Tổng quan về cảm biến sợi quang

Tổng quan về cảm biến sợi quang

Cảm biến sợi quang là một cảm biến quang điện cho phép phát hiện trong không gian hẹp bằng cách truyền ánh sáng từ bộ khuếch đại sợi quang qua một đơn vị sợi quang. Ở đây, chúng tôi sẽ cung cấp tổng quan về cảm biến sợi quang.

Cảm biến sợi quang là gì?

Cảm biến quang điện này cho phép phát hiện trong không gian hẹp bằng cách truyền ánh sáng từ bộ khuếch đại sợi quang qua một đơn vị sợi quang.

Tính năng
1. Có thể phát hiện trong không gian hẹp

Kích thước nhỏ gọn của bộ phận phát hiện và tính linh hoạt của cáp quang cho phép phát hiện trong không gian chật hẹp.

②Khả năng chống chịu môi trường tuyệt vời

Bộ phận phát hiện là một bộ phận quang không có mạch điện, đảm bảo độ tin cậy cao ngay cả trong môi trường khắc nghiệt với nhiệt độ cao, độ ẩm, độ rung, va đập, nước, nhiễu điện, v.v.

3. Dễ dàng lắp đặt

Bộ phận quang có thể được sử dụng để dẫn hướng vật thể cần phát hiện, cho phép linh hoạt lắp đặt bộ khuếch đại quang.

4. Ít hạn chế đối với vật thể cần phát hiện

Vì nguyên lý phát hiện dựa trên sự chặn hoặc phản xạ ánh sáng của vật thể được phát hiện, không giống như cảm biến tiệm cận chỉ giới hạn ở việc phát hiện vật thể kim loại, cảm biến này có thể phát hiện hầu hết các vật thể, bao gồm thủy tinh, nhựa, gỗ và chất lỏng.

⑤Thời gian phản hồi ngắn

Bản thân ánh sáng rất nhanh, và mạch cảm biến được cấu tạo hoàn toàn từ các linh kiện điện tử, do đó không có thời gian hoạt động cơ học, dẫn đến thời gian phản hồi cực kỳ ngắn.

⑥Có thể phát hiện không tiếp xúc

Vì có thể phát hiện mà không cần tiếp xúc cơ học với vật thể cảm biến, nên cả vật thể cảm biến và cảm biến đều không bị hư hỏng, cho phép cảm biến hoạt động trong thời gian dài.

⑦Có thể phân biệt màu sắc

Độ phản xạ và tốc độ hấp thụ ánh sáng của vật thể cảm biến khác nhau tùy thuộc vào sự kết hợp giữa bước sóng ánh sáng phát ra và màu sắc của vật thể cảm biến. Đặc tính này có thể được sử dụng để phát hiện màu sắc của vật thể cảm biến.

8. Dễ dàng điều chỉnh

Máy chiếu ánh sáng khả kiến ​​cho phép nhìn thấy chùm tia chiếu, giúp dễ dàng căn chỉnh cảm biến với vật thể được phát hiện.

Nguyên lý
1. Tính chất của ánh sáng

Truyền thẳng

Ánh sáng luôn truyền theo đường thẳng khi truyền trong không khí hoặc nước.

Khúc xạ

Đây là hiện tượng ánh sáng chiếu vào bề mặt ranh giới có chiết suất khác nhau, hướng truyền của ánh sáng sẽ thay đổi sau khi đi qua bề mặt ranh giới.

Phản xạ (phản xạ gương, phản xạ ngược, phản xạ khuếch tán)

Trên một bề mặt phẳng như gương hoặc kính, ánh sáng bị phản xạ theo cùng một góc với góc tới, được gọi là phản xạ gương.

Một hình dạng được tạo ra bằng cách kết hợp ba bề mặt phẳng vuông góc với nhau được gọi là khối góc.

Khi ánh sáng được chiếu vào khối góc, nó liên tục bị phản xạ gương, và ánh sáng phản xạ cuối cùng đi theo hướng ngược lại với ánh sáng được chiếu. Loại phản xạ này được gọi là phản xạ ngược.

Hầu hết các tấm phản xạ ngược được tạo thành từ các khối góc được sắp xếp đều đặn, có kích thước vài mm vuông.

Trên một bề mặt không bóng như giấy trắng, ánh sáng bị phản xạ theo mọi hướng, và loại phản xạ này được gọi là phản xạ khuếch tán. Các loại phản xạ sử dụng nguyên lý này làm phương pháp phát hiện.

Phân cực

Ánh sáng có thể được biểu diễn dưới dạng sóng dao động theo phương vuông góc với hướng truyền của nó. Đèn LED chủ yếu được sử dụng làm nguồn sáng cho cảm biến sợi quang. Ánh sáng phát ra từ đèn LED dao động theo nhiều phương vuông góc với hướng truyền của nó; ánh sáng ở trạng thái này được gọi là không phân cực. Bộ lọc quang học giới hạn hướng dao động của ánh sáng không phân cực theo một hướng được gọi là bộ lọc phân cực. Nói cách khác, ánh sáng phát ra từ đèn LED và đi qua bộ lọc phân cực chỉ dao động theo một hướng; ánh sáng ở trạng thái này được gọi là phân cực (chính xác hơn là phân cực tuyến tính). Ánh sáng phân cực dao động theo một hướng nhất định (ví dụ: hướng thẳng đứng) không thể đi qua bộ lọc phân cực giới hạn dao động theo hướng vuông góc (hướng ngang).

②Nguồn sáng

Cách bật đèn
(ánh sáng điều biến xung)

Cảm biến sợi quang sử dụng ánh sáng điều biến xung và về cơ bản phát ra ánh sáng lặp lại theo các khoảng thời gian đều đặn.

Màu sắc và loại nguồn sáng

③Cấu trúc và nguyên lý

Đơn vị sợi không có thành phần điện, làm cho nó có khả năng chống nhiễu và các yếu tố môi trường khác cao.

Nguyên lý phát hiện

Một đơn vị sợi quang bao gồm lõi trung tâm và lớp vỏ ngoại vi có chiết suất thấp. Khi ánh sáng đi vào lõi, nó truyền qua lõi, liên tục bị phản xạ toàn phần tại ranh giới với lớp vỏ. Ánh sáng đi qua đơn vị sợi quang và thoát ra từ mặt cuối sẽ lan tỏa ở góc khoảng 60° (góc này thay đổi tùy theo kiểu máy) và sau đó được chiếu lên vật thể cảm biến.

Phân loại

① Phân loại theo phương pháp phát hiện

(1) Loại xuyên chùm

Phương pháp phát hiện

Các sợi quang ở phía phát sáng và phía thu sáng được lắp đặt đối diện nhau sao cho ánh sáng từ phía phát sáng đi vào phía thu sáng.
Khi vật thể phát hiện nằm giữa hai phía phát sáng và thu sáng và chặn ánh sáng, lượng ánh sáng đi vào bộ thu sẽ giảm.
Sự giảm này sẽ được phát hiện.

Tính năng

Độ ổn định hoạt động cao và khoảng cách phát hiện xa (từ vài cm đến vài chục mét)
Vị trí phát hiện vẫn không thay đổi ngay cả khi đường đi của vật thể phát hiện thay đổi.
Ít bị ảnh hưởng bởi độ bóng, màu sắc hoặc độ nghiêng của vật thể cảm biến

(2) Loại phản xạ

Phương pháp phát hiện

Đây là một bộ phát và bộ thu tích hợp, và thông thường ánh sáng không phản xạ trở lại bộ thu. Khi ánh sáng phát ra từ bộ phát chiếu vào vật thể phát hiện, ánh sáng phản xạ từ vật thể sẽ đi vào bộ thu, làm tăng lượng ánh sáng nhận được.
Sự gia tăng này được phát hiện và quá trình phát hiện được thực hiện.

Tính năng

Khoảng cách phát hiện từ vài cm đến vài mét
Lắp đặt và điều chỉnh dễ dàng
Lượng ánh sáng phản xạ và độ ổn định phát hiện thay đổi tùy thuộc vào tình trạng bề mặt (màu sắc, độ không bằng phẳng) của vật thể cảm biến, và khoảng cách cũng thay đổi theo.

(3) Loại phản xạ ngược

Phương pháp phát hiện

Trong loại tích hợp bộ phát/bộ thu, ánh sáng phát ra từ bộ phát thường được phản xạ bởi một bộ phản xạ đối diện và phản xạ trở lại bộ thu. Khi vật thể phát hiện chặn ánh sáng, lượng ánh sáng đi vào bộ thu sẽ giảm.
Sự giảm này sẽ được phát hiện.

Tính năng

Khoảng cách phát hiện từ vài cm đến vài mét
Dễ dàng đấu dây và điều chỉnh trục quang (giảm chi phí nhân công)
Ít bị ảnh hưởng bởi màu sắc hoặc độ nghiêng của vật thể được phát hiện
Ánh sáng đi qua vật thể cảm biến hai lần, phù hợp để phát hiện các vật thể trong suốt.
Nếu bề mặt của vật thể cần phát hiện bị phản chiếu, ánh sáng phản xạ từ bề mặt có thể được nhận như thể không có vật thể, khiến vật thể không thể phát hiện. Hiệu ứng này có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng chức năng MSR.
Có vùng chết ở cự ly gần

(4) Loại phản xạ hạn chế

Phương pháp phát hiện

Tương tự như (2), cảm biến tiếp nhận và phát hiện ánh sáng phản xạ từ vật thể. Cảm biến được lắp đặt sao cho chỉ có ánh sáng phản xạ gương đi vào, và được thiết kế để chỉ phát hiện các vật thể nằm trong một khoảng cách nhất định tính từ cảm biến (khu vực mà chùm tia chiếu và vùng tiếp nhận ánh sáng chồng lên nhau). Trong sơ đồ bên dưới, cảm biến có thể phát hiện vật thể ở vị trí (A), nhưng không phát hiện được vật thể ở vị trí (B).

Tính năng

Có thể phát hiện những khác biệt nhỏ
Khoảng cách từ cảm biến bị giới hạn và vật thể chỉ được phát hiện khi nằm trong phạm vi đó.
Ít bị ảnh hưởng bởi màu sắc của vật thể được phát hiện
Vật thể nhạy cảm dễ bị ảnh hưởng bởi độ bóng và độ nghiêng của nó

②Các loại cáp quang

Sợi quang này có khả năng chống đứt gãy
và có bán kính uốn cong nhỏ, giúp dễ dàng đấu dây. Ngay cả khi uốn cong, ánh sáng cũng ít bị suy giảm, giúp cáp dễ sử dụng.

Sợi này có bán kính uốn cong lớn hơn so với sợi chống uốn cong hoặc chống đứt thông thường. Do bán kính uốn cong lớn, nên nó được sử dụng ở những nơi không bị dịch chuyển.

Sợi này có khả năng chống uốn cong nhiều lần và có thể được sử dụng trong các bộ phận chuyển động chịu uốn cong.

Loại phản quang tiêu chuẩn
Đây là loại sợi phản quang tiêu chuẩn. Cấu trúc như hình dưới đây, với sợi thu sáng được đặt cạnh sợi phát sáng.

Loại phản xạ đồng trục
Phù hợp hơn sợi phản xạ tiêu chuẩn để phát hiện các vật thể nhỏ ở khoảng cách ngắn (2 mm hoặc nhỏ hơn). Nó cũng có thể phát hiện các vật thể sáng bóng ổn định hơn sợi phản xạ tiêu chuẩn, ngay cả khi nghiêng. Cấu trúc như hình dưới đây, với sợi thu sáng được sắp xếp xung quanh sợi phát sáng.

③Phân loại bộ phận sợi quang

(1) Lắp đặt tiêu chuẩn

Loại vít

Lắp đặt vít tiêu chuẩn.
Khoan lỗ vít và cố định bằng đai ốc.

Hình trụ

Lý tưởng để lắp đặt trong không gian hẹp. Cố định bằng vít cố định.

(2) Tiết kiệm không gian

Loại phẳng

Thiết kế mỏng cho phép lắp đặt ở những không gian chật hẹp.
Có thể lắp đặt trực tiếp mà không cần giá đỡ chuyên dụng.

Kiểu ống bọc (phát hiện gần vật thể)

Vì có thể phát hiện vật thể ở khoảng cách xa so với vị trí lắp đặt, nên có thể đặt gần vật thể và lý tưởng để phát hiện các vật thể nhỏ trong không gian chật hẹp.

(3) Tăng cường chùm tia

Phản xạ điểm nhỏ (phát hiện vật thể nhỏ)

Điểm nhỏ cho phép phát hiện vật thể nhỏ một cách đáng tin cậy.

Công suất cao (lắp đặt ở khoảng cách xa/chống bụi)

Có thể phát hiện thiết bị lớn, vật thể lớn và trong môi trường nhiều bụi.

Trường nhìn hẹp (phát hiện qua khe hở)

Chùm tia hẹp ngăn ánh sáng lan tỏa và ngăn ngừa sự cố do nhiễu từ các vật thể xung quanh.

Phát hiện mà không cần phát hiện nền

Chỉ phát hiện các vật thể trong phạm vi phát hiện mà không cần phát hiện nền (các vật thể ở xa hơn).

(4) Phát hiện vật thể trong suốt

Phản xạ ngược

Vì ánh sáng đi qua vật thể trong suốt hai lần, nên khả năng chặn ánh sáng được tăng lên, cho phép phát hiện ổn định.

Loại phản xạ hạn chế (dành cho phát hiện kính)

Hệ thống quang học phản xạ hạn chế cho phép phát hiện ổn định kính phản xạ gương.

(5) Khả năng chống chịu môi trường

Chống hóa chất/dầu

Vật liệu được sử dụng có khả năng chống chịu nhiều loại dầu và hóa chất.

Chống uốn/gãy

Khả năng chống uốn nhiều lần ở các bộ phận chuyển động và chống gãy do va đập hoặc vướng víu.

Khả năng chịu nhiệt

Có thể sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao lên đến 400°C.

(6) Ứng dụng chuyên dụng

Chùm tia khu vực (phát hiện khu vực)

Ứng dụng này có thể phát hiện sự uốn lượn và độ dốc ở những khu vực có vị trí đi qua thay đổi.

Phát hiện mức chất lỏng

Chỉ phát hiện chất lỏng khi được gắn vào đường ống hoặc tiếp xúc với chất lỏng.

Chống chân không

Có thể sử dụng ở mức chân không cao từ 10-5 Pa.

Ngành công nghiệp FPD/bán dẫn/pin mặt trời

Sản phẩm chuyên dụng này chuyên dùng để phát hiện các tấm nền thủy tinh và wafer, đảm bảo khả năng phát hiện ổn định.