Trong tự động hóa công nghiệp, cảm biến siêu âm và cảm biến quang được sử dụng rất phổ biến vì có khả năng ứng dụng tương tự nhau. Tuy nhiên, hai công nghệ này không có cùng nguyên lý hoạt động và cũng không thể thay thế cho nhau trong nhiều trường hợp.
CẢM BIẾN SIÊU ÂM VÀ CẢM BIẾN QUANG LÀ GÌ?
Đầu tiên, chúng ta cần hiểu sơ lược về cảm biến siêu âm và cảm biến quang.
Cảm biến quang là gì?
Cảm biến quang (photoelectric sensor) là thiết bị chuyên dùng ánh sáng (thường là hồng ngoại hoặc laser) để phát hiện vật thể, xác định vị trí hoặc đo khoảng cách từ cảm biến đến đối tượng.
Tùy vào thiết kế của từng model mà cảm biến quang có thể hoạt động theo kiểu thu - phát, phản xạ gương hay phản xạ khuếch tán.
Cảm biến siêu âm là gì?
Cảm biến siêu âm là thiết bị sử dụng sóng âm ở tần số cao (trên 20kHz, tai người không nghe được) để xác khoảng cách, đo mức chất lỏng/vật liệu rời hoặc phát hiện vật thể.
Thiết bị này có nhiều dạng, trong đó một kiểu là phát sóng siêu âm đến mục tiêu, tiếp nhận tín hiệu phản xạ và xử lý thời gian truyền của sóng để xác định vị trí tương đối của vật thể → ứng dụng chính là đo mức, đo khoảng cách và phát hiện vật thể.
Và kiểu còn lại là tách cảm biến thành hai phần (1 đầu phát và 1 đầu nhận), sau đó lắp chúng đối diện nhau để tạo thành một hàng rào siêu âm vô hình → ứng dụng chính là xác định sự hiện diện của vật thể.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM VÀ CẢM BIẾN QUANG
Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm và cảm biến quang có sự khác biệt đáng kể:
Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý phát và thu sóng âm. Trong đó, bộ phát sẽ phát ra một xung sóng siêu âm truyền trong không khí, gặp vật thể và phản xạ trở lại. Bộ thu có nhiệm vụ nhận tín hiệu phản xạ, trong khi đó mạch xử lý sẽ tính toán thời gian đi - về của sóng để xác định khoảng cách theo công thức: D = (V x T)/2.
Trong đó: D là khoảng cách từ cảm biến đến vật thể; V là vận tốc âm thanh trong không khí; T là thời gian đi - về của sóng.
Lưu ý: Cảm biến siêu âm có vùng mù (blind zone). Đây là khoảng cách tối thiểu ngay trước phần đầu dò của cảm biến. Trong vùng mù, thiết bị không thể phát hiện vật thể hay đo lường khoảng cách được. Đây là đặc tính không thể thay đổi của công nghệ sóng âm.
Nguyên lý hoạt động cảm biến quang
Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý phát và thu ánh sáng. Bộ phát sẽ phát ra một chùm ánh sáng (hồng ngoại/LED/laser) và bộ thu có nhiệm vụ nhận tín hiệu ánh sáng này.
Khi có vật thể đi qua vùng giữa hai đầu cảm biến thì chùm sáng sẽ bị gián đoạn/phản xạ/thay đổi cường độ. Lúc này, bộ thu sẽ ghi nhận sự thay đổi và mạch xử lý chuyển đổi nó thành tín hiệu điện (ON/OFF hoặc PNP/NPN).
Lưu ý: Tùy vào thiết kế mà ánh sáng có thể đi thẳng từ bộ phát đến bộ thu, phản xạ qua gương hoặc phản xạ trực tiếp từ vật thể. Cảm biến quang không có vùng mù nên có thể phát hiện vật thể ở khoảng cách rất gần. Tuy nhiên, thiết bị này dễ bị ảnh hưởng bởi bụi, ánh sáng môi trường, màu sắc và độ phản xạ của đối tượng mục tiêu.
CẢM BIẾN SIÊU ÂM VÀ CẢM BIẾN QUANG KHÁC NHAU NHƯ THẾ NÀO?
Bảng so sánh cảm biến siêu âm và cảm biến quang
Khi so sánh cảm biến siêu âm và cảm biến quang thì chúng ta không nên chỉ nhìn vào khoảng cách phát hiện, công nghệ đo hay giá thành, mà phải đặt hai thiết bị này trong điều kiện ứng dụng của chúng nữa.
| TIÊU CHÍ | CẢM BIẾN SIÊU ÂM | CẢM BIẾN QUANG |
| Công nghệ | Sóng siêu âm | Ánh sáng (hồng ngoại, LED, laser) |
| Khả năng đo | Đo khoảng cách, phát hiện vật thể, đo mức | Phát hiện vật thể, đếm, định vị, kiểm tra vị trí |
| Độ chính xác | ±1-3mm (tùy model), không phụ thuộc màu sắc, độ trong suốt của đối tượng | ±0.1-1mm, phụ thuộc màu sắc, độ phản xạ của đối tượng và ánh sáng môi trường |
| Khoảng cách đo | 20mm đến 10m (phổ biến 0.5 - 5m) | 10mm đến 30m (công nghệ thru-beam có thể lên đến 50m) |
| Vùng mù | Có | Không |
| Môi trường làm việc | Tốt trong môi trường bụi, ẩm, thiếu sáng, có sương mù | Dễ bị ảnh hưởng bởi bụi, ánh sáng mạnh, dầu mỡ bám trên thiết bị |
| Tốc độ phản hồi | Chậm hơn | Rất nhanh |
| Chi phí đầu tư | Trung bình - cao | Trung bình - thấp |
| Ứng dụng | Đo mức nước, hóa chất, silo, phát hiện vật thể trong suốt, môi trường bụi | Phát hiện vật thể nhỏ, đếm sản phẩm, kiểm tra vị trí, ứng dụng tốc độ cao |
| Điểm lưu ý | Có vùng mù, phản hồi không bằng cảm biến quang, nhạy với bọt khí, bề mặt mềm | Nhạy với bụi, ánh sáng môi trường, màu sắc và độ phản xạ vật thể mục tiêu |
Cảm biến siêu âm và cảm biến quang khác nhau như thế nào?
Khác biệt cốt lõi nhất của cảm biến siêu âm và cảm biến quang nằm ở công nghệ và nguyên lý do. Cảm biến quang là "đôi mắt" quan sát sự thay đổi của ánh sáng, còn cảm biến siêu âm là một hệ thống tự cung tự cấp, nó "phát đi âm và nhận về tiếng vọng".
Ví dụ: Trong các ứng dụng kiểm đếm chai nhựa trong suốt trên dây chuyền, cảm biến quang sẽ gặp vấn đề nếu ánh sáng truyền qua/phản xạ không ổn định. Lúc này, cảm biến siêu âm là lựa chọn phù hợp hơn. Ngược lại, trong ứng dụng yêu cầu đếm hàng trăm hoặc thậm chí là hàng nghìn sản phẩm mỗi phút thì tốc độ phản hồi cực nhanh của cảm biến quang sẽ chiếm lợi thế áp đảo.
NÊN CHỌN CẢM BIẾN SIÊU ÂM HAY CẢM BIẾN QUANG?
Mặc dùng có nhiều điểm tương đồng nhưng cảm biến siêu âm và cảm biến quang vẫn không thể thay thế hoàn toàn cho nhau. Vì một vật thể trong suốt có thể khiến cảm biến quang phải bó tay, trong khi đó cảm biến siêu âm lại phát hiện khá tốt. Ngược lại, ở nhiều dây chuyền cần phát hiện vật thể ở tốc độ rất cao, cảm biến quang thường có lợi thế rõ rệt hơn so với cảm biến siêu âm.
Nên chọn cảm biến siêu âm khi:
- Ứng dụng yêu cầu đo mức chất lỏng/chất rắn trong bồn, silo (nước, hóa chất, dầu, bột, hạt nhựa, xi măng…).
- Môi trường hoạt động thường xuyên có nhiều bụi bẩn, ẩm ướt, thiếu sáng (nhà máy xi măng, thực phẩm, xử lý nước thải…).
- Yêu cầu phát hiện vật thể trong suốt/tối màu (chai nhựa, kính, màng film, vật thể đen…).
- Cần đo khoảng cách với tần suất liên tục và độ chính xác cao (ứng dụng điều khiển mức hoặc giám sát liên tục).
Nên chọn cảm biến quang khi:
- Ứng dụng yêu cầu phát hiện vật thể có kích thước nhỏ và di chuyển với tốc độ cao (kiểm đếm sản phẩm hoặc kiểm tra vị trí vật thể trên băng tải tốc độ cao).
- Khoảng cách phát hiện xa, thường là >5m (cổng an toàn hay khu vực kiểm tra xe ra vào).
- Ứng dụng cần độ chính xác cao ở khoảng cách gần và đặc biệt là không có vùng mù (định vị chi tiết máy, kiểm tra khe hở).
- Chi phí đầu tư thấp, dễ sửa chữa/thay thế (linh kiện phổ biến, dễ tìm mua và thay thế).
ỨNG DỤNG THỰC TẾ - LỢI ÍCH CỐT LÕI CẢM BIẾN SIÊU ÂM VÀ CẢM BIẾN QUANG
Ứng dụng cảm biến siêu âm và cảm biến quang rất phổ biến trong môi trường công nghiệp.
Ứng dụng của cảm biến siêu âm
Đo mức trong bồn chứa (nước, hóa chất, dầu); Đo mức chất rắn trong silo (xi măng, bột, hạt nhựa, gạo, ngũ cốc…); Phát hiện vật thể trong suốt/tối màu (chai nhựa, kính, màng film, vật thể đen trên băng tải…); Định vị robot, xe tự hành (AGV)...
→ Lợi ích cảm biến siêu âm:
- Không tiếp xúc, không hao mòn cơ khí, giảm chi phí bảo trì
- Có thể hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt, nhiều bụi, ẩm, thiếu sáng, sương mù
- Không phụ thuộc màu sắc, độ phản xạ và độ trong suốt của vật thể
- Tín hiệu ngõ ra đa dạng (4-20mA, 0-10V, RS485, PNP/NPN, relay) phù hợp cho yêu cầu điều khiển và giám sát liên tục -tập trung.
Ứng dụng của cảm biến quang
Phát hiện vật thể nhỏ trên băng tải (kiểm đếm sản phẩm, kiểm tra vị trí, phân loại sản phẩm); Kiểm tra vị trí chi tiết máy (Định vị trục, bánh răng, khe hở máy móc); Cổng an toàn, kiểm tra xe ra vào; Ứng dụng tốc độ cao (dây chuyền đóng gói, dán nhãn, in ấn, lắp ráp linh kiện điện tử)...
→ Lợi ích cảm biến quang:
- Tốc độ phản hồi cực kỳ nhanh
- Độ chính xác cao ở khoảng cách gần
- Không có vùng mù
- Khoảng cách phát hiện xa
- Chi phí đầu tư thấp, dễ sửa chữa/thay thế.
CHỌN CẢM BIẾN SIÊU ÂM VÀ CẢM BIẾN QUANG CHẤT LƯỢNG TẠI SENSORS VIỆT NAM
Nếu bạn đang có nhu cầu tìm kiếm cảm biến siêu âm và cảm biến quang chất lượng - giá tốt thì đừng ngần ngại mà hãy liên hệ trực tiếp cho Sensors Việt Nam.
Chúng tôi cung cấp cảm biến siêu âm/quang học đa dạng, chất lượng cao và đến từ các thương hiệu hàng đầu thế giới (điển hình như PIL - Germany, Microsonic - Germany, MicroDetectors - Italy, DI-SORIC - Germany…). Bên cạnh đó, các sản phẩm đều có đầy đủ CO/CQ, chế độ bảo hành uy tín, giá cả cạnh tranh và có dịch vụ hỗ trợ tận tình - hoàn toàn miễn phí trước, trong, sau mua hàng.
→ Tham khảo thêm:
Cảm biến siêu âm chính hãng tại Sensors Việt Nam:
Cảm biến quang chính hãng tại Sensors Việt Nam:
Hy vọng bài viết này đã mang đến nhiều thông tin bổ ích để giúp bạn phân biệt cảm biến siêu âm và cảm biến quang. Mọi thông tin tư vấn và nhu cầu đặt hàng cảm biến siêu âm/cảm biến quang, bạn vui lòng liên hệ trực tiếp đến hotline hoặc truy cập website https://cambien.com.vn/ | https://www.sensors.vn/ để được hỗ trợ nhanh chóng nhất!