Cảm Biến Quang Điện (Photoelectric Sensor): Cấu Tạo, Nguyên Lý & 3 Loại Phổ Biến (Cập nhật 2025)

Từ những câu hỏi thắc mắc của anh em được gửi về cho chúng tôi cảm biến quang điện (photoelectric sensor) nó là gì và chúng có cấu tạo, nguyên lý hoạt động ra làm sao có những đặc điểm gì? Vậy bây giờ anh em hãy cùng chúng tôi đi tìm hiểu và gỡ rối những câu hỏi mà anh em đã gửi về cho mecsu được đưa ra nhé!

1. (Photoelectric sensor) Cảm biến quang là gì?

Anh sẽ thường nghe tới Photoelectric sensor, được phiên dịch ra tiếng việt là cảm biến quang.

Đây là một loại cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý phát ra một chùm tia sáng (có thể là hồng ngoại, laser, hoặc LED đỏ) để phát hiện các vật thể di chuyển, đo lường khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của vật thể đó. Khi có vật thể đi vào vùng cảm biến, chùm tia sáng bị thay đổi (bị che khuất hoặc bị phản xạ lại), cảm biến sẽ nhận biết sự thay đổi này và xuất tín hiệu điện ra (OUT).

Tự bản thân bên trong cảm biến quang phát ra tia sáng để cảm biến và báo về trung tâm điều khiển. Cảm biến quang đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp hóa hiện đại hóa như hiện nay và cảm biến quang được ví như "đôi mắt thần" của người công nhân để kiểm tra trong chuỗi sản xuất và cung ứng.

2. Cấu tạo chi tiết của Cảm biến quang

Về cấu tạo của cảm biến quang hiện nay xuất hiện trên thị trường đa số thường là có cấu tạo bao gồm có 3 bộ phận chính để cấu thành 1 cảm biến quang hoàn chỉnh đó là:

→ Bộ phận phát sáng (Emitter)

Cảm biến quang hầu hết các loại cảm biến thường sử dụng bộ đèn LED được phát ra xung quanh cảm biến và cảm biến đèn LED nhận thấy các vật di chuyển phát hiện các vật thể xung quanh bằng đèn cảm biến.

Ánh sáng cảm biến có gắn nhịp điệu xung có yếu tố khác biệt và được coi là đặc biệt để giúp cảm biến xung phân biệt với các nguồn ánh sáng từ phòng hoặc bên ngoài phòng (ánh sáng mặt trời).

Đèn LED của cảm ứng quang hiện nay thông dụng và phổ biến nhất là ánh sáng có sắc tố LED đỏ và LED hồng ngoại và có thể là LED laser và các sắc tố LED khác chưa được phổ biến và thông dụng.

→ Bộ phận thu sáng (Receiver)

Thiết bị thu sáng cũng như tên gọi của nó đã thể hiện được cả khái niệm và ý nghĩa của thiết bị thu sáng. Hiện nay các thiết bị thu sáng là một bộ phận đặc biệt (thường là một phototransistor hoặc photodiode) để chuyển đổi ánh sáng nhận được thành tín hiệu điện.

Phần Thiết bị thu sáng có hệ thống AMT bộ phận này nhận cảm quang ánh sáng từ cảm biến và nhận ra các vật thể lạ và di chuyển để thông tin đến trung tâm tạo ra tín hiệu đèn.

Bộ phận của thiết bị thu sáng có sử dụng hầu như các mạch cảm biến và tích hợp chuyên dụng để khuếch đại và xử lý các chức năng bao gồm các vi mạch chạy trong bộ cảm biến thu sáng. Tuy nhiên thiết bị thu phát có thể trực tiếp nhận ánh sáng từ bộ phát.

→ Mạch xử lý tín hiệu đầu ra (Output Circuit)

Trong sơ đồ cấu tạo anh em có thể nhìn thấy thiết bị đầu ra là bộ phận tiếp nhận tín hiệu từ thiết bị thu sáng và thiết bị thu sáng chuyển đổi tín hiệu theo tỉ lệ tranzito. Mạch này sẽ khuếch đại tín hiệu điện nhỏ từ bộ thu sáng và chuyển nó thành tín hiệu ra (output) dạng ON/OFF (như NPN, PNP, hoặc Relay) để các thiết bị khác như PLC, rơ-le, hoặc bộ đếm có thể đọc được.

3. Thông số kỹ thuật của Photoelectric sensor

Các thông số kỹ thuật của Photoelectric sensor sẽ được thể hiện ở dưới đây mecsu rất mong anh em sẽ theo dõi kỹ phần này để hiểu được các thông số kỹ thuật để ứng dụng và phục vụ cho việc sử dụng của anh em nhé. (Các thông số này là ví dụ cho một loại cảm biến cụ thể):

• Về loại cảm biến: thu và phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán
• Về nguồn sáng: đèn LED màu đỏ
• Đèn báo sáng: nguồn (T): đèn LED màu cam, ngõ ra ® đèn LED báo màu cam và vận hành ổn định đèn LED báo màu đỏ.
• Khoảng cách phát hiện của cảm biến quang điện: ví dụ là 20m (cho loại thu-phát)
• Kết nối dây cáp: đầu nối M8*1
• Định mức:
  • Điện áp nguồn: 10 đến 30 VDC, bao gồm độ gợn (P_P+_ 10%)
  • Dòng điện tiêu thụ: đầu phát từ 20 mA trở xuống, đầu nhận : 28 mA trở xuống
• Ngõ ra: ngõ tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở, cấu tạo tiếp điểm: 1C
• Thời gian đáp ứng của cảm biến quang điện: tối đa là 1ms
• Khối lượng: được tính xấp xỉ 48g (gồm cáp 2-m)

4. Ứng dụng thực tế của cảm biến quang điện

Khi chúng ta nhắc đến một đồ vật hay các sản phẩm kỹ thuật số thì không thể kể không nhắc đến chúng sẽ được ứng dụng như thế nào và được ứng dụng phổ biến ở trong các ngành nghề nào trong xã hội phát triển này.

Cảm biến quang điện lại là 1 phần quan trọng của công nghệ hiện đại hóa nên cảm biến quang điện sẽ khá phổ biến về ứng dụng trong công nghệ sản xuất hiện đại hóa như ngày nay. Ứng dụng chủ yếu của cảm biến quang là dùng để phát hiện những vật thể khác nhau và đo lường khoảng cách giữa các vật thể với nhau.

Gặp cảm biến quang điện ở đâu trong cuộc sống?

• Kiểm tra dây chuyền sản xuất trong các nhà máy sản, xí nghiệp (ví dụ: đếm số lượng chai, lon).

• Phát hiện các sản phẩm bị lỗi và hỏng khi đóng gói (ví dụ: phát hiện thiếu nắp chai, nhãn dán sai lệch).
• Kiểm tra, kiểm soát cửa mở đóng của nhà xe hoặc các cửa hàng, thang máy (thanh an toàn cửa).
• Phát hiện được vật thể như người đi qua cửa (chuông báo khách).

• Bật tắt vòi nước rửa tay, máy sấy tay tự động.
• Nhận dạng và đếm IC trong sản xuất điện tử.
• Phát hiện túi xách và vali trên băng truyền phục vụ tại các sân bay.

• Phát hiện người để mở cửa và phát hiện xe đi qua (trong các trạm thu phí tự động).
• Nhận dạng và đếm IC.

Trên đây chỉ là yếu tố mang tính liệt kê một phần nhỏ của ứng dụng của cảm biến quang trong ngành công nghiệp phát triển mạnh mẽ như hiện nay và tiêu biểu trong ứng dụng của cảm biến quang điện và còn rất nhiều ứng dụng khác của cảm biến quang điện.

5. Phân loại: 3 loại cảm biến quang điện phổ biến nhất

Hiện nay cảm biến quang điện phổ biến trên thị trường được chia làm 3 loại: một là: Through - Beam Sensor và hai là Retro - Reflection Sensor, ba là Diffuse Reflection Sensor. Vậy hiện nay 3 loại cảm biến này có đặc điểm và nguyên lý hoạt động của chúng như thế nào.

#1 Cảm biến quang thu-phát (Through-Beam Sensor)

→ Đặc điểm

Ở loại dòng cảm biến quang thu phát có tên tiếng anh là (through-beam sensor). Đặc điểm của loại này là bộ phát sáng (Emitter) và bộ thu sáng (Receiver) nằm ở hai thiết bị hoàn toàn tách biệt và được lắp đặt đối diện nhau. Nó có thể phát hiện vật thể ở khoảng cách xa nhất, lên đến 60m hoặc hơn.

Về mặt màu sắc thì cảm biến through - beam sensor không bị ảnh hưởng bởi yếu tố màu sắc và bề mặt của vật thể. Đây là loại cảm biến có độ tin cậy cao nhất.

→ Nguyên lý hoạt động

Khi không có vật cản

Bộ phát sáng sẽ phát ra ánh sáng (ví dụ: đèn LED màu cam) và bộ thu sáng ở đối diện sẽ nhận được ánh sáng này. Quá trình trên được thực hiện liên tục, cảm biến ở trạng thái bình thường (ví dụ: ngõ ra OFF).

Khi có vật cản

Bộ phát vẫn liên tục phát sáng, nhưng vật thể đi vào giữa đã che khuất chùm tia, làm cho bộ thu không nhận được ánh sáng nữa. Ngay lúc này, cảm biến sẽ kích hoạt tín hiệu ngõ ra (ví dụ: ngõ ra ON).

#2 Cảm biến quang phản xạ gương (Retro-Reflective Sensor)

→ Đặc điểm

Retro-Reflective sensor (cảm biến quang phản xạ gương) có đặc điểm là bộ phát sáng và bộ thu sáng được tích hợp chung trong một thiết bị. Nó hoạt động bằng cách phát một chùm tia sáng tới một tấm gương phản xạ (reflector) đặc biệt được lắp đặt đối diện.

Dòng cảm biến quang phản xạ gương rất thuận tiện cho việc tháo lắp (chỉ cần đi dây ở một phía) và tiết kiệm được dây dẫn. Nó có thể phát hiện những vật thể mờ và trong suốt (với các model chuyên dụng). Nhược điểm là khoảng cách phát hiện bị thu hẹp hơn dòng through-beam, thường tối đa khoảng 15m.

→ Nguyên lý hoạt động

Khi cảm biến phản xạ quang hoạt động sẽ xảy ra 2 trường hợp như sau:

• Thứ nhất là không có vật cản: Cảm biến phát tia sáng, tia sáng đập vào gương và phản xạ ngược trở lại. Bộ thu nhận được toàn bộ ánh sáng này. Cảm biến ở trạng thái bình thường.
• Thứ hai là có vật cản: Vật thể đi vào giữa cảm biến và gương, che khuất chùm tia sáng. Bộ thu không nhận được ánh sáng phản xạ về nữa. Lúc này, cảm biến sẽ phát ra tín hiệu điện (PNP, NPN,...).

#3 Cảm biến quang khuếch tán (Diffuse-Reflective Sensor)

→ Đặc điểm

Là loại cảm biến quang khuếch tán. Loại cảm biến này có cùng chung đặc điểm với dòng cảm biến quang phản xạ gương là cả cảm biến thu sáng và phát sáng đều nằm chung trong một thiết bị. Tuy nhiên, nó không cần gương phản xạ.

Cảm biến này hoạt động bằng cách phát ra một chùm tia sáng và chờ vật thể đi vào vùng phát hiện. Chính bề mặt của vật thể sẽ đóng vai trò như một "tấm gương" làm phản xạ (khuếch tán) ánh sáng ngược trở lại bộ thu.

Loại này dễ lắp đặt nhất (chỉ cần lắp 1 thiết bị, không cần gương). Tuy nhiên, nó bị ảnh hưởng nhiều bởi màu sắc, độ bóng và vật liệu của bề mặt vật thể. Vì vậy, khoảng cách phát hiện của nó là ngắn nhất, thường tối đa chỉ khoảng 2m.

→ Nguyên lý hoạt động

• Khi ở trạng thái không có vật thể: Cảm biến liên tục phát ánh sáng ra môi trường, nhưng vì không có gì ở phía trước nên ánh sáng không thể phản xạ về bộ thu. Cảm biến ở trạng thái bình thường.
• Khi ở trạng thái xuất hiện vật thể: Vật thể đi vào vùng phát hiện, chùm tia sáng đập vào bề mặt vật thể và bị phản xạ khuếch tán. Một phần ánh sáng này đi ngược vào vị trí bộ thu. Bộ thu nhận được ánh sáng và kích hoạt tín hiệu ngõ ra.

6. Làm thế nào điều chỉnh độ nhạy (Sensitivity) của Photoelectric sensor?

Khi anh em mình mua 1 loại cảm biến nào cũng đều đặt ra câu hỏi nếu mua và sử dụng thì về độ nhạy của cảm biến của cảm quang sẽ như thế nào và nội dung dưới đây sẽ giải đáp các thắc mắc về độ nhạy của cảm biến và cách để điều chỉnh độ nhạy của photoelectric sensor.

→ Điều chỉnh độ nhạy của ngưỡng (Threshold)

Hầu hết các cảm biến quang (đặc biệt là loại khuếch tán và phản xạ gương) đều có một con ốc (biến trở) nhỏ để điều chỉnh độ nhạy. Khi sử dụng cảm biến, người dùng sẽ điều chỉnh ngưỡng ánh sáng này vừa đủ để kích hoạt đầu ra một cách ổn định.

Trong thực tế, việc điều chỉnh ngưỡng sẽ dẫn đến việc tăng hoặc giảm khoảng cách phát hiện vật thể. Vặn tăng độ nhạy sẽ giúp cảm biến phát hiện vật thể ở xa hơn, hoặc phát hiện vật thể có màu tối, mờ. Tuy nhiên, nếu tăng quá cao có thể gây nhiễu, làm cảm biến phát hiện nhầm cả môi trường xung quanh (như phát hiện nền).

→ Điều chỉnh nút chuyển Light-ON / Dark-ON

Ở phần này, công tắc chuyển đổi sẽ điều chỉnh và thay đổi logic tình trạng đầu ra của cảm biến điện quang.

• Light-ON (L.ON): Cảm biến sẽ bật ngõ ra (ON) khi bộ thu nhận được ánh sáng. (Ví dụ: Cảm biến khuếch tán phát hiện vật thể, hoặc cảm biến thu-phát không có vật cản).
• Dark-ON (D.ON): Cảm biến sẽ bật ngõ ra (ON) khi bộ thu không nhận được (bị tối) ánh sáng. (Ví dụ: Cảm biến thu-phát bị vật thể che, hoặc cảm biến khuếch tán không có vật thể).

Việc chọn chế độ nào là tùy thuộc vào logic điều khiển mà anh em mong muốn.

7. Nên dùng cảm biến quang điện của hãng nào?

Hiện nay anh em chúng ta cũng thấy các loại dòng cảm biến xuất hiện trên thị trường và được bày bán. Mỗi một thương hiệu hay mỗi hãng đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng của từng hãng.

Vậy nên anh em cùng mình tìm hiểu các hãng cảm biến nên sử dụng nhé:

1. Cảm biến quang Omron – Nhật Bản
2. Dòng Panasonic – Nhật Bản
3. Thương hiệu Keyence – Nhật Bản
4. Hãng Yamatake (Azbil) – Nhật Bản
5. Cảm biến quang Sunx (nay là Panasonic) – Nhật Bản
6. Dòng Sick – Đức
7. Cảm biến quang IFM – Đức
8. Hãng Autonics – Hàn Quốc
9. Cảm biến quang Schneider – Pháp

Trên đây là những hãng sản xuất cảm biến quang điện nên sử dụng và tin dùng mà mecsu gợi ý cho anh em. Tùy vào ứng dụng và ngân sách, anh em có thể chọn hãng phù hợp (ví dụ: Keyence, Sick cho các ứng dụng cao cấp, khó; Omron, Panasonic, Autonics cho các ứng dụng phổ thông).

Tham khảo thêm từ Mecsu

>>> 100+ Mã Sản Phẩm Dây Rút: https://mecsu.vn/san-pham/day-rut-nhua.5op

>>> 1000+ Mã Sản Phẩm Đầu Cosse: https://mecsu.vn/san-pham/dau-cosse.Q1j

 Mời anh em xem thêm nhé:

•  Sensor là gì: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
•  Hồ quang điện là gì? Ứng dụng hồ quang điện
•  Quang điện trở: Cấu tạo & nguyên lý hoạt động

Bài viết trên đây đã giải đáp những câu hỏi mà anh em gửi về cho vlog cảm biến quang điện là gì và nguyên lý hoạt động của cảm biến, nên tin dùng và sử dụng hãng sản xuất cảm biến quang điện nào trên thị trường.

Hy vọng bài viết sẽ nâng cao thêm kiến thức cho cá nhân anh em để ứng dụng trong thực tế. Cảm ơn anh em đã theo dõi hết bài viết.