Cảm biến Laser là gì? Cấu tạo, nguyên lý, ứng dụng Kích thước chữ

NỘI DUNG BÀI VIẾT

1. Cảm biến laser là gì?
2. Cấu tạo của cảm biến laser
   1. Vỏ cảm biến
   2. Nguồn phát laser
   3. Bộ thu nhận
   4. Bộ xử lý tín hiệu
3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến laser
   1. Nguyên lý hoạt động góc tam giác
   2. Nguyên lý hoạt động thời gian bay
4. Có những loại cảm biến laser nào?
   1. Cảm biến đo khoảng cách – Laser
   2. Cảm biến Laser dùng phát hiện vật cản
   3. Cảm biến laser giúp đo độ dày
5. Ứng dụng thực tiễn của cảm biến laser
   1. Ứng dụng trong công nghiệp
   2. Ứng dụng trong đời sống
6. Một số lưu ý khi lựa chọn cảm biến laser
   1. Chọn thương hiệu uy tín
   2. Xác định mục đích sử dụng
   3. Kiểm tra và bảo trì thường xuyên

Cảm biến Laser đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, tự động hóa, robot và nhiều lĩnh vực khác nhờ khả năng đo lường, phát hiện vật thể nhanh chóng và cực kỳ chính xác. Vậy cảm biến laser là gì, cấu tạo ra sao, hoạt động theo nguyên lý nào và nên lưu ý gì khi lựa chọn? Hãy cùng SmartSimon tìm hiểu tất tần tật ngay dưới đây!

Cảm biến laser là gì?

Cảm biến laser hay có tên tiếng anh là Laser Sensor, là thiết bị điện tử sử dụng tia laser để phát hiện vật thể, đo khoảng cách, đo độ dày hoặc phát hiện vị trí với độ chính xác rất cao. Nhờ ưu điểm chùm tia laser nhỏ, tập trung và có khả năng truyền đi xa, cảm biến laser có thể làm việc trong môi trường nhiều bụi, nhiệt độ thay đổi và điều kiện ánh sáng phức tạp mà vẫn duy trì độ chính xác ổn định.

Ngày nay, cảm biến laser được ứng dụng phổ biến trong các dây chuyền sản xuất tự động, robot, hệ thống kiểm tra chất lượng sản phẩm, đo lường trong lĩnh vực xây dựng và nhiều ngành khác.

Cấu tạo của cảm biến laser

Mặc dù có nhiều loại khác nhau, hầu hết các cảm biến laser đều có cấu tạo cơ bản gồm 4 bộ phận chính như sau:

Vỏ cảm biến

Đây là lớp vỏ ngoài, thường làm bằng kim loại hoặc nhựa kỹ thuật cao cấp, có khả năng chống bụi, chống nước theo tiêu chuẩn IP65, IP67 hoặc cao hơn. Vỏ cảm biến giúp bảo vệ các linh kiện bên trong khỏi tác động của môi trường, va đập cơ học và hóa chất.

Nguồn phát laser

Bộ phận này gồm diode phát laser và mạch điều khiển, tạo ra tia laser chuẩn trực, tập trung và có công suất phù hợp. Tùy loại cảm biến mà tia laser có bước sóng khác nhau, phổ biến là 650 nm (ánh sáng đỏ) hoặc 780–850 nm (hồng ngoại).

Bộ thu nhận

Sau khi tia laser phát ra và phản xạ lại từ bề mặt vật thể, bộ thu nhận (thường là photodiode hoặc CCD) sẽ thu nhận tín hiệu ánh sáng phản hồi. Bộ phận này đóng vai trò quan trọng quyết định độ nhạy và độ chính xác của cảm biến.

Bộ xử lý tín hiệu

Đây là “bộ não” của cảm biến laser. Bộ xử lý có nhiệm vụ:

• Khuếch đại tín hiệu thu về.
• Xử lý dữ liệu đo được.
• Chuyển đổi tín hiệu quang học thành tín hiệu điện.
• Xuất tín hiệu ra cho bộ điều khiển PLC, HMI hoặc các thiết bị tự động khác.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến laser

Tùy loại, cảm biến laser có thể hoạt động dựa trên các nguyên lý đo khác nhau. Hai nguyên lý phổ biến nhất hiện nay là: góc tam giác và thời gian bay.

Nguyên lý hoạt động góc tam giác

Ở nguyên lý này, tia laser phát ra sẽ chiếu lên bề mặt vật thể và phản xạ lại. Một bộ thu nhận đặt lệch góc với tia phát sẽ thu ánh sáng phản xạ. Dựa vào vị trí điểm phản xạ trên bộ thu, bộ xử lý sẽ tính toán khoảng cách dựa trên hình học tam giác.

Nguyên lý tam giác phù hợp cho khoảng cách đo ngắn đến trung bình, có độ chính xác cao (sai số chỉ vài micromet).

Nguyên lý hoạt động thời gian bay

Nguyên lý này đo thời gian tia laser phát ra và phản xạ lại bộ thu. Bằng cách tính toán thời gian bay của chùm tia, bộ xử lý xác định được khoảng cách tới vật thể.

Cảm biến laser sử dụng nguyên lý này thích hợp cho khoảng cách xa từ 1 cm đến hơn 100m. Nó thường ứng dụng trong đo mức, đo chiều cao hoặc phát hiện vật cản ở khoảng cách lớn.

Có những loại cảm biến laser nào?

Cảm biến laser được phân loại dựa trên mục đích sử dụng cụ thể. Dưới đây là ba nhóm phổ biến nhất:

Cảm biến đo khoảng cách – Laser

Loại này chuyên dùng để xác định khoảng cách giữa cảm biến và vật thể. Nó cho kết quả đo liên tục hoặc theo yêu cầu. Ứng dụng phổ biến trong máy CNC, robot di động, dây chuyền tự động hóa, đo kích thước sản phẩm.

Cảm biến Laser dùng phát hiện vật cản

Loại này không cần đo khoảng cách chính xác mà chỉ cần xác định có hay không có vật cản trong vùng làm việc. Nó thường dùng trong hệ thống chống va chạm, robot tự hành AGV, cửa tự động hoặc hệ thống kiểm tra an toàn.

Cảm biến laser giúp đo độ dày

Một số cảm biến laser chuyên biệt có khả năng đo độ dày của tấm kim loại, kính, giấy hoặc vật liệu cuộn. Bằng cách bố trí hai cảm biến ở hai phía đối diện hoặc dùng một cảm biến với mặt phản xạ, thiết bị sẽ tính toán chính xác độ dày mà không cần chạm trực tiếp vào vật liệu.

Ứng dụng thực tiễn của cảm biến laser

Nhờ ưu điểm vượt trội về tính chính xác, tốc độ phản hồi nhanh, cảm biến laser được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Ứng dụng trong công nghiệp

• Đo kích thước, khoảng cách, vị trí của chi tiết trên dây chuyền sản xuất.
• Phát hiện lỗi sản phẩm như cong, vênh, sai lệch kích thước.
• Đo mức chất lỏng trong bồn chứa, silo mà không cần tiếp xúc.
• Dẫn hướng robot công nghiệp hoặc robot AGV.
• Kiểm tra chất lượng bề mặt kim loại, gỗ, nhựa.

Ứng dụng trong đời sống

• Lắp đặt trong cửa tự động để phát hiện người qua lại.
• Dùng trong xe tự lái, xe thông minh để phát hiện vật cản, duy trì khoảng cách an toàn.
• Thiết bị đo laser cầm tay đo chiều dài, diện tích, thể tích trong xây dựng.
• Hệ thống an ninh chống đột nhập tại các khu vực quan trọng.

Một số lưu ý khi lựa chọn cảm biến laser

Để đảm bảo cảm biến laser hoạt động hiệu quả, bền bỉ, bạn cần lưu ý một số điểm quan trọng khi lựa chọn và sử dụng:

Chọn thương hiệu uy tín

Ưu tiên các thương hiệu lớn, đã được khẳng định chất lượng như Keyence, Sick, Omron, Panasonic, Banner… để đảm bảo thiết bị đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, tuổi thọ cao và có chế độ bảo hành tốt.

Xác định mục đích sử dụng

Trước khi mua, cần xác định rõ khoảng cách đo, độ chính xác yêu cầu, điều kiện môi trường làm việc (nhiệt độ, bụi bẩn, độ rung) để lựa chọn model phù hợp nhất.

Kiểm tra và bảo trì thường xuyên

Dù cảm biến laser ít hỏng hóc, bạn vẫn nên kiểm tra định kỳ, làm sạch bề mặt phát và thu laser để đảm bảo tia laser không bị cản trở, duy trì kết quả đo chính xác.

Cảm biến laser là giải pháp đo lường và phát hiện vật thể hiện đại, góp phần quan trọng vào sự phát triển của các hệ thống tự động hóa, dây chuyền thông minh và robot hiện nay. Việc hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng và cách lựa chọn cảm biến laser phù hợp sẽ giúp bạn tối ưu hiệu suất làm việc và tiết kiệm chi phí đầu tư.

Hy vọng bài viết trên SmartHome đã cung cấp đầy đủ thông tin bạn cần.