Các loại công tắc quang điện nào có sẵn, và chúng khác nhau như thế nào?

Giới thiệu

Được giới thiệu vào năm 1906, các công tắc quang điện kiểm soát mọi khía cạnh của tự động hóa công nghiệp hiện đại với khả năng phát hiện chính xác và có thể đo lường mà hầu như không thể sao chép. Tuy nhiên, đây là các công tắc phụ thuộc vào ánh sáng và là những thiết bị dự đoán được với nhiều loại đặc tính và phạm vi ứng dụng rất rộng. Trong bài viết sau, chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về các loại công tắc quang điện khác nhau vì chúng khác nhau về trọng lượng hoạt động, ứng dụng và thiết kế.

Các danh mục công tắc quang điện

Có bốn loại công tắc quang điện: retroreflective (phản xạ ngược), through-beam (chiếu xuyên), phản xạ khuếch tán và sợi quang.

Cảm biến Phản xạ Ngược

Điều này là có thể vì các cảm biến phản xạ ngược truyền một tia sáng đến đối tượng (đối tượng chặn ánh sáng theo chiều ngược lại với hướng truyền), sau đó phát hiện loại ánh sáng được trả về giống như vậy. Loại cảm biến này có ứng dụng hạn chế ở những nơi duy trì tầm nhìn trực tiếp, ví dụ như trong máy đóng gói hoặc thiết kế băng chuyền. Chúng hoạt động với độ nhất quán cao và có thể phát hiện nhiều loại vật thể khác nhau, từ kim loại bóng cho đến nhựa trong suốt.

Cảm biến Chiếu Xuyên

Các cảm biến phản xạ ngược hoạt động bằng cách truyền một tia sáng đến vật thể (vật này chặn ánh sáng theo hướng ngược lại với hướng truyền), sau đó nhận lại loại ánh sáng đã được phản xạ. Loại cảm biến này có ít ứng dụng mang tính chất đường thẳng như trong máy đóng gói hoặc thiết kế kiểu băng chuyền. Chúng hoạt động dựa trên sự nhất quán cao và có khả năng nhận diện các vật thể khác nhau từ kim loại bóng đến nhựa trong suốt.

Cảm biến Phản xạ Khuếch tán

Chúng hoạt động bằng cách truyền một tia sáng từ một bên của khoảng không khí sang bên kia, và tia sáng được nhận ở phía đối diện. Nó sẽ kích hoạt khi có vật gì đó cắt ngang tia sáng. Chúng thường được sử dụng để kiểm tra sự hiện diện hoặc vắng mặt của một vật thể ở khoảng cách xa, ví dụ như hệ thống điều khiển mức độ hay hệ thống an ninh / ra vào.

Cảm biến Cáp Quang

Trong cảm biến quang học, sợi quang được sử dụng để truyền ánh sáng đến và từ điểm đo. Phù hợp tốt cho môi trường nặng ký, chúng có khả năng hoạt động mà không bị nhiễu điện từ và rất chính xác, do đó có thể xử lý tốt hơn ở nơi tính tương thích điện từ là cần thiết.

Các biến thể Dựa trên Nguyên lý Hoạt động

Có nhiều loại khác nhau của công tắc photoelectric, cũng thay đổi dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng (cảm biến hồng ngoại chủ động vs thụ động) và việc sử dụng ánh sáng khả kiến so với ánh sáng hồng ngoại.

Cảm biến Hồng ngoại Thụ động và Chủ động

Mặt khác, các cảm biến hồng ngoại chủ động phát tín hiệu của riêng mình và chỉ đơn giản là phát hiện nó khi phản xạ sẽ chỉ hoạt động trong môi trường được kiểm soát. Cảm biến hồng ngoại thụ động thì không phát ra ánh sáng mà chỉ phát hiện dấu hiệu nhiệt của vật thể; vì vậy chúng được sử dụng để tiết kiệm năng lượng.

Cảm biến cho Ánh sáng Khả kiến và Ánh sáng Hồng ngoại

Cảm biến ánh sáng khả kiến có một trường hợp sử dụng rất đơn giản trong hệ thống: bạn muốn việc cảm biến là nhìn thấy được đối với các nhà vận hành con người. Điểm cộng là, các cảm biến ánh sáng hồng ngoại hoạt động ở dải không nhìn thấy được, điều này có nghĩa là có thể bạn không thể nhìn thấy chúng và xác minh hiệu quả của chúng bằng mắt thường, nhưng chúng chắc chắn hoạt động rất tốt trong các ứng dụng mà ngoại hình thị giác không phải là phần quan trọng của tổng thể nhưng phát hiện lại là một phần đáng kể.

Kiểu loại phụ thuộc vào loại đầu ra

Các công tắc photo điện khác nhau dựa trên loại đầu ra, với cấu hình transistor NPN và PNP là phổ biến nhất trong số đó.

Đầu ra NPN và PNP

Đầu ra NPN — thường là open-collector, dùng cho ứng dụng sinking (kéo xuống) Đầu ra PNP — thông thường là open-emitter, dùng cho ứng dụng sourcing (nguồn) Cả NPN và PNP đều phổ biến trong các hệ thống điều khiển nên việc chọn lựa sẽ phụ thuộc vào yêu cầu của hệ thống điều khiển cụ thể.

Tương tự V đầu ra kỹ thuật số

Đầu ra Analog hoặc Digital: Một số công tắc quang điện có đầu ra analog, cung cấp đầu ra liên tục đại diện cho cường độ ánh sáng môi trường; những công tắc khác cung cấp đầu ra digital tạo ra tín hiệu nhị phân chỉ ra liệu nó có phát hiện vật thể hay không. Đối với các ứng dụng yêu cầu mức độ ánh sáng chính xác, đầu ra analog là giải pháp, trong khi đầu ra digital phù hợp cho các ứng dụng phát hiện đơn giản.

Các cân nhắc về môi trường

Một số công tắc quang điện có khả năng chịu đựng sự biến động của ánh sáng môi trường và được thiết kế đặc biệt cho các yêu cầu môi trường như chống bụi và nước hoặc hoạt động ở nhiệt độ cao.

Công tắc Quang điện Theo Yêu Cầu

Ngoài ra, thị trường đang giới thiệu nhiều công tắc quang điện khác biệt như cảm biến đếm tốc độ cao để đếm các vật thể đi qua liên tiếp, công tắc an toàn liên kết cho việc kiểm soát truy cập và thực thi an toàn, và các công tắc thông minh với IO-Link cho khả năng tương thích trên mạng giao tiếp công nghiệp.

Phần kết luận

Cảm biến quang điện đa dạng này có sẵn trên thị trường khiến các thiết bị này trở thành phân biệt và đóng vai trò thiết yếu trong tự động hóa hiện đại. Dù là cảm biến phản xạ cho dây chuyền đóng gói, cảm biến xuyên ánh cho hệ thống an ninh hoặc cảm biến phản xạ khuếch tán cho việc phát hiện đối tượng bằng robot, cảm biến phù hợp có thể tăng cường đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của bất kỳ quy trình tự động nào. Do sự mở rộng công nghệ nhanh chóng, các công tắc quang điện thường vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều cơ chế và ứng dụng.