NGUYỄN CÔNG DIỄN( NHÓM 1)

Views:
 
Category: Entertainment
     
 

Presentation Description

No description available.

Comments

Presentation Transcript

Bài tập cảm biến quang :

Bài tập cảm biến quang Sinh viên thực hiện: nguyễn công diễn Lớp : 09cddco1

Cảm biến quang:

Cảm biến quang I. ÁNH SÁNG – CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA ÁNH SÁNG 1. Tính chất ánh sáng Cảm biến quang được sử dụng để chuyển thông tin từ ánh sáng nhìn thấy hoặc tia hồng ngoại (IR) và tia tử ngoại (UV) thành tín hiệu điện. Ánh sáng có 2 tính chất cơ bản là sóng và hạt. Dạng sóng ánh sáng là sóng điện từ phát ra khi có sự chuyển điện tử giữa các mức năng lượng của nguyên tử nguồn sáng. Các sóng này có vận tốc truyền đi trong chân không là c = 299792 km/s, trong môi trường vật chất là: (n: chiết suất của môi trường) Tần số  và bước sóng  của ánh sáng liên hệ với nhau qua biểu thức: trong chân không

  I. ÁNH SÁNG – CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA ÁNH SÁNG Phổ ánh sáng được biểu diễn như hình: :

I. ÁNH SÁNG – CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA ÁNH SÁNG Phổ ánh sáng được biểu diễn như hình:

I. ÁNH SÁNG – CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA ÁNH SÁNG 1. Tính chất ánh sáng :

I. ÁNH SÁNG – CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA ÁNH SÁNG 1. Tính chất ánh sáng Tính chất hạt thể hiện qua sự tương tác của nó với vật chất. Ánh sáng bao gồm các hạt photon mang năng lượng W  phụ thuộc duy nhất vào tần số. -W  = h  (h = 6,6256.10 -24 Js: hằng số Planck) Các đại lượng quang học: - Thông lượng: oat (W) - Độ chói: (W/Sr.m2) - Năng lượng: J

II. CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG:

II. CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG 1. Đèn sợi đốt vonfram Cấu tạo : gồm một sợi vonfram đặt trong bóng thủy tinh có chứa khí halogen để giảm bay hơi sợi đốt . Đặc điểm : - Nhiệt độ giống như nhiệt độ của một vật đen tuyệt đối . - Phổ phát xạ nằm trong vùng nhìn thấy . - Quang thông lớn , dải phổ rộng . - Quán tính nhiệt lớn nên không thể thay đổi bức xạ nhanh chóng . - Tuổi thọ thấp , dễ vỡ .

II. CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG 1. Đèn sợi đốt vonfram :

II. CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG 1. Đèn sợi đốt vonfram Diode phát quang Cấu tạo : gồm nối P-N. Năng lượng giải phóng do sự tái hợp các hạt dẫn làm phát sinh các photon. Đặc điểm : - Thời gian hồi đáp nhỏ cỡ ns, có khả năng biến điệu tần số cao . - Phổ ánh sáng hoàn toàn xác định , độ tin cậy cao . Tuổi thọ cao , kích thước nhỏ , tiêu thụ năng lượng thấp . - Quang thông tương đối nhỏ và nhạy với nhiệt độ là nhược điểm hạn chế phạm vi sử dụng của đèn .

II. CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG 1. Đèn sợi đốt vonfram 2. Diode phát quang :

II. CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG 1. Đèn sợi đốt vonfram 2. Diode phát quang 3. Laser (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation) Laser là nguồn sáng rất đơn sắc , độ chói lớn , rất định hướng và đặc biệt là tính liên kết mạnh ( cùng phân cực , cùng pha ). Đối với những nguồn sáng khác , bức xạ phát ra là sự chồng chéo của rất nhiều sóng thành phần có phân cực và pha khác nhau . Trong trường hợp tia laser, tất cả các bức xạ cấu thành đều cùng pha cùng phân cực và bởi vậy khi chồng chéo lên nhau chúng tạo thành một sóng duy nhất và rất xác định . Đặc điểm chính của laser là có bước sóng đơn sắc hoàn toàn xác định , quang thông lớn , có khả năng nhận được chùm tia rất mảnh với độ định hướng cao , truyền đi khoảng cách rất lớn .

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG Tế bào quang dẫn Tế bào quang dẫn là một loại cảm biến quang có độ nhạy cao . Đặc trưng của tế bào quang dẫn là sự phụ thuộc điện trở vào thông lượng và phổ của bức xạ . Cơ sở vật lý của tế bào quang dẫn là hiện tượng giải phóng hạt dẫn điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn điện của vật liệu . Vật liệu chế tạo : thường được chế tạo từ các bán dẫn đa tinh thể đồng nhất hoặc đơn tinh thể , bán dẫn riêng hoặc pha tạp . Đa tinh thể : CdS , CdSe , CdTe , PbS , PbSe , PbTe Đơn tinh thể : Ge , Si tinh khiết hoặc pha tạp Au, Cu, Sb ,

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG  1. Tế bào quang dẫn :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn Các tính chất cơ bản của cảm biến quang dẫn : a. Điện trở tối RCO : Phụ thuộc vào hình dạng , kích thước , nhiệt độ và bản chất lý hóa của vật liệu . Khi chiếu sáng R CO giảm rất nhanh , quan hệ điện trở và độ sáng là phi tuyến . PbS , CdS , CdSe có RCO rất lớn : từ 10 4 Ω đến 10 5 Ω ở 25 o C. SbIn , AbSn , CdHgTe có RCO rất nhỏ : 10Ω – 10 3 Ω ở 25 o C. Độ nhạy : Định nghĩa theo biểu thức : 9 I: dòng quang điện chạy qua tế bào quang dẫn (A) : thông lượng ánh sáng (W) Khi đặt vào điện áp U = 10V, diện tích bề mặt tế bào bằng 1cm2, độ nhạy phổ có giá trị nằm trong khoảng 0,1 10 A/W.

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG  1. Tế bào quang dẫn :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn Nhược điểm của tế bào quang dẫn Đặc tính điện trở - độ rọi là phi tuyến . Thời gian đáp ứng tương đối lớn.Các thông số không ổn định ( lão hóa ). Độ nhạy phụ thuộc vào nhiệt độ , một số loại đòi hỏi phải làm nguội . Ứng dụng : Không dùng tế bào quang dẫn để xác định quang thông , thông thường dùng để phân biệt mức sáng khác nhau : trạng thái tối – sáng hoặc xung ánh sáng . Việc đo điện trở của tế bào quang dẫn cần phải có mạch đo như áp dụng cho một cảm biến thụ động , nghĩa là phải cấp dòng không đổi và lắp mạch theo sơ đồ đo thế , dùng cầu Wheatstone, khuếch đại thuật toán .

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG  1. Tế bào quang dẫn :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn Ứng dụng: Trong thực tế các tế bào quang dẫn thường được ứng dụng trong hai trường hợp: Điều khiển relay. Thu tín hiệu quang: tế bào quang điện có thể được sử dụng để biến đổi xung quang thành xung điện. Người ta ứng dụng mạch đo kiểu này để đếm vật, đo tốc độ quay đĩa. a) b) Minh họa dùng tế bào quang dẫn để điều khiển rơle: a) Điều khiển trực tiếp;b) Điều khiển thông qua transistor khuếch đại

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG  1. Tế bào quang dẫn :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn 2.Photodiode a. Cấu tạo Lớp tiếp xúc của hai bán dẫn loại n và loại p ( nối P-N) tạo nên vùng hiếm , ở đó tồn tại điện trường và hình thành rào điện thế Vb. Khi không có điện áp bên ngoài đặt lên nối P-N, dòng điện qua nối I = 0. Thực tế có tồn tại dòng I gồm các thành phần : - Dòng khuếch tán các hạt dẫn điện đa số có năng lượng đủ lớn vượt qua rào điện thế . - Dòng hạt dẫn điện thiểu số chuyển động dưới tác động của điện trường .

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG  1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode a. Cấu tạo Khi đặt điện áp Vd lên diode, chiều cao của hàng rào thế sẽ thay đổi kéo theo thay đổi độ rộng vùng hiếm . Dòng qua nối : I0: dòng hạt dẫn điện thiểu số Khi điện áp ngược Vd đủ lớn (ở 300K), dòng khuếch tán các hạt dẫn đa số rất nhỏ có thể bỏ qua. Dòng ngược Ir = I0. Khi chiếu sáng diode bằng ánh sáng có bước sóng  <  S sẽ xuất hiện thêm các cặp điện tử - lỗ trống . Để ngăn cản quá trình tái hợp phải tách cặp điện tử - lỗ trống dưới tác dụng của điện trường . Điều này chỉ xảy ra trong vùng hiếm làm tăng dòng ngược I r . Để đến được vùng hiếm , ánh sáng phải đi qua một bề dầy của chất bán dẫn và tiêu hao năng lượng theo biểu thức

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG  1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode   :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode a. Cấu tạo Để đến được vùng hiếm, ánh sáng phải đi qua một bề dầy của chất bán dẫn và tiêu hao năng lượng theo biểu thức Trong đó α ~ 10 5 cm-1, thông lượng giảm 63% khi đi qua bề dầy 10 3 A . Trong thực tế, phiến bán dẫn được làm rất mỏng và vùng hiếm đủ rộng để hấp thụ năng lượng ánh sáng hữu hiệu nhất. Chẳng hạn, các diode PIN có lớp bán dẫn I giữa 2 lớp P và N. Chỉ cần điện áp ngược vài volt đủ để mở rộng vùng hiếm ra toàn bộ lớp bán dẫn I.

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG  1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode   :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode a. Cấu tạo Các vật liệu thường dùng để chế tạo photodiode là: -Si, Ge: vùng ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại gần. -GaAs, InAs, InSb, HgCdTe: vùng hồng ngoại. b. Nguyên tắc hoạt động Chế độ quang dẫn

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG  1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode a. Cấu tạo :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode a. Cấu tạo b. Nguyên tắc hoạt động Chế độ quang dẫn Nguồn ES phân cực ngược diode, Rm dùng để đo tín hiệu. Đặt điện áp V d < 0 lên diode, dòng ngược I r chạy qua diode: I p : dòng điện sinh ra khi ánh sáng đi đến vùng hiếm Khi điện áp ngược đủ lớn: Ir # I0 + Ip, nghĩa là Ir # Ip. Phương trình mạch điện: ES = Vr – Vd mà Vr = RmIr  Chế độ này là tuyến tính, Vr tỉ lệ với thông lượng.

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG  1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode a. Cấu tạo b. Nguyên tắc hoạt động   :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode a. Cấu tạo b. Nguyên tắc hoạt động Chế độ quang dẫn Chế độ quang thế Chế độ này không có điện áp ngoài đặt vào diode. Diode hoạt động như bộ chuyển đổi năng lượng, người ta đo điện áp hở mạch VOC hoặc dòng ngắn mạch ISC. Điện áp hở mạch VOC Khi chiếu sáng, I p tăng, rào điện thế giảm một lượng  Vb. Sự giảm này làm dòng hạt dẫn đa số tăng lên, I r = 0, nghĩa là: Đo điện áp hai đầu diode trong chế độ hở mạch:

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode :

III. CÁC CẢM BIẾN QUANG 1. Tế bào quang dẫn 2. Photodiode Chế độ quang thế Khi chiếu sáng yếu: Độ lớn VOC phụ thuộc vào thông lượng có dạng hàm logarit. Dòng ngắn mạch ISC Nối ngắn mạch 2 đầu diode bằng điện trở Rm nhỏ hơn điện trở động rd của nối P-N. Dòng ngắn mạch ISC = Ip, tỷ lệ với thông lượng. c. Độ nhạy Thông thường S(  ) nằm trong khoảng từ 0,1 đến 1 A/W.

2. Photodiode  a. Cấu tạo b. Nguyên tắc hoạt động c. Độ nhạy:

2. Photodiode a. Cấu tạo b. Nguyên tắc hoạt động c. Độ nhạy d. Sơ đồ sử dụng Chế độ quang dẫn Có độ tuyến tính cao, thời gian đáp ứng ngắn, băng thông rộng. -Sơ đồ cơ sở ; Để giảm nhiễu tăng điện trở Rm

d. Sơ đồ sử dụng Chế độ quang dẫn :

d. Sơ đồ sử dụng Chế độ quang dẫn Sơ đồ tác động nhanh: Chế độ quang thế Đặc điểm: Có thể làm việc ở chế độ tuyến tính hoặc logarit phụ thuộc vào tải. Ít nhiễu. Thời gian đáp ứng lớn, dải thông hẹp. Nhạy cảm với nhiệt độ ở chế độ logarit.

Chế độ quang thế   :

Chế độ quang thế Sơ đồ tuyến tính : Sơ đồ logarit : 3. Phototransistor Phototransistor là các transistor loại NPN mà cực nền có thể được chiếu sáng , không có điện áp tại cực nền B mà chỉ có điện áp tại C, nối B-C phân cực ngược .

3. Phototransistor :

3. Phototransistor Phototransistor là các transistor loại NPN mà cực nền có thể được chiếu sáng , không có điện áp tại cực nền B mà chỉ có điện áp tại C, nối B-C phân cực ngược . Dòng ngược Ir = Io + Ip Io: dòng ngược tối Ip : dòng quang điện khi được chiếu sáng Dòng cực thu : Ic =  Ir =  Io +  Ip

3. Phototransistor :

3. Phototransistor Như vậy, có thể coi phototransistor là tổ hợp của một photo diode và một transistor. Photodiode cung cấp dòng điện tại cực nền còn transistor cho hiệu ứng khuếch đại  . Độ nhạy: , ở bước sóng tương ứng điểm cực đại, S có giá trị từ 1 ÷ 100 A/W. Ứng dụng phototransistor trong chế độ chuyển mạch để điều khiển: a) Rơle, b)Rơle (sau khuếch đại), c) Cổng logic d) Thyristo

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ :

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ Cảm biến này biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ra khỏi vật liệu photocatode. Số lượng điện tử thoát khỏi catode tỉ lệ với quang thông chiếu vào. 1. Cơ chế hoạt động Cơ chế phát xạ xảy ra theo ba giai đoạn: -Hấp thụ photon và giải phóng điện tử. Điện tử được giải phóng di chuyển đến bề mặt. Điện tử thoát ra khỏi bề mặt vật liệu catode. Sau khi được giải phóng, điện tử di chuyển ngẫu nhiên theo mọi hướng, do đó chỉ có một số ít đến được bề mặt. Trong quá trình di chuyển chúng va chạm với các điện tử và photon khác làm mất đi một phần năng lượng. Sự phát xạ chỉ có thể xảy ra nếu điện tử thắng được rào thế phân cách vật liệu với môi trường bên ngoài. Do đó, hiệu suất phát xạ điện tử thường nhỏ hơn 10%.

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ :

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ 2. Vật liệu chế tạo AgOCs nhạy trong vùng hồng ngoại. Cs3Sb, (Cs)Na2KSb, K2CsSb nhạy trong vùng ánh sáng nhìn thấy và tử ngoại. Cs2Te, Rb2Te và CsT nhạy trong vùng tử ngoại. Hiệu suất phát xạ điện tử các vật liệu trên từ 1 ÷ 20%. Ngoài ra, các hợp chất nhóm III – V như GaAsxSb1-x, Ga1-xInxAs, InAsxP1-x nhạy trong vùng hồng ngoại, hiệu suất đạt tới 30%.

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ :

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ Là một ống hình trụ, có một cửa sổ, được hút chân không tới áp suất 10-6  10-8 mmHg. Trong ống đặt một catode có khả năng phát xạ và một anode.

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ   :

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ Đặc tuyến của tế bào quang điện chân không có hai vùng rõ rệt:

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ :

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ - Vùng điện tích không gian, khi điện áp tăng dòng điện tăng nhanh. Một phần nhỏ điện tích phát xạ đẩy điện tử mới phát xạ bật trở lại làm hạn chế dòng anode. - Vùng bão hòa, dòng điện ít phụ thuộc vào điện áp mà chỉ phụ thuộc vào quang thông. Tế bào quang điện được sử dụng trong vùng bão hòa, khi đó nó giống như nguồn dòng, chỉ phụ thuộc vào quang thông. Điện trở trong tế bào quang điện chân không rất lớn cỡ 1010Ω. Độ nhạy nằm trong khoảng 10  100 mA/W.

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ :

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ 4. Tế bào quang điện chất khí Cấu tạo giống tế bào quang điện chân không, chỉ khác là bên trong có khí trơ, thường là argon có áp suất 10-1  10-2mmHg. Khi Vak < 20V, đặc tuyến giống như trường hợp tế bào quang điện chân không. Khi Vak cao, điện tử chuyển động với vận tốc cao làm ion hóa chất khí. Dòng anode tăng lên từ 5  10 lần. 5. Thiết bị nhân quang Khi bề mặt anode bị bắn phá bởi các điện tử có năng lượng đủ lớn có thể phát xạ

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ 5. Thiết bị nhân quang    :

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ 5. Thiết bị nhân quang điện tử (phát xạ thứ cấp). Nếu số điện tử phát xạ thứ cấp lớn hơn số điện tử tới thì có khả năng khuếch đại tín hiệu. Các điện tử tới (điện tử sơ cấp) được phát xạ từ một photocatode bị chiếu sáng. Sau đó chúng được tiêu tụ (bằng phương pháp tĩnh điện) trên điện cực thứ nhất của dãy điện cực. Dãy điện cực có bề mặt được phủ bằng vật liệu có khả năng bức xạ thứ cấp. Các điện cực mắc nối tiếp nhau và được cung cấp điện thế thông qua các cầu điện trở sao cho điện tử thứ cấp phát ra từ điện cực thứ k sẽ bị hút về điện cực thứ k+1, đồng thời số điện tử thứ cấp phát ra ở điện cực này cũng tăng lên. điện tử (phát xạ thứ cấp). Nếu số điện tử phát xạ thứ cấp lớn hơn số điện tử tới thì có khả năng khuếch đại tín hiệu.

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ   :

IV. CẢM BIẾN QUANG PHÁT XẠ Các điện tử tới (điện tử sơ cấp) được phát xạ từ một photocatode bị chiếu sáng. Sau đó chúng được tiêu tụ (bằng phương pháp tĩnh điện) trên điện cực thứ nhất của dãy điện cực. Dãy điện cực có bề mặt được phủ bằng vật liệu có khả năng bức xạ thứ cấp. Các điện cực mắc nối tiếp nhau và được cung cấp điện thế thông qua các cầu điện trở sao cho điện tử thứ cấp phát ra từ điện cực thứ k sẽ bị hút về điện cực thứ k+1, đồng thời số điện tử thứ cấp phát ra ở điện cực này cũng tăng lên.

V. CÁP QUANG 1. Cấu tạo và tính chất :

V. CÁP QUANG 1. Cấu tạo và tính chất Gồm một lõi chiết suất n1, bán kính 10  100  m và vỏ chiết suất n2 < n1 dày 50  m. Vật liệu chế tạo cáp quang : - SiO2 tinh khiết hoặc pha tạp nhẹ . - Thủy tinh , SiO2 và phụ gia N2O3, B2O3, PbO . - Polym . Minh họa mặt cắt của cáp quang

V. CÁP QUANG  1. Cấu tạo và tính chất:

V. CÁP QUANG 1. Cấu tạo và tính chất Khúc xạ trên mặt phân cách giữa hai môi trường Phản xạ toàn phần trong cáp quang Định luật phản xạ: n 1 sin  1 = n 2 sin  2 Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần: Với điều kiện như vậy, trong trường hợp cáp quang tia sáng sẽ bị giam giữ trong lõi và được truyền đi bằng phản xạ liên tục nối nhau.

V. CÁP QUANG 2. Ứng dụng :

V. CÁP QUANG 2. Ứng dụng a. Truyền thông tin Tránh được tín hiệu điện từ ký sinh, đảm bảo cách điện giữa mạch phát và mạch thu. Thông tin được truyền chủ yếu bằng cách mã hóa xung ánh sáng, đôi khi biến điệu biên độ hoặc tần số ánh sáng. b. Quan sát và đo lường Cáp quang cho phép quan sát hoặc đo đạc ở những nơi khó tiếp cận hoặc các môi trường độc hại, có thể dẫn ánh sáng đến những vị trí mà điều kiện bình thường ánh sáng không tới được. Nguồn sáng phát ra bức xạ dưới dạng xung để phân biệt với ánh sáng môi trường. Bức xạ được dẫn đến khu vực đo. Tại khu vực đo, bức xạ thay đổi phụ thuộc vào đại lượng đo: - Thay đổi cường độ khi đo vị trí - Thay đổi tần số tỉ lệ với tốc độ quay. -Thay đổi bước sóng trong trường hợp đo nhiệt độ, phổ phụ thuộc vào nồng độ các tia phản xạ được truyền trở lại và được đưa đến cảm biến. Một số trường hợp, tín hiệu quang dưới tác động của đại lượng vật lý làm thay đổi tính chất của cáp quang, làm thay đổi điều kiện truyền sóng. Lúc này cáp quang đóng vai trò cảm biến chuyển đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu quang.

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG :

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) Cảm biến quang được sử dụng để chuyển thông tin ánh sáng nhìn thấy được hoặc tia hồng ngoại IR (Infrared) và tia tử ngoại UV (Ultra Violet) thành tín hiệu điện . Phổ của ánh sáng được biểu diễn như sau : Tín hiệu ngõ ra của cảm biến quang tỷ lệ với cường độ ánh sáng . Một vài cảm biến quang tích hợp ngay cả phát và thu ánh sáng . Cảm biến quang có thể phân thành cảm biến quang học , cảm biến hồng ngoại , cảm biến laser tùy thuộc vào chiều dài bước sóng của năng lượng ánh sáng được tối ưu hoá . Trong phần này , chúng ta chỉ giới thiệu về quang trở và cảm biến hồng ngoại . Color Violet Blue Green Yellow Orange Red 400-450 450-500 500-550 550-600 600-650 650-700

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) :

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) a) Quang trở (photoresistor): Giá trị điện trở của quang trở thay đổi khi có cường độ ánh sáng chiếu vào bề mặt của nó thay đổi. Giá trị điện trở của quang trở càng giảm khi cường độ ánh sáng chiếu vào nó càng mạnh và ngược lại. Độ nhạy của quang trở được xác định: Trong đó:  I: sự thay đổi của cường độ ánh sáng.  R: sự thay đổi điện trở.

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) :

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) Đặc tuyến của quang trở

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) :

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) B) Cảm biến hồng ngoại (infrared sensor): Cảm biến hồng ngoại được chia ra làm ba loại : cảm biến hồng ngoại thường , cảm biến hồng ngoại kiểu phản xạ (infrared reflective sensor) và cảm biến hồng ngoại kiểu thấu xạ (infrared slotted sensor). Cảm biến hồng ngoại thường : : đây là loại cảm biến mà bộ phát và bộ thu không được kết cấu trong một khối . Bộ phát và bộ thu là hai bộ phận riêng rẽ . Bộ phát hồng ngoại (infrared emitter) có hình dạng như một diode phát quang (LED-light emitting diode). Tuy nhiên ánh sáng phát ra là hồng ngoại . Bộ thu hồng ngoại (infrared detector) là một transistor quang . Khi transistor nhận được ánh sáng hồng ngoại , nó sẽ dẫn bảo hòa . Ngược lại , nó sẽ ngưng dẫn .

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) :

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) Cảm biến hồng ngoại kiểu phản xạ: là một linh kiện hình thang được thiết kế cho những ứng dụng đặc biệt. Trong linh kiện này có tích hợp một transistor quang (rất nhạy đối với ánh sang hồng ngoại) và một bộ phát ánh sáng hồng ngoại. Khi có vật thể chắn sáng, lượng ánh sáng này sẽ được phản hồi đến transistor quang nhờ vật chắn sáng -> transistor quang bắt đầu dẫn và ngược lại Cảm biến hồng ngoại kiểu phản xạ

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) :

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) Cảm biến hồng ngoại kiểu thấu xạ: nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống với cảm biến hồng ngoại kiểu phản xạ. Tuy nhiên, lượng ánh sáng phát ra sẽ được đưa trực tiếp đến transistor quang. Nếu không có vật thể chắn sáng giữa bộ phát và bộ thu (transistor quang), transistor có thể nhận hoàn toàn lượng ánh sáng được phát ra. Lúc này, transistor sẽ dẫn bảo hòa. Ngược lại, khi có vật thể chắn sáng giữa bộ phát và thu, lúc này transistor sẽ không nhận được lượng ánh sáng phát ra. Cảm biến hồng ngoại kiểu thấu xạ

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) :

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) 2. Thiết kế mạch cảm biến dò đường dùng quang trở hoặc IR Một loại cảm biến thường được sử dụng trong thiết kế robot tự động dò đường đó là cảm biến quang (có 2 loại: dùng quang trở hoặc hồng ngoại), nguyên tắc cơ bản là biến đổi sự cảm nhận về ánh sáng thành tín hiệu điện. Cụ thể dưới đây là cảm biến hồng ngoại: điện trở của sensor sẽ giảm xuống khi ánh sáng hồng ngoại chiếu lên nó, một cảm biến tốt nếu có điện trở gần bằng 0 khi ánh sáng IR Sơ đồ nguyên lý mạch sensor

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor):

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) 2. Thiết kế mạch cảm biến dò đường dùng quang trở hoặc IR Ta lợi dụng tính năng này của sensor để thiết kế một cầu chia thế như hình vẽ,khi đó điện thế tạo chân “2” của bộ so sánh là ; Một mạch sensor tốt là mạch có sự thay đổi điện thế lớn nhất tại chân “2” của bộ so sánh khi có ánh sáng IR chiếu vào sensor và không chiếu vào sensor. Để có được mức điện thế thay đổi này lớn nhất thì việc chọn lựa R 1 là hết sức quan trọng. Gọi a là điện trở của sensor khi không có ánh sáng, b là điện trở của sensor khi có ánh sáng chiếu vào và V diff là sự thay đổi điện thế, ta có:

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) :

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) 2. Thiết kế mạch cảm biến dò đường dùng quang trở hoặc IR Vậy để tìm được R 1 ta vẽ theo R 1 ( a,b : ta tìm được từ phép đo) và sau đó chọn giá trị R 1 tương ứng với giá trị lớn nhất của Ví dụ: Ta có a = 920K, b = 15K khi đó ta vẽ Đặc tuyến của giá trị R 1

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) :

VI. MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN QUANG THÔNG DỤNG 1. Cảm biến quang (photo sensor) 2. Thiết kế mạch cảm biến dò đường dùng quang trở hoặc IR Vậy dựa vào đồ thị ta chọn R1 = 100K Trong mạch cảm biến trên, ta thấy có một bộ so sánh. Chức năng chủ yếu của bộ so sánh này là đảm bảo ngõ ra chỉ có 2 mức điện thế (0 hoặc 1) tương ứng với sự thay đổi khoảng điện thế của cảm biến. Bộ so sánh có 2 ngõ vào: một ngõ (-) nối với ngõ ra của cảm biến, ngõ còn lại (+) được nối với một điện thế tham chiếu, điện thế này của chính bằng

Một số cảm biến quang:

Một số cảm biến quang Loại thông dụng: E3Z • KT: 40x12x21 (mm) • Chọn kiểu đầu ra tác động theo sáng/tối • Chức năng đèn báo hiệu sự ổn định; điều chỉnh được độ nhạy Ðầu ra : NPN/ PNP 30VDC,100mA, Nguồn cấp :10-30 VDC,30mA Khoảng cách phát hiện : * Thu phát: 15m: E3Z-To1/6 (o=6: NPN, o=8: PNP) * Phản xạ gương : 4m: E3Z-Ro1/6 (o=6: NPN, o=8: PNP) * Phản xạ khuyếch tán : 1m: E3Z-Do2/7 (o=6: NPN, o=8: PNP) 100mm: E3Z-Do1/6 (o=6: NPN, o=8: PNP)

Một số cảm biến quang  Cảm biến quang hình trụ tròn :

Một số cảm biến quang Cảm biến quang hình trụ tròn E2K-C : Phát hiện mọi vật thể • Có thể điều chỉnh độ nhạy • Có thể phát hiện vật thể qua lớp cách ly ( không phải là kim loại ); ví dụ : nước trong thùng nhựa , ống thủy tinh ... Model thông dụng và loại đầu ra : E2K-C25ME1 (NPN) E2K-C25MF1 (PNP) E2K-C25MY1(AC) Kích thước (mm) & khoảng cách phát hiện : D= 34 x 82 : 3-25mm Nguồn : 10-40 VDC; 90-250 VAC

Cảm biến quang điện E3F3 :

Cảm biến quang điện E3F3 Cảm biến quang điện hình trụ có sẵn bộ khuếch đại Chống nhiễu tốt với công nghệ Photo-IC. Công nghệ photo-IC tăng mức chống nhiễu. Hình trụ cỡ M18 DIN, vỏ nhựa ABS. Gọn và tiết kiệm chỗ. Khoảng cách phát hiện dài (30cm) với bộ điều chỉnh độ nhạy cho loại khuếch tán. Bảo vệ chống ngắn mạch và nối ngược cực nguồn.

Cảm biến quang điện Đặc tính kỹ thuật:

Cảm biến quang điện Đặc tính kỹ thuật Các thông số định mức / đặc tính kỹ thuật. Mục Loại cảm biến Thu – phát Phản xạ gương Phản xạ khuếch tán Ngõ ra NPN E3F3-T61 E3F3-T11 E3F3-R61 E3F3-D11 E3F3-D12 Ngõ ra PNP E3F3-T131 E3F3-R81 E3F3-D31 Khoảng cách phát hiện 5m 2m 100m 300m Vật thể phát hiện tiêu chuẩn Vật mờ đục có đường kính tối thiểu 11mm Vật mờ đục có đường kính tối thiểu 56mm Giấy trắng 100x100mm Đặc tính trể Tối đa 20% khoảng cách phát hiện Nguồn sáng ( bước sóng ) LED hồng ngoại (860nm) LED đỏ (680nm) LED hồng ngoại (860nm) Điện áp nguồn cấp 12 tới 24 VDC±10% kể cả xung tối đa 10% Công suất tiêu thụ Tối đa 45mA( đầu phát và thu ) Tối đa 25mA Ngõ ra điều khiển Ngõ ra transistor collecter hở tối đa 100mA,điện áp dư tối đa 1V ở 100mA Mạch bảo vệ Bảo vệ ngắn mạch ngõ ra nối ngược cực nguồn DC

Cảm biến quang điện Đặc tính kỹ thuật Các thông số định mức / đặc tính kỹ thuật. :

Cảm biến quang điện Đặc tính kỹ thuật Các thông số định mức / đặc tính kỹ thuật. Thời gian đáp ứng Tối đa 2,5 ms ảnh hưởng của môi trường Đèn dây tóc tối đa 3.000lux Ánh sáng mặt trời tối đa 10.000lux Nhiệt độ môi trường Hoạt động :-25̊C tới 55̊C ( không đóng băng hoặc ngưng tụ ) Bảo quản :-30̊C tới 70̊C ( không đóng băng hoặc ngưng tụ ) Độ ẩm môi trường Hoạt động 35% tới 85% Trở kháng cách điện Tối thiểu 20M Ω ở 500VDC giữa các bộ phận mang điên và vỏ Cường độ điện môi 1.000VAC,50/60 Hz trong 1 phút giữa các bộ phận mang điện và vỏ Mức độ chịu rung 10 tới 55Hz,biên độ rung 1,5mm hoặc 300m/s2 trong 1h theo mỗi hướng X,Y,Z Cấp bảo vệ IP66(IE60529) Đèn chỉ thị Nguồn sáng chỉ thị điện:cam Đấu nhận:chỉ thị hoạt động : cam Chỉ thị hoaaj động :cam

PowerPoint Presentation:

Điện trở quang Photo diode Cảm biến quang điện Cảm biến lazer Một số hình ảnh về cảm biến quang

authorStream Live Help