Cảm Biến Quang (Photoelectric Sensor): Nguyên Lý, Đấu Nối NPN/PNP & Hướng Dẫn Chọn Mua 2025

Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0 và nhà máy thông minh (Smart Factory), cảm biến quang (Photoelectric Sensor) được ví như “đôi mắt thần” của hệ thống máy móc. Từ việc đếm sản phẩm trên băng tải tốc độ cao, phát hiện vật thể trong suốt, cho đến đảm bảo an toàn cho cánh tay Robot, thiết bị này đóng vai trò không thể thay thế.

Tuy nhiên, với hàng trăm mã sản phẩm từ Omron, Autonics, Keyence… việc lựa chọn đúng loại (Thu phát chung hay riêng?), đúng ngõ ra (NPN hay PNP?) và chế độ hoạt động (Dark ON hay Light ON?) là thách thức lớn với nhiều kỹ sư mới. Bài viết chuyên sâu này của KTH Electric sẽ giải mã toàn bộ kiến thức thực chiến về cảm biến quang.

1. Cảm Biến Quang Là Gì? Bản Chất Kỹ Thuật

Khác với cảm biến tiệm cận (Proximity sensor) chỉ phát hiện được kim loại ở khoảng cách gần, cảm biến quang có khả năng phát hiện hầu hết mọi vật liệu (nhựa, gỗ, nước, kim loại…) ở khoảng cách xa từ vài milimet đến hàng chục mét.

2. Cấu Tạo & Nguyên Lý Hoạt Động Chi Tiết

Một cảm biến quang tiêu chuẩn được cấu thành từ 3 khối chức năng chính, hoạt động phối hợp chặt chẽ:

2.1. Bộ phát sáng (Emitter)

📞

Hotline tư vấn 0968.27.11.99

Ms. Thanh Tâm

Chuyên Viên tư vấn & báo giá

⚡ Phản hồi trong 5 phút

Chat ngay qua Zalo Official

Đây là nguồn tạo ra chùm tia sáng.

– Linh kiện: Sử dụng đèn LED (Light Emitting Diode) hoặc Laser Diode.

– Đặc điểm: Ánh sáng phát ra không phải là ánh sáng liên tục mà được điều chế thành dạng xung (Pulse modulation) với tần số riêng biệt. Điều này giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của chính nó với ánh sáng mặt trời hoặc đèn điện nhà xưởng, giúp chống nhiễu hiệu quả.

2.2. Bộ thu sáng (Receiver)

Là “con mắt” tiếp nhận tín hiệu phản hồi.

– Linh kiện: Thường là Photodiode hoặc Phototransistor (Tranzito quang) có độ nhạy cao với bước sóng ánh sáng từ bộ phát.

– Nguyên lý: Biến đổi tín hiệu quang học thu được thành tín hiệu điện tỉ lệ thuận với cường độ sáng.

2.3. Mạch xử lý tín hiệu ra (Output Circuit)

Đây là bộ não quyết định trạng thái ON/OFF.

– Tín hiệu điện từ bộ thu được đưa qua mạch so sánh (Comparator) với một ngưỡng (Threshold) được cài đặt sẵn (thông qua biến trở độ nhạy).

– Ngõ ra: Kích hoạt Transistor (NPN/PNP) hoặc đóng/ngắt tiếp điểm Relay để gửi tín hiệu về bộ điều khiển PLC, bộ đếm hoặc rơ le trung gian.

3. Phân Loại Cảm Biến Quang: Ưu Nhược Điểm & Ứng Dụng

Để chọn đúng thiết bị cho bài toán của mình, bạn bắt buộc phải hiểu rõ 3 loại cảm biến quang phổ biến nhất dưới đây:

4. Những Thông Số “Sống Còn” Khi Lắp Đặt (Dark ON/Light ON, NPN/PNP)

Đây là phần kiến thức khiến nhiều kỹ thuật viên đau đầu nhất. KTH Electric sẽ giải thích đơn giản như sau:

4.1. Chế độ Dark ON vs Light ON

Đây là logic chuyển mạch của cảm biến (tương tự như Thường đóng NC / Thường mở NO).

• Light ON (Sáng thì Bật): Ngõ ra kích hoạt (ON) khi bộ thu NHẬN ĐƯỢC ánh sáng.

  Ví dụ: Với cảm biến thu phát độc lập, Light ON nghĩa là khi KHÔNG CÓ vật cản thì Output ON.

• Dark ON (Tối thì Bật): Ngõ ra kích hoạt (ON) khi bộ thu KHÔNG NHẬN được ánh sáng (bị vật chắn).

  Ứng dụng: Đếm sản phẩm trên băng tải (Có vật đi qua -> Che sáng -> Kích xung đếm).

4.2. Ngõ ra NPN vs PNP (Sơ đồ đấu dây)

• NPN (Kích âm – Sinking Output): Khi tác động, ngõ ra sẽ nối thông với 0V (GND). Thường dùng cho PLC dòng Mitsubishi hoặc các thiết bị chuẩn Á Đông.
• PNP (Kích dương – Sourcing Output): Khi tác động, ngõ ra sẽ nối thông với +24V (VCC). Thường dùng cho PLC dòng Siemens hoặc chuẩn Châu Âu, an toàn hơn khi xảy ra sự cố chạm vỏ đất.

5. Các Lỗi Thường Gặp & Cách Khắc Phục (Troubleshooting)

Trong môi trường công nghiệp bụi bặm, cảm biến quang thường gặp các sự cố sau:

⛔ Cảm biến báo tín hiệu giả (Nhiễu)

Nguyên nhân: Do ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp hoặc ánh sáng đèn cao áp tần số cao.

Khắc phục: Lắp thêm tấm che nắng (Hood) hoặc xoay hướng cảm biến. Điều chỉnh giảm độ nhạy (Sensitivity) bằng biến trở.

⛔ Tín hiệu chập chờn không ổn định

Nguyên nhân: Bề mặt gương hoặc thấu kính bị bám bụi bẩn, dầu mỡ.

Khắc phục: Vệ sinh bề mặt bằng khăn mềm. Kiểm tra lại sự thẳng hàng (Alignment) giữa bộ phát và bộ thu/gương.

⛔ Không phát hiện được vật màu đen

Nguyên nhân: Dùng cảm biến khuếch tán nhưng vật màu đen hấp thụ hết ánh sáng.

Khắc phục: Chuyển sang dùng loại Thu phát độc lập hoặc Phản xạ gương. Nếu bắt buộc dùng khuếch tán, hãy chọn loại có tính năng BGS (Background Suppression – Loại bỏ nền).

6. Tổng Kết & Mua Cảm Biến Quang Ở Đâu Uy Tín?

Tại KTH Electric, chúng tôi không chỉ bán thiết bị, chúng tôi bán giải pháp. Chúng tôi cung cấp đầy đủ các dòng cảm biến quang chính hãng từ Autonics, Omron, Sick, Keyence với chính sách hỗ trợ kỹ thuật 24/7.

📚 Tham khảo thêm kiến thức tự động hóa:

• Rơ le trung gian là gì? Cách đấu nối với cảm biến quang
• Khởi động từ (Contactor): Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
• Biến tần là gì? Giải pháp điều khiển tốc độ động cơ