Giới thiệu
Trong phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu thuật ngữ chính và các nguyên tắc hoạt động của cảm biến sợi quang. Trước tiên, chúng ta sẽ xem hoạt động của Bộ khuyếch đại và sau đó sẽ xem các sợi quang.
Bạn sẽ thấy có nhiều điểm tương đồng giữa công nghệ cảm biến quang điện thông thường và cảm biến sợi quang và phần này sẽ giúp bạn hiểu được những điểm khác biệt.
Bạn có thể tham khảo bảng chú giải thuật ngữ có sẵn trong thanh menu ở đầu trang.
Bộ phận Cấu thành
Cảm biến sợi quang hiện đại như Omron E3X bao gồm các bộ phận cơ bản như nhau.
Bộ khuyếch đại: bao gồm nguồn sáng, bộ xử lý ánh sáng hắt lại, có giao diện vận hành để thiết lập hoạt động của cảm biến và có tín hiệu đầu ra đến thiết bị xử lý khác.
Sợi quang: dẫn hướng ánh sáng từ bộ khuyếch đại đến vật thể và dẫn hướng ánh sáng phản hồi ngược trở lại bộ khuyếch đại để xử lý.
Đầu Sợi quang: là phương tiện để dẫn hướng thêm và đảm bảo sợi quang được lắp đặt chắc chắn về cơ học. Theo tùy chọn, đầu sợi quang có thể lắp thêm các thấu kính, để định hình tia sáng khi ra khỏi sợi quang hoặc thay đổi góc nhận của ánh sáng phản hồi.
Hiện nay có rất nhiều kết hợp loại sợi quang/đầu sợi quang khác nhau. Chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về những loại này sau trong khóa học.
Cảm biến sử dụng một sợi quang để chiếu sáng vật thể và một sợi quang khác để mang ánh sáng phản chiếu trở lại bộ khuếch đại. Trong ví dụ ở bên phải, cả hai sợi quang chập lại làm một để tạo thành một thiết bị nhỏ gọn có khả năng vừa chiếu sáng vừa cảm nhận sự hiện diện của vật thể nhỏ.
Trong cấu hình thu phát độc lập minh họa bên dưới, các sợi quang tách biệt và được đặt hướng vào nhau. Trong cấu hình này, vật thể sẽ làm gián đoạn chùm sáng giữa hai đầu sợi quang.
Cường độ và Ngưỡng
Ánh sáng phản xạ từ vật thể hoặc ánh sáng do vật thể làm gián đoạn sẽ trở lại bộ khuyếch đại để xử lý.
Giá trịánh sáng tớinày sau đó sẽ được so sánh với giá trịngưỡng. Như trong cảm biến quang điện thông thường,đầu racủa cảm biến phụ thuộc vào việcánh sáng tớiở trên hay ở dướigiá trị ngưỡngtại bất kỳ thời điểm nào.
Ở đây chúng ta thấy đầu raON (BẬT)nếu ánh sáng tớiở trênngưỡng vàOFF (TẮT)nếu ánh sáng tớiở dưới ngưỡng.
Sáng BẬT / Tối BẬT
Trong một số ứng dụng, thiết bị có thể cần đầu ra cảm biến đảo ngược; OFF (TẮT) nếu ở trên ngưỡng và ON (BẬT) nếu ở dưới. So sánh sơ đồ trước với sơ đồ này.
Bạn có thể dùng công tắc trên bộ khuyếch đại để chọn hoạt động Sáng BẬT hoặc Tối BẬT nếu cảm biến “sáng” hoặc “tối” BẬT đầu ra.
Chúng ta thấy rằng cảm biến quang điện thông thường cũng có cùng nguyên tắc hoạt động, vì vậy khái niệm này tương đối quen thuộc.
Hướng dẫn / Điều chỉnh
Bộ khuyếch đại sợi quang kỹ thuật số của OMRON có phạm vi dò tìm từ 0000 đến 4000 lần. Giá trị ngưỡng cũng có phạm vi từ 0000 đến 4000 lần.
Ánh sáng được đo và so sánh với giá trị ngưỡng. Nếu ánh sáng tới ở trên ngưỡng, đầu ra ON (BẬT) và nếu ánh sáng tới ở dưới ngưỡng, đầu ra OFF (TẮT) tùy theo cài đặt LIGHT ON / DARK ON (SÁNG BẬT/TỐI BẬT).
Xung quanh giá trị ngưỡng sẽ có một dải nhỏ, tại đó tín hiệu đầu ra không ổn định và có thể ON (BẬT) hoặc OFF (TẮT). Hiện tượng này được gọi là hiện tượng trễ (hysteresis). Trong sơ đồ, vùng trễ được phóng đại cực lớn.
Bão hòa
Giá trị của ánh sáng tới tăng và giảm khi một vật thể di chuyển qua đầu sợi quang. Chừng nào giá trị được xử lý ở trong phạm vi hoạt động của bộ khuyếch đại(0000 đến 4000 lần), cảm biến sẽ hoạt động bình thường.
Tuy nhiên, nếu ánh sáng tới sáng đến nỗi giá trị tới vẫn giữ nguyên ở mức cực đại (4000 lần) ngay cả khi có mặt vật thể thì bộ khuyếch đại được coi là bão hòa.
Mặc dù bộ khuyếch đại bão hòa ngay cả khi ngưỡng được đặt ở mức cực đại nhưng không có chuyển mức ngưỡng và đầu ra cảm biến không thay đổi.
Hướng dẫn / Điều chỉnh – 2
Do mỗi ứng dụng có các mức ánh sáng thu hồi khác nhau, cần điều chỉnh bộ khuyếch đại và nguồn sáng của nó.
Điều chỉnh (Tuning) hoặc Điều chỉnh hướng dẫn (Teaching) được thực hiện để tránh bão hòa, cho phép độ nhạy tối đa và đảm bảo phát hiện tin cậy.
Ví dụ: Điều chỉnh Công suất tự động đặt mức phát sáng lý tưởng để có độ nhạy tối đa của bộ khuyếch đại mà không bão hòa.
Hướng dẫn Hai Điểm, tự động đặt giá trị ngưỡng dựa trên mức trung bình của ánh sáng thu hồi trở lại cảm biến khi có và khi không có vật thể.
Để xem Điều chỉnh Công suất và Hướng dẫn 2 điểm (2-point teaching) ảnh hưởng như thế nào đến mức ánh sáng tới và ngưỡng, nhấp vào TUNE (ĐIỀU CHỈNH) trong hình.
Cấu trúc Sợi quang
Sợi quang là vật liệu polyme mỏng hoặc vật liệu thủy tinh mỏng truyền ánh sáng qua lại từ vật thể đang được phát hiện.
Hai đặc tính quan trọng của sợi quang liên quan đến cấu trúc của sợi:
- Hiệu suất Quang
- Độ mềm dẻo Cơ học
Chúng ta cùng kiểm tra cấu trúc sợi quang và thảo luận về mỗi tham số.
Cấu trúc sợi quang bắt đầu bằng một Lõi nhỏ polyme hoặc thủy tinh trong suốt. Các đầu của vật liệu này phải được cắt gọn để truyền ánh sáng tối đa qua lại từ sợi quang.
Hồi trước, người lắp đặt thường dùng tay mài nhẵn các đầu sợi quang trước khi sử dụng. Ngày nay, các nhà máy sản xuất sợi quang thường cắt gọn và mài nhẵn trước các đầu sợi quang.
Hiệu suất truyền sánh sáng trong sợi quang có thể cải thiện được nếu lõi sợi quang được nối ghép với vật liệu có hệ số khúc xạ thấp hơn. 
Lớp mạ bọc quanh lõi và cải thiện hiệu suất truyền bằng cách tăng cường tác động phản xạ trong toàn phần.
Có thể phủ sợi quang bằng Tầng đệm và Lớp vỏ để chống mài mòn, chịu hóa chất và ổn định cơ học.
Độ dẻo của sợi quang còn được tăng cường đáng kể bằng nhiều loại mạ.
Do đó, sợi quang chắc chắn hơn và có thể uốn cong mà 
không làm giảm đáng kể cường độ chiếu sáng. Bán kính uốn cong tối thiểu của loại sợi quang này chỉ có 1mm!
| Sợi quang Đơn Lõi | Sợi quang Đa Lõi |
| Khoảng cách phát hiện dài hơn | Khoảng cách phát hiện thường ngắn hơn |
| Bán kính uốn tối thiểu lớn | Bán kính uốn tối thiểu nhỏ |
| Chỉ lắp đặt tĩnh | Dành cho Các ứng dụng Máy móc (loại đặc biệt) |
Kết cấu Đầu Sợi quang
Như đã đề cập ở đầu phần này, đầu sợi quang là phương tiện để dẫn hướng thêm và đảm bảo đưa sợi quang vào đúng vị trí cảm biến.
Có rất nhiều kiểu dáng, mỗi kiểu được chế tạo để mang lại hiệu suất định vị và hiệu suất quang phù hợp nhất với ứng dụng.
Mỗi kiểu dáng đều có phương thức cảm biến thu phát độc lập, phản xạ khuếch tán hoặc phản xạ gương.
Đầu sợi quang PMMA chuẩn có góc chiếu sáng và góc nhận khoảng 60 độ.
Để tăng cường khả năng dò tìm các bộ phận nhỏ hoặc các đặc điểm của vật thể nhỏ, một ống kính phụ trợ được gắn thêm vào đầu sợi quang. Ống kính này sẽ tập trung nguồn sáng và thu hẹp góc nhận để cho phép dò tìm chính xác (xem ảnh ở bên phải).
Các ống kính phụ trợ cũng được dùng để tăng khoảng cách cảm biến tối đa của các sợi quang thu phát độc lập.
Để tăng cường khả năng dò tìm các vật thể ở nhiều vị trí hoặc để phát hiện độ rộng của một vật thể trong vùng lân cận khi vật thể này di chuyển qua cảm biến, một số kết cấu đầu sợi quang tích hợp quang học đặc biệt để trải rộng cả chùm sáng và mẫu dò tìm.
Cảm biến vùng được dùng để tản nguồn sáng ra một vùng dò tìm rộng hơn. Trong một số ứng dụng, khi vị trí chính xác của vật thể thay đổi trong phạm vi này, cảm biến vùng sẽ vẫn có tác dụng.
Ngoài ra, cảm biến vùng có thể phát hiện thay đổi cường độ ánh sáng tới khi vật thể cắt một phần chùm sáng Theo cách này, chúng ta có thể ước tính sơ bộ về kích thước vật thể hoặc hướng của vật thể mà không cần thiết bị đo lường đắt tiền nào.