Cảm biến vùng: khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến vùng là thiết bị cảm biến hiện đại được ứng dụng rất nhiều trong các dây chuyền sản xuất tự động hóa của công nghiệp. Tuy nhiên không phải ai cũng hiểu cảm biến vùng là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến vùng như thế nào? Có các loại cảm biến vùng nào và chúng có những ứng dụng gì trong thực tế? Bảo An sẽ giúp bạn giải đáp các câu hỏi này trong bài viết dưới đây. 

Cảm biến vùng, hay có tên gọi khác là: cảm biến vùng an toàn (Safety Light Curtain), màn chắn sáng, hay rào cản ánh sáng là một thiết bị bảo vệ quan trọng trong các hệ thống công nghiệp và tự động hóa. Thiết bị này được thiết kế bảo vệ con người khỏi các nguy hiểm luôn tiềm ẩn khi làm việc gần các máy móc tự động hoặc robot công nghiệp. Cảm biến vùng an toàn thường được sử dụng để tạo ra một vùng bảo vệ an toàn bằng cách phát ra các tia sáng hồng ngoại hoặc laser, giúp ngăn chặn các thiết bị di chuyển lại quá gần, đảm bảo an toàn cho con người khi làm việc.

Hình 1: Cảm biến vùng là gì?

Cấu tạo của một hệ thống cảm biến vùng về cơ bản sẽ bao gồm các bộ phận chính như sau:
- Bộ phát tia (Emitter): Bộ phận này của cảm biến vùng có chức năng phát ra một loạt các tia sáng hồng ngoại hoặc laser theo chiều dọc, tạo ra một “màn chắn” bảo vệ. Số lượng tia sáng và khoảng cách giữa chúng có thể khác nhau tùy thuộc vào mức độ bảo vệ và ứng dụng cụ thể.
- Bộ thu tia (Receiver): Bộ thu tia được lắp đặt đối diện với bộ phát, bộ thu nhận lại các tia sáng liên tục và giám sát xem có bất kỳ tia nào bị gián đoạn hay không.
- Bộ xử lý tín hiệu (Signal Processor): Bộ phân tích tín hiệu là bộ phận nhận tín hiệu từ bộ thu và xác định xem có bất kỳ sự gián đoạn nào không, bộ xử lý sẽ gửi tín hiệu đến hệ thống điều khiển để dừng máy hoặc thực hiện các biện pháp an toàn khác.
- Giao diện kết nối (Interface): Bộ phận này có chức năng kết nối hệ thống cảm biến vùng an toàn với các hệ thống điều khiển khác.

 

Hình 2: Cấu tạo cảm biến vùng

Nguyên lý hoạt động của cảm biến vùng như sau:

- Sau khi chuẩn bị loại cảm biến vùng phù hợp với hệ thống thì người dùng sẽ lắp đặt và theo dõi quá trình vận hành của nó. Khi lắp đặt cảm biến vùng vào vị trí cần thiết, cảm biến vùng sẽ được cấp nguồn điện để làm việc, khi đó, đèn LED hồng ngoại sẽ phát ra những tia hồng ngoại từ phía đầu phát sang phía đầu thu.

- Khi xuất hiện vật thể đi qua giữa bộ thu và bộ phát của cảm biến vùng thì nó sẽ làm cho bộ thu và bộ phát của cảm biến vùng bị gián đoạn. Tiếp theo đó, nó sẽ kích hoạt một tín hiệu về bộ xử lý hay các thiết bị nào đó nhằm tắt hoặc dừng theo mục đích sử dụng ban đầu của người sử dụng.

Hình 3: Nguyên lý làm việc của cảm biến vùng

Cảm biến vùng được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên các tiêu chí khác nhau. Dưới đây là các tiêu chí phân loại cảm biến vùng phổ biến:
- Phân loại cảm biến vùng dựa trên độ phân giải:
+ Cảm biến vùng có độ phân giải cao: Được sử dụng để phát hiện các vật thể nhỏ hoặc các bộ phận cơ thể, chẳng hạn như ngón tay. Loại cảm biến này thường có khoảng các giữa các tia sáng rất nhỏ, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ an toàn cao.
+ Cảm biến vùng có độ phân giải thấp: Loại cảm biến này phù hợp cho các ứng dụng chỉ yêu cầu phát hiện vật thể lớn hơn, chẳng hạn như cánh tay hoặc thân người.

Hình 4: Phân loại cảm biến vùng theo độ phân giải

- Phân loại dựa trên phạm vi bảo vệ của cảm biến vùng:
+ Cảm biến vùng có phạm vi bảo vệ nhỏ: Loại cảm biến này thường được thiết kế bảo vệ các khu vực nhỏ, thường sử dụng trong các thiết bị gia đình hoặc máy móc nhỏ.
+ Cảm biến vùng có phạm vi bảo vệ rộng: Loại cảm biến vùng này thường được sử dụng trong các khu vực công nghiệp lớn hoặc bảo vệ toàn bộ khu vực máy móc tự động.

Hình 5: Phân loại theo phạm vi bảo vệ

- Phân loại theo hãng sản xuất: Trên thị trường hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất cảm biến vùng khác nhau với giá thành khác nhau. Tuy nhiên, có 3 hãng cảm biến vùng được sử dụng nhiều nhất và thông dụng nhất là cảm biến vùng Autonics, cảm biến vùng Hanyoung và cảm biến vùng Omron.

--> Tham khảo ngay hình ảnh và thông số kỹ thuật của sản phẩm Cảm biến vùng AUTONICS BWPK25-05P 3m x 100mm, bước tia 25mm, NPN output được phân phối ở Bảo An tại đây. 

Cảm biến vùng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa để bảo vệ con người khỏi những nguy cơ tiềm ẩn khi làm việc với máy móc. Một số ứng dụng phổ biến của cảm biến vùng bao gồm:

- Cảm biến vùng được ứng dụng cho các dây chuyền hay các máy móc như: máy nghiền, máy chém, máy cán, máy ép,... giúp đảm bảo an toàn cho máy móc cũng như con người khi làm việc và vận hành thiết bị.

- Cảm biến vùng còn được ứng dụng trong các cánh cửa đóng mở xe, cửa trong tòa nhà, bệnh viện, trung tâm thương mại,...

- Không chỉ dừng tại đó, cảm biến vùng còn lắp tại các không gian, hàng rào để cảnh báo sự xâm nhập bất hợp pháp của con người hay vật thể.

Hình 6: Ứng dụng của cảm biến vùng

Kết luận: Qua bài viết trên, Bảo An đã giúp bạn hiểu được về khái niệm cảm biến vùng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến vùng cũng như ứng dụng của cảm biến vùng trong thực tế. Hy vọng bài viết sẽ giúp ích cho công việc của bạn.