Cảm biến quang là gì?
Cảm biến quang (photoelectric sensor) là loại cảm biến phát hiện sự hiện diện, vị trí hoặc bề mặt của vật thể bằng chùm ánh sáng — thường là LED hồng ngoại (850–950 nm) hoặc laser đỏ (650 nm). Nguyên lý: bộ phát (emitter) phát ra chùm tia, bộ thu (receiver) liên tục đo cường độ sáng. Khi vật thể làm thay đổi cường độ sáng tại receiver, mạch xử lý kích đầu ra ON/OFF.
Ưu điểm lớn nhất so với cảm biến tiệm cận: phát hiện được mọi loại vật liệu (nhựa, gỗ, thủy tinh, chất lỏng), khoảng cách xa hơn nhiều (0,1–10 m tùy kiểu), không cần tiếp xúc.
Ba kiểu cảm biến quang chính
1. Through-beam (thu-phát riêng biệt)
Phát và thu nằm đối diện nhau, chùm tia đi thẳng từ emitter sang receiver. Khi vật chặn tia, đầu ra kích hoạt.
- Khoảng cách: 0,1–20 m (xa nhất trong 3 kiểu)
- Ưu điểm: độ tin cậy cao nhất, không bị phản xạ giả từ vật lạ
- Nhược điểm: cần đi dây 2 điểm, lắp đặt phức tạp hơn
- Ứng dụng: cổng ra vào xe, phát hiện vật trên băng tải tốc độ cao, kiểm tra độ trong suốt của chai thủy tinh
2. Retro-reflective (phản xạ gương)
Phát và thu nằm cùng một đầu, chùm tia phản xạ từ tấm gương (reflector) trở lại receiver. Khi vật chặn giữa cảm biến và gương, đầu ra kích hoạt.
- Khoảng cách: 0,1–5 m
- Ưu điểm: chỉ đi dây 1 điểm, lắp dễ hơn through-beam
- Nhược điểm: vật có bề mặt gương phản xạ cao (lon nhôm bóng) có thể làm cảm biến không phát hiện được — cần chọn model phân cực
- Ứng dụng: phát hiện xe vào bãi, băng tải thùng carton
3. Diffuse (phản xạ khuếch tán)
Phát và thu cùng một đầu, chùm tia chiếu vào vật và phản xạ khuếch tán ngược về receiver. Khi vật xuất hiện trong vùng phát hiện, tín hiệu phản xạ tăng lên và kích đầu ra.
- Khoảng cách: 0,01–2 m (phụ thuộc màu sắc và vật liệu bề mặt)
- Ưu điểm: lắp đặt đơn giản nhất, chỉ cần 1 điểm
- Nhược điểm: bề mặt tối/đen phản xạ kém hơn bề mặt trắng → khoảng cách phát hiện giảm; cần chỉnh ngưỡng khi thay đổi vật liệu
- Ứng dụng: phổ biến nhất — phát hiện vật trên băng tải ngắn, đếm sản phẩm, cảm biến ngăn kéo máy in
Bảng so sánh 3 kiểu
| Tiêu chí | Through-beam | Retro-reflective | Diffuse |
|---|---|---|---|
| Khoảng cách phát hiện | Xa nhất (đến 20 m) | Trung bình (đến 5 m) | Ngắn nhất (đến 2 m) |
| Số điểm lắp đặt | 2 (emitter + receiver) | 2 (sensor + gương) | 1 (chỉ sensor) |
| Độ tin cậy | Cao nhất | Cao | Trung bình |
| Ảnh hưởng màu sắc vật | Không | Không | Có (ảnh hưởng khoảng cách) |
| Giá | Cao nhất | Trung bình | Rẻ nhất |
Kết nối NPN và PNP với PLC
Cảm biến quang công nghiệp thường có đầu ra transistor:
- NPN (sinking): khi kích hoạt, chân output kéo xuống 0 V. Phù hợp PLC source (cấp dương cho input). Phổ biến ở châu Á.
- PNP (sourcing): khi kích hoạt, chân output cấp dương (24 V). Phù hợp PLC sink (kéo âm cho input). Phổ biến ở châu Âu.
Thực tế tại Việt Nam: hầu hết PLC Mitsubishi, Delta dùng input sink (NPN), PLC Siemens S7-1200 linh hoạt hơn. Trước khi mua cảm biến, xác định rõ PLC dùng kiểu gì.
Thương hiệu phổ biến tại Việt Nam
- Omron: series E3Z (diffuse/retro), E3JM (through-beam) — phổ biến, có sẵn tại nhiều đại lý
- Sick: WTB/WTE/WTF series — chất lượng cao, dùng nhiều trong ngành ô tô, bao bì
- Balluff, Banner, Keyence: chuyên dụng cho ứng dụng đặc thù
- Autonics (Hàn Quốc): giá tốt, phổ biến ở xưởng vừa và nhỏ