Cảm biến quang điện Photoelectric sensor
-
Th8, T3, 2024
- 0
- 0 views
- 29 minutes Read
Phụ lục nội dung
Cảm biến quang điện
Cảm biến quang điện phát hiện các phôi quang học. OMRON cung cấp nhiều loại cảm biến, bao gồm cảm biến phản xạ khuếch tán, cảm biến xuyên chùm, cảm biến phản xạ ngược và cảm biến có thể thiết lập khoảng cách,cũng như cảm biến có bộ khuếch đại tích hợp hoặc riêng biệt và đơn vị sợi quang.
Cảm biến quang điện là gì?
Cảm biến quang điện phát hiện các vật thể, thay đổi về điều kiện bề mặt và các mục khác thông qua nhiều đặc tính quang học.
Cảm biến quang điện chủ yếu bao gồm một Bộ phát để phát ra ánh sáng và một Bộ thu để nhận ánh sáng. Khi ánh sáng phát ra bị ngắt quãng hoặc phản xạ bởi vật thể cảm biến, nó sẽ thay đổi lượng ánh sáng đến Bộ thu. Bộ thu phát hiện ra sự thay đổi này và chuyển đổi nó thành đầu ra điện. Nguồn sáng cho phần lớn các cảm biến quang điện là ánh sáng hồng ngoại hoặc ánh sáng khả kiến (thường là màu đỏ hoặc xanh lục/xanh lam để nhận dạng màu sắc).cảm biến quang điện được phân loại như thể hiện trong hình bên dưới. (Xem Phân loại.)
Cảm biến xuyên chùm tia
Cảm biến phản xạ ngược
Cảm biến phản xạ khuếch tán
Đặc trưng
1. Khoảng cách cảm biến dài
Ví dụ, cảm biến xuyên chùm tia có thể phát hiện vật thể cách xa hơn 10 m. Điều này không thể thực hiện được bằng phương pháp cảm biến từ tính, siêu âm hoặc các phương pháp cảm biến khác.
2. Hầu như không có hạn chế nào về đối tượng cảm biến
Các cảm biến này hoạt động theo nguyên tắc vật thể sẽ ngắt hoặc phản xạ ánh sáng, do đó chúng không bị giới hạn như cảm biến tiệm cận trong việc phát hiện vật thể kim loại. Điều này có nghĩa là chúng có thể được sử dụng để phát hiện hầu như mọi vật thể, bao gồm thủy tinh, nhựa, gỗ và chất lỏng.
3. Thời gian phản hồi nhanh
Thời gian phản hồi cực kỳ nhanh vì ánh sáng di chuyển với tốc độ cao và cảm biến không thực hiện bất kỳ hoạt động cơ học nào vì tất cả các mạch đều bao gồm các linh kiện điện tử.
4. Độ phân giải cao
Độ phân giải cực cao đạt được với các Cảm biến này bắt nguồn từ các công nghệ thiết kế tiên tiến tạo ra chùm tia điểm rất nhỏ và hệ thống quang học độc đáo để tiếp nhận ánh sáng. Những phát triển này cho phép phát hiện các vật thể rất nhỏ cũng như phát hiện vị trí chính xác.
5. Cảm biến không tiếp xúc
Rất ít khả năng làm hỏng các vật thể cảm biến hoặc Cảm biến vì có thể phát hiện các vật thể mà không cần tiếp xúc vật lý.
Điều này đảm bảo nhiều năm sử dụng Cảm biến.
6. Nhận dạng màu sắc
Tốc độ phản xạ hoặc hấp thụ ánh sáng của một vật thể phụ thuộc vào cả bước sóng của ánh sáng phát ra và màu sắc của vật thể. Tính chất này có thể được sử dụng để phát hiện màu sắc.
7. Điều chỉnh dễ dàng
Việc định vị chùm tia trên một vật thể rất đơn giản với các mô hình phát ra ánh sáng khả kiến vì chùm tia có thể nhìn thấy được.
Nguyên lý hoạt động
(1) Tính chất của ánh sáng
Sự truyền thẳng
Khi ánh sáng đi qua không khí hoặc nước, nó luôn đi theo đường thẳng. Khe hở ở bên ngoài của Cảm biến chùm tia được sử dụng để phát hiện các vật thể nhỏ là một ví dụ về cách áp dụng nguyên lý này vào thực tế.
Sự khúc xạ
Khúc xạ là hiện tượng ánh sáng bị lệch hướng khi đi qua ranh giới giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau.
Phản xạ
(Phản xạ đều, Phản xạ ngược, Phản xạ khuếch tán)
Một bề mặt phẳng, chẳng hạn như kính hoặc gương, phản xạ ánh sáng ở một góc bằng với góc tới của ánh sáng. Loại phản xạ này được gọi là phản xạ đều. Một khối góc tận dụng nguyên lý này bằng cách sắp xếp ba bề mặt phẳng vuông góc với nhau. Ánh sáng phát ra về phía khối góc liên tục truyền đi các phản xạ đều và ánh sáng phản xạ cuối cùng di chuyển thẳng trở lại về phía ánh sáng phát ra. Điều này được gọi là phản xạ ngược.
Hầu hết các bộ phản xạ ngược bao gồm các khối góc có kích thước vài milimét vuông và được sắp xếp theo một cấu hình chính xác.
Các bề mặt mờ, chẳng hạn như giấy trắng, phản xạ ánh sáng theo mọi hướng. Sự tán xạ ánh sáng này được gọi là phản xạ khuếch tán.
Nguyên lý này là phương pháp cảm biến được sử dụng bởi các Cảm biến phản xạ khuếch tán.
Sự phân cực của ánh sáng
Ánh sáng có thể được biểu diễn như một sóng dao động theo chiều ngang và chiều dọc. Cảm biến quang điện hầu như luôn sử dụng đèn LED làm nguồn sáng. Ánh sáng phát ra từ đèn LED dao động theo chiều dọc và chiều ngang và được gọi là ánh sáng không phân cực. Có các bộ lọc quang học hạn chế dao động của ánh sáng không phân cực chỉ theo một hướng. Chúng được gọi là bộ lọc phân cực. Ánh sáng từ đèn LED đi qua bộ lọc phân cực chỉ dao động theo một hướng và được gọi là ánh sáng phân cực (hay chính xác hơn là ánh sáng phân cực tuyến tính). Ánh sáng phân cực dao động theo một hướng (ví dụ như hướng dọc) không thể đi qua bộ lọc phân cực hạn chế dao động theo hướng vuông góc (ví dụ: hướng ngang). Chức năng MSR trên Cảm biến phản xạ ngược và phụ kiện Bộ lọc bảo vệ nhiễu lẫn nhau cho Cảm biến chùm tia xuyên qua hoạt động theo nguyên lý này.
(2) Nguồn sáng
Ánh sáng tạo ra
xung điều chế ánh sáng
Phần lớn các cảm biến quang điện sử dụng ánh sáng điều chế xung về cơ bản phát ra ánh sáng lặp đi lặp lại theo các khoảng thời gian cố định.
Chúng có thể cảm nhận các vật thể ở xa vì hiệu ứng nhiễu ánh sáng bên ngoài dễ dàng bị loại bỏ bằng hệ thống này. Trong các mô hình được trang bị bảo vệ nhiễu lẫn nhau, chu kỳ phát xạ được thay đổi trong phạm vi chỉ định để xử lý ánh sáng đồng bộ và nhiễu ánh sáng bên ngoài.
Ánh sáng không điều chế
Ánh sáng điều chế là chùm ánh sáng không bị gián đoạn ở cường độ cụ thể được sử dụng với một số loại Cảm biến nhất định, chẳng hạn như Cảm biến Mark. Mặc dù các Cảm biến này có thời gian phản hồi nhanh, nhưng nhược điểm của chúng bao gồm khoảng cách cảm biến ngắn và dễ bị nhiễu ánh sáng bên ngoài.
Màu sắc và loại nguồn sáng
(3) Tam giác hóa
Cảm biến có thể thiết lập khoảng cách thường hoạt động theo nguyên lý tam giác hóa. Nguyên lý này được minh họa trong sơ đồ sau.
Ánh sáng từ Bộ phát chiếu vào vật thể cảm biến và phản xạ ánh sáng khuếch tán. Thấu kính Bộ thu tập trung ánh sáng phản xạ vào bộ dò vị trí (một chất bán dẫn phát ra tín hiệu theo vị trí ánh sáng chiếu vào). Khi vật thể cảm biến nằm ở A gần hệ thống quang học, thì ánh sáng tập trung tại điểm a trên bộ dò vị trí. Khi vật thể cảm biến nằm ở B xa hệ thống quang học, thì ánh sáng tập trung tại điểm b trên bộ dò vị trí.
Phân loại
(1) Phân loại theo phương pháp cảm biến
1. Phương pháp cảm biến xuyên chùm tia
Bộ phát và bộ thu được lắp đối diện nhau để cho phép ánh sáng từ bộ phát đi vào bộ thu. Khi một vật thể cảm biến đi qua giữa bộ phát và bộ thu làm gián đoạn ánh sáng phát ra, nó sẽ làm giảm lượng ánh sáng đi vào bộ thu. Việc giảm cường độ ánh sáng này được sử dụng để phát hiện vật thể.
Phương pháp cảm biến giống hệt như Cảm biến xuyên chùm và một số mẫu được gọi là Cảm biến khe được cấu hình với Bộ phát và Bộ thu tích hợp.
Phương pháp cảm biến giống hệt như Cảm biến xuyên chùm và một số mẫu được gọi là Cảm biến khe được cấu hình với Bộ phát và Bộ thu tích hợp.
Đặc trưng
Hoạt động ổn định và khoảng cách phát hiện xa, từ vài cm đến vài chục mét.
Vị trí cảm biến không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi trong đường đi của vật thể cảm biến.
Hoạt động không bị ảnh hưởng nhiều bởi độ bóng, màu sắc hoặc độ nghiêng của vật thể cảm biến.
2. Cảm biến phản xạ khuếch tán
Phương pháp cảm biến
Bộ phát và bộ thu được lắp trong cùng một vỏ và ánh sáng thường không quay trở lại bộ thu. Khi ánh sáng từ bộ phát chiếu vào vật thể cảm biến, vật thể phản chiếu ánh sáng và đi vào bộ thu, tại đó cường độ ánh sáng tăng lên. Sự gia tăng cường độ ánh sáng này được sử dụng để phát hiện vật thể.
Đặc trưng
Khoảng cách cảm biến từ vài cm đến vài mét.
Dễ dàng điều chỉnh lắp đặt.
Cường độ ánh sáng phản xạ, độ ổn định khi vận hành và khoảng cách cảm biến thay đổi tùy theo điều kiện (ví dụ: màu sắc và độ mịn) trên bề mặt của vật thể cảm biến.
3. Cảm biến phản xạ ngược
Phương pháp cảm biến
Bộ phát và bộ thu được lắp trong cùng một vỏ và ánh sáng từ bộ phát thường được phản xạ trở lại bộ thu bằng một bộ phản xạ được lắp ở phía đối diện. Khi vật thể cảm biến ngắt ánh sáng, nó sẽ làm giảm lượng ánh sáng nhận được. Sự giảm cường độ ánh sáng này được sử dụng để phát hiện vật thể.
Đặc trưng
Khoảng cách cảm biến dao động từ vài cm đến vài mét.
Điều chỉnh trục quang và hệ thống dây điện đơn giản (tiết kiệm nhân công).
Hoạt động không bị ảnh hưởng nhiều bởi màu sắc hoặc góc của vật thể cảm biến.
Ánh sáng đi qua vật thể cảm biến hai lần, khiến các cảm biến này phù hợp để cảm biến các vật thể trong suốt.
Cảm biến các vật thể có lớp hoàn thiện phản chiếu có thể không được phát hiện vì lượng ánh sáng phản chiếu trở lại Bộ thu từ các bề mặt sáng bóng như vậy khiến cho có vẻ như không có vật thể cảm biến nào hiện diện. Vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng chức năng MSR.
Cảm biến phản xạ ngược có vùng chết ở khoảng cách gần.
4. Cảm biến có thể thiết lập khoảng cách
Phương pháp cảm biến
Bộ thu trong cảm biến là một điốt quang 2 phần hoặc một bộ phát hiện vị trí. Ánh sáng phản xạ từ vật thể cảm biến được tập trung vào bộ thu. Cảm biến dựa trên nguyên lý tam giác hóa , trong đó nêu rằng nơi chùm tia được tập trung phụ thuộc vào khoảng cách đến vật thể cảm biến.
Hình sau đây cho thấy một hệ thống phát hiện sử dụng điốt quang 2 phần. Đầu của điốt quang gần trường hợp nhất được gọi là đầu N (gần) và đầu kia được gọi là đầu F (xa). Khi một vật thể cảm biến đạt đến vị trí được đặt trước, ánh sáng phản xạ được tập trung ở giữa đầu N và đầu F và các điốt quang ở cả hai đầu đều nhận được lượng ánh sáng bằng nhau. Nếu vật thể cảm biến gần cảm biến hơn, thì ánh sáng phản xạ được tập trung ở đầu N. Ngược lại, ánh sáng phản xạ được tập trung ở đầu F khi vật thể cảm biến nằm xa hơn khoảng cách được đặt trước. Cảm biến tính toán sự khác biệt giữa cường độ ánh sáng ở đầu N và đầu F để xác định vị trí của vật thể cảm biến.
Đặc trưng
Hoạt động không bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện bề mặt vật thể cảm biến hoặc màu sắc.
Hoạt động không bị ảnh hưởng nhiều bởi bối cảnh.
BGS (Giảm nhiễu nền) và FGS (Giảm nhiễu nền trước)
Khi sử dụng E3Z-LS61, E3Z-LS66, E3Z-LS81 hoặc E3Z-LS86, hãy chọn chức năng BGS hoặc FGS để phát hiện các vật thể trên băng chuyền.
Chức năng BGS ngăn không cho phát hiện bất kỳ vật thể nền nào (tức là băng chuyền) vượt quá khoảng cách đã đặt.
Chức năng FGS ngăn không cho phát hiện các vật thể gần hơn khoảng cách đã đặt hoặc các vật thể phản xạ ít hơn một lượng ánh sáng đã chỉ định đến Bộ thu.
Các vật thể phản xạ ít hơn một lượng ánh sáng đã chỉ định như sau:
(1) Các vật thể có độ phản xạ cực thấp và các vật thể tối hơn giấy đen.
(2) Các vật thể như gương phản xạ hầu như toàn bộ ánh sáng trở lại Bộ phát.
(3) Các bề mặt bóng, không bằng phẳng phản xạ nhiều ánh sáng nhưng phân tán ánh sáng theo các hướng ngẫu nhiên.
Ánh sáng phản xạ có thể quay trở lại Bộ thu trong giây lát đối với mục (3) do cảm biến chuyển động của vật thể. Trong trường hợp đó, có thể cần sử dụng bộ hẹn giờ trễ TẮT hoặc một số phương tiện khác để ngăn hiện tượng rung.
Đặc trưng
Có thể phát hiện được sự khác biệt nhỏ về chiều cao (BGS và FGS).
Giảm thiểu tác động của việc cảm biến màu sắc vật thể (BGS và FGS).
Hiệu ứng của các đối tượng nền được giảm thiểu (BGS).
Việc phát hiện sự bất thường của vật thể có thể ảnh hưởng đến hoạt động (BGS và FGS).
5. Cảm biến phản xạ hạn chế
Phương pháp cảm biến
Tương tự như đối với Cảm biến phản xạ khuếch tán, Cảm biến phản xạ hạn chế nhận ánh sáng phản xạ từ vật thể cảm biến để phát hiện vật thể đó. Hệ thống quang học hạn chế vùng phát xạ và vùng thu ánh sáng, do đó chỉ có thể phát hiện được các vật thể có khoảng cách cụ thể (vùng mà vùng phát xạ và vùng thu ánh sáng chồng lên nhau) từ Cảm biến. Trong hình bên phải, vật thể cảm biến tại (A) có thể được phát hiện trong khi vật thể tại (B) thì không.
Ví dụ
Đặc trưng
Có thể phát hiện ra những khác biệt nhỏ về chiều cao.
Khoảng cách từ Cảm biến có thể được giới hạn để chỉ phát hiện các vật thể trong một khu vực cụ thể.
Hoạt động không bị ảnh hưởng nhiều bởi việc cảm biến màu sắc vật thể.
Hoạt động bị ảnh hưởng rất nhiều bởi độ bóng hoặc độ nghiêng của vật thể cảm biến.
(2) Điểm lựa chọn theo phương pháp cảm biến
Điểm kiểm tra cho cảm biến xuyên chùm tia và phản xạ ngược
Cảm biến đối tượng
(1) Kích thước và hình dạng (dọc x ngang x cao)
(2) Độ trong suốt (mờ đục, bán trong suốt, trong suốt)
(3) Vận tốc V (m/s hoặc đơn vị/phút)
Cảm biến
(1) Khoảng cách cảm biến (L)
(2) Hạn chế về kích thước và hình dạng
a) Cảm biến
b) Bộ phản xạ ngược (đối với Cảm biến phản xạ ngược)
(3) Cần lắp đặt cạnh nhau
a) Số lượng đơn vị
b) Khoảng cách lắp đặt
c) Cần lắp đặt so le
(4) Hạn chế lắp đặt (góc, v.v.)
Môi trường
(1) Nhiệt độ môi trường
(2) Có nước, dầu hoặc hóa chất bắn vào
(3) Những thứ khác
Điểm kiểm tra cho cảm biến phản xạ khuếch tán, có thể thiết lập khoảng cách và phản xạ hạn chế
Cảm biến đối tượng
(1) Kích thước và hình dạng (dọc x ngang x cao)
(2) Màu sắc
(3) Vật liệu (thép, SUS, gỗ, giấy, v.v.)
(4) Điều kiện bề mặt (có kết cấu hoặc bóng)
(5) Vận tốc V (m/s hoặc đơn vị/phút)
Cảm biến
(1) Khoảng cách cảm biến (khoảng cách đến vật gia công) (L)
(2) Hạn chế về kích thước và hình dạng
(3) Nhu cầu lắp đặt cạnh nhau
a) Số lượng đơn vị
b) Bước lắp đặt
(4) Hạn chế lắp đặt (góc, v.v.)
Lý lịch
Bối cảnh
(1) Màu sắc
(2) Vật liệu (thép, SUS, gỗ, giấy, v.v.)
(3) Điều kiện bề mặt (có kết cấu, bóng, v.v.)
Môi trường
(1) Nhiệt độ môi trường
(2) Có nước, dầu hoặc hóa chất bắn vào
(3) Những thứ khác
(3) Phân loại theo cấu hình
Cảm biến quang điện thường bao gồm Bộ phát, Bộ thu, Bộ khuếch đại, Bộ điều khiển và Nguồn điện. Chúng được phân loại như thể hiện bên dưới theo cách các thành phần được cấu hình.
1. Cảm biến có bộ khuếch đại riêng biệt
Cảm biến xuyên chùm có Bộ phát và Bộ thu riêng biệt trong khi Cảm biến phản xạ có Bộ phát và Bộ thu tích hợp. Bộ khuếch đại và Bộ điều khiển được đặt trong một Bộ khuếch đại duy nhất.
Đặc trưng
Kích thước nhỏ gọn vì bộ phát-thu tích hợp chỉ bao gồm bộ phát, bộ thu và hệ thống quang học.
Độ nhạy có thể được điều chỉnh từ xa nếu Bộ phát và Bộ thu được lắp đặt ở không gian hẹp.
Dây tín hiệu từ Bộ khuếch đại đến Bộ phát và Bộ thu dễ bị nhiễu.
Các mẫu điển hình (Bộ khuếch đại): E3NC, E3C-LDA[]N và E3C
2. Cảm biến khuếch đại tích hợp
Mọi thứ ngoại trừ nguồn điện đều được tích hợp trong các Cảm biến này. (Cảm biến xuyên chùm được chia thành Bộ phát chỉ bao gồm Bộ phát và Bộ thu bao gồm Bộ thu, Bộ khuếch đại và Bộ điều khiển.) Nguồn điện là một thiết bị độc lập.
Đặc trưng
Bộ thu, Bộ khuếch đại và Bộ điều khiển được tích hợp để loại bỏ nhu cầu về hệ thống dây tín hiệu yếu. Điều này làm cho Cảm biến ít bị nhiễu hơn.
Cần ít dây hơn so với cảm biến có bộ khuếch đại riêng biệt.
Mặc dù các cảm biến này thường lớn hơn các cảm biến có bộ khuếch đại riêng biệt, nhưng các cảm biến không thể điều chỉnh độ nhạy cũng nhỏ như vậy.
Các mẫu điển hình: E3Z, E3T và E3S-C
3. Cảm biến có nguồn điện tích hợp
Bộ nguồn, bộ phát và bộ thu đều được lắp trong cùng một vỏ với các cảm biến này.
Đặc trưng
Cảm biến có thể được kết nối trực tiếp với nguồn điện thương mại để cung cấp đầu ra điều khiển lớn trực tiếp từ Bộ thu.
Các cảm biến này lớn hơn nhiều so với các cảm biến có cấu hình khác vì Bộ phát và Bộ thu chứa các thành phần bổ sung, chẳng hạn như máy biến áp cung cấp điện.
Các mẫu điển hình: E3G-M, E3JK và E3JM
4. Cảm biến khu vực
Cảm biến diện tích là cảm biến xuyên chùm tia bao gồm một cặp bộ phát và bộ thu với nhiều chùm tia. Chọn chiều rộng cảm biến của cảm biến để phù hợp với ứng dụng.
Đặc trưng
Cảm biến diện tích có thể cảm nhận những khu vực rộng lớn.
Các cảm biến này lý tưởng cho hệ thống lấy các bộ phận nhỏ.
Các mẫu xe tiêu biểu: F3W-E và F3W-D
NGUỒN:IA.OMRON.COM