chức năng

Bộ cảm biến thông qua tia có cực phát và cực thu riêng riêng biệt.Có thể đạt được ở phạm vi rộng.Sự gián đoạn của tia sáng mặt cắt của tia sáng phải được bảo vệ.ánh sáng xuyên qua qua đối tượng tới thiễu, nhưng phải có phản xạ 1 lương của as

Nguyên lý của cảm biến thông qua tia

2)Đặc điểm kỹ thuật

Thông số kĩ thuật của thiết bị cảm biến thông qua tia:

Điện áp hoạt động 10 – 30 V DC or 20 – 250

V AC

Dòng điện hiện hành 100 – 500mA

Đô nhạy với bụi Nhạy

Tần số hoạt động 20 – 10000Hz

nhưng mà còn thiết kế hình tru

Nhiệt độ hoạt động 0 – 60 °C or -25 – +80 °C

Thiết bị nhận có transistor PNP và NPN ngõ ra và bổ sung 1 phần rơle ngõ ra

(1) thiết bị phát

(2) thiết bị nhận

(3) phạm vi phát xạ

(4) phạm vi tiếp nhận

(5) phạm vi đáp ứng

Hình phạm vi đáp ứng của cảm biến thông qua tia

3) Chú ý và ứng dụng

Thuận lợi của cảm biến thông qua tia

• Tăng cường độ tin cậy

• Phạm vi rộng

• Đối tượng nhỏ có thể được phát hiện ngay cả khoảng cách lớn

• Thích hợp linh họat với môi trường

• Đối tượng có thể bị khuếch tán phản xạ phản chiếu

• Định vị chính xác

Bất lợi của cảm biến thông qua tia

Hai modun cảm biến riêng biệt nhận và phát

Không thể dùng đối tượng trong suốt

*chú ý

Trong trường hợp đối tượng trong suốt, nó có thể làm giảm nguồn phát bằng cách xây dựng bô chiết áp nơi mà thiết bị nhận sẽ bị vô hiệu hóa nếu đối tượng nằm trong tia sáng

Sự hỏng của thiết bị phát được đánh giá như “đối tượng hiện thời”.(quan trọng với ứng dụng ngăn chăn tai nạn)

4) Ví dụ

Kiểm tra khoan bằng cảm biến thông qua tia

Ngăn chặn tai nạn bằng cảm biến thông qua tia

VI) Cảm biến phản xạ

Thiết bị phát sáng và thiết bị nhận as được cài đặt trong 1 cái vỏ.Bổ sung cho yêu cầu phản xạ.gián đoạn của tia sáng sẽ được đánh giá

Gián đoạn của tia sáng ko được bù đắp trưc tiếp hoặc khuếch tán,phản xạ của 1 đối tượng.Đối tượng trong suốt hoặc sáng bóng trong một số trường hợp vân không bi phát hiện

Đối tượng phản chiếu phải được bố trí sao cho tia phản xạ ko đập vào thiết bị nhận

So với cảm biến khuếch tán thì cảm biến phản xạ có phạm vi lớn hơn

Nguyên lý của cảm biến phản xạ

1)Đặc điểm kỹ thuật

Thông số kĩ thuật của cảm biến phản xa retro

(1) Thiết bị phát,thiết bị nhận

(2) Phạm vi đáp ứng

(3) Phạm vi tiếp nhận

(4) Phạm vi phát xạ

(5) Phản chiếu

Phạm vi đáp ứng của cảm biến phản xạ

2)Chú ý và ứng dụng

Thuận lợi của cảm biến phản xạ

Nâng cao độ tin cậy bởi vì ánh sáng vĩnh cửu trong quá trình hoạt động

Cài đặt và điều chỉnh đơn giản

Đối tượng có thể khuếch tán phản xạ,phản chiếu,xuyên qua thì tỷ lệ phần trăm hấp thụ as là cao

Hầu hết trường hợp là phạm vi lớn hơn so với cảm biến khuếch tán

Bất lợi của cảm biến phản xạ

Vật trong suốt,vật phát sáng,sáng bóng thì ko phát hiện được

Trong trường hợp các đối tượng trong suốt, các tia ánh sáng truyền các đối tượng hai lần và suy yếu Nó có thể phát hiện các đối tượng thuộc loại này thông qua một bộ chiết áp thích hợp

Đối tượng phản chiếu phải sắp xếp sao cho đảm bảo la sự phản chiếu ko đập vào thiết bị nhận

Đối với đối tượng đặc biệt nhỏ thì một lỗ nhỏ trong tia sáng cung dể dàng ảnh hưởng

Sự hỏng của thiết bị phát được đánh giá như “đối tượng hiện thời”

Gương phản xạ có thể bị xấu đi theo tuổi tác và bụi bẩn.Ở nhiệt độ trên 80 độ thì nhựa sẽ bi hỏng.Gương phản xạ ko phù hợp có thể ảnh hưởng đến phạm vi giới hạn

3) Ví dụ ứng dụng

Quan sát đếm đối tượng bằng cảm biến phản xạ

Điều khiển đô hở bằng cảm biến phản xạ

Giải pháp ở hình trên ứng dung cho đối tương trong suốt,

VII) Cảm biến khuếch tán

1)Mô tả chức năng

Cực phát và cưc thu trong cùng 1 cái hộp.Các đối tượng khuếch tan phản ánh tỷ lệ phần trăm as phát xạ kích hoạt từ cực thu.Tùy thuộc vào thiết kế của thiết bị nhận mà trạng thái ngõ ra được thông qua (chức năng thường mở) hoặc trạng thái tắt( chức năng thường

đóng).Khoảng cách chuyển đổi trạng thái lớn tùy thuộc vào sự ohản chiếu của đối tượng Kích thước, bề mặt, hình dáng, mật độ và màu sắc củađối tượng cũng như các góc độ của tác động xác định cường độ của ánh sáng khuếch tán chỉ khoảng cách nhỏ trong phạm vi vài dm có thể được quét

Nguyên lý của cảm biến khuếch tán

2)Đặc điểm kỹ thuật

Thông số kĩ thuật của cảm biến khuếch tán

Độ rông của cảm biến được sử dung theo tông màu trắng,trong đó nó đảo ngược nên trắng của thẻ màu xám thường được sử dụng CAT 152 7795.Phía gtrắng của thẻ thì phản chiếu liên tục 90% trong phạm vi 450-700 nm.Phía xám phản ánh 18%

(1) cực phát, cực thu (2) Phạm vi phát xạ (3) Đường cong đặc trưng

Cho khoảng cách nhỏ (yêu cầu bề mặt phản ánh khuếch tan nhỏ)

Cho khoảng cách lớn (yêu cầu bề mặt phản ánh màu đen lớn)

Đường cong đặc trưng của cảm biến khuếch tán

3)Chú ý va ứng dụng

+Thuận lợi của cảm biến khuếch tán

Bởi vì sự phản chiếu về đối tượng kích hoạt các thiết bị thu, một phản xạ thêm

là không cần thiết

Các đối tượng có thể được khuếch tán phản xạ, phản chiếu hoặc trong suốt đến mờ miễn là một tỷ lệ phần trăm đủ cao của tia phản xạ ánh sáng là chắc chắn

Đối với cảm biến thông qua tia thì chỉ phát hiện được theo hướng ngang,cón cảm biến khuếch tán thì phát hiện theo hướng chính diện

Tùy thuộc vào cáh cài đặt mà cảm biến khuếch tán có thể phát hiện trước nền

+Bất lợi của cảm biến khuếch tán

Đường cong đáp ứng theo hình trên thì ko được thẵng.Do đó cảm biến khuếch tán ko thích hợp với cb thông qua tia, nếu đáp ưng theo phương ngang

*Chú ý

Kích thước, bề mặt, mật độ hình dạng và màu sắc của đối tượng xác định cường độ của sự phát xạ ánh sáng khuếch tán và do đó phạm vi cảm nhận thực tế phạm vi cảm biến được đưa ra trong tờ dữ liệu được đo bằng cách sử dụng mặt trắng của Kodak tiêu chuẩn kiểm tra Các nền phải hấp thụ hoặc làm chệch hướng ánh sáng phát xạ, tức là trong trường hợp không có một đối tượng, các phản xạ ánh sáng phát xạ phải được dưới ngưỡng của mạch nhận được

Hiệu chỉnh các yếu tố để đưa vào tài khoản cua bề mặt đối tương khác nhau

phía ngược lại của thẻ màu xám Kodak CAT 152 7795

Nền chắn với cảm biến khuếch tán

(1)cài đặt bộ chiết áp

(2)Đối tượng

(3)nền

Nền tắt dần với cảm biến khuếch tán

3)Điều chỉnh cảm biến

Hiệu quả của các cảm biến khuếch tán phụ thuộc vào sự khác biệt trong phản xạ của đối tượng và các nền Với độ tương phản chỉ nhẹ, ngưỡng đáp ứng có thể, nếu

cần thiết, được lựa chọn thông qua thiết lập độ nhạy cảm biến khoảng cách trên (1 lần bật chiết áp hoặc chiết nhiều lần) theo cách mà đối tượng là ổn phát hiện ngay cả trong điều kiện khó khăn

Tuy nhiên, một phạm vi dung sai phải được xem xét trong liên quan của sự bền,

điện áp và nhiệt độ biến động và bụi bẩn Vì lý do này, các thiết lập phạm vi

không được thực hiện hoàn toàn khi thực hiện việc điều chỉnh

Khi cẩn thận cài đặt các bộ cảm biến khuếch tán với chiết áp, một biên độ nhất định phải được tính đến các thay trong điều kiện của đối tượng như: ô nhiễm của các cảm biến, bụi trong khí quyển, hầu như không điều chỉnh chức năng có thể dẫn với các vấn đề

Một số cảm biến khuếch tán tích hợp màn hình hiển thị LED nhấp nháy để tạo điều kiện tin cậy thiết lập, trong đó nhấp nháy phát hiện đối tượng ko rõ ràng Việc điều chỉnh một cảm biến với ngõ ra thường mở bằng cách diode phát ra ánh sáng là về trạng thái hoạt động mà không nhấp nháy

Chế độ của bộ cảm biến khuếch tán với một đối tượng phản chiếu

(1) cực phát và thu

(2) bề mặt phản xạ

Hình : phát hiện đối tượng

Hình : ko phát hiện được đối tượng

+Đối tượng trong suốt

Ly sáng

Tấm mica sáng

Màng phim trong suốt

Vật liệu thường bằng phẳng,bề mặt phản xạ và cb khuếch tan có sử dụng

Điều kiện: Các bề mặt của đối tượng phải được theo chiều dọc theo đúng định hướng của tia sáng

+Đối tượng bị giảm phản xạ

Tấm nhựa đen

Cao su đen

Vật liệu làm băng bề mặt đen

Thép bóng

Cảm biến khuếch tán không phản ứng với loại vật liệu hoặc chỉ ở một khoảng cách rất nhỏ

+Giải pháp thay thế

Cảm biến thông qua tia và cảm biến phản xạ tiếp cận theo phương ngang

Cảm biến dung và cảm biến siêu âm thì tiếp cận theo phương chính diện

5) Ví dụ ứng dụng

(1) Hiệu chỉnh

(2) Lệch hướng

Hình : quan sát vị trí của phôi bằng cảm biến khuếch tán

VII)Cảm biến sợi cáp qung

1) Mô tả chức năng

Cảm biến quang học với bộ điều hợp cáp quang được sử dụng nếu thiết bị chiếm quá nhiều chỗ Một ứng dụng khác, nơi mà việc sử dụng bộ điều hợp cáp sợi quang là lợi thế, là ở những vùng có nguy cơ cháy nổ Với việc sử dụng cáp sợi quang vị trí của đồ vật nhỏ có thể được phát hiện với độ chính xác cao

Cảm biến thông qua tia với sợi cáp quang

Bằng cách sử dụng hai loại cáp sợi quang riêng biệt có thể cấu tạo cảm biến thông qua tia Bởi vì sự linh hoạt xử lý của mình, chúng có thể được sử dụng phổ biến