Cảm biến quang _ Kỹ thuật cảm biến

7th
Grade

Chuyên đề: CẢM BIẾN QUANG

Nhóm thực hiện: 13


01

Khái niệm về ánh sáng và
ứng dụng

02

Hiệu ứng quang điện

Mục lục
03

04

Nguồn sáng của cảm biến

Phần tử nhạy sáng của cảm

quang điện

biến quang điện

05

Mục lục

Các loại cảm biến quang điện
trong thực tế

06

07

Cảm biến sợi quang

Cảm biến laze


01
Ánh sáng
là tên gọi chung để chỉ hoạt động bức xạ điện từ sở hữu những bước sóng nhỏ nằm
trong điện từ quang phổ, tính chất của ánh sáng cũng tương tự như mọi hoạt động
bức xạ điện từ và chúng được hình thành từ những hạt photon chuyển động theo
từng đợt sóng.


Ứng dụng của ánh sáng

Tác dụng nhiệt

•
•

•

Phơi khơ
Sấy khơ
Bếp năng lượng mặt

•
•

Tác dụng quang điện

Điện năng
Pin điện
.....

Tác dụng sinh học

Chữa bệnh về
da, mắt,...

trời...

•
•
•

Quang hợp

•
•

Cắt kim loại
Khắc quang

Tác dụng cơng nghiệp


02
Hiệu ứng quang điện
Là hiện tượng điện – lượng tử, trong đó các điện tử được
thốt ra khỏi vật chất sau khi hấp thụ năng lượng từ các
bức xạ điện từ.
Hiệu ứng quang điện đôi khi được dùng với tên Hiệu ứng
Hertz, do nhà khoa học Heinrich Hertz tìm ra.


Thí nghiệm về hiệu ứng quang điện ngoại


Thí nghiệm về hiệu ứng quang điện nội

Mơ tả thí nghiệm: sử dụng một tấm vật chất được chế tạo từ chất quang dẫn.
Sử dụng Ampe kế nối với tấm vật chất để kiểm tra dòng điện.
- Khi chất quang dẫn chưa được chiếu sáng ta thấy Ampe kế chỉ số 0 =>
khơng có dịng điện
- Khi chất quang dẫn được chiếu sáng thích hợp ta thấy Ampe kế chỉ số khác 0
=> có dịng điện sinh ra
- Ngừng chiếu sáng ta thấy Ampe kế chỉ số 0 => không có dịng điện.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang
điện

Khi chiếu một chùm ánh sáng có bước sóng đủ ngắn λ < λs vào
bề mặt của một tấm kim loại, ánh sáng sẽ kích thích dao động
của các điện tử phân bố ở mặt kim loại đó làm bật ra khỏi bề
mặt kim loại. Kim loại được đặt trong một trường
điện thế thì những điện tử đó sẽ chuyển động ngược chiều với
trường điện thế tạo ra dòng điện.


03

Nguồn sáng của cảm biến quang điện


Đèn sợi đốt

Ánh sáng do đèn sợi đốt phát ra có đặc điểm:
- Thơng lượng lớn, dải phổ rộng.
- Qn tính nhiệt lớn, khơng thể thay đổi bức xạ một cách
tức thời, tuổi thọ thấp.
Vì các đặc điểm trên nên trong thực tế người ta không
dùng đèn sợi đốt để làm nguồn sáng cho cảm biến
quang.


Nguồn sáng hồng ngoại



Thời gian hồi đáp nhỏ cỡ ns do đó có thể điều chế
bằng nguồn ni, phổ ánh sáng hoàn toàn xác định,
độ tin cậy cao, độ bền tốt.



Nhược điểm: Thông lượng tương đối nhỏ và nhạy với
với nhiệt độ


Nguồn laze

- Rất đơn sắc, độ chói lớn, rất định hướng và có tính liên kết mạnh.
- Bước sóng hồn tồn xác định, thơng lượng lớn, và có khả năng nhận được một chùm tia rất mảnh với độ
định hướng cao và có khả năng nhận truyền đi trên khoảng cách rất lớn.
Trong thực tế người ta thường dùng nguồn sáng laser cho các cảm biến cơng nghiệp
cao cấp địi hỏi có độ chính xác cao.
Nguồn sáng laser trong các cảm biến công nghiệp do diode laser phát ra.


04

Phần tử nhạy sáng


Cấu tạo
4.1 Photodiode

Nguyên lý hoạt động

4.2 Photocell



Các tế bào quang dẫn dùng để chế tạo cảm biến thường được làm từ các
bán dẫn đa tinh thể đồng nhất hoặc đơn tinh thể, bán dẫn riêng hoặc bán
dẫn pha tạp.




Bán dẫn đa tinh thể: CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe.
Bán dẫn đơn tinh thể: Ge, Si, tinh khiết hoặc pha tạp với Au, Cu, Sb, In
hoặc SbIn, AsIn, PIn, Cd,Hg,Te.


4.2 Photocell

Thực tế người ta không dùng tế bào quang dẫn để đo ánh sáng (vì
nó là phần tử phi tuyến) mà người ta để phân biệt mức áng sáng

Ứng dụng

như sáng – tối hoặc xung ánh sáng.

Ứng dụng của tế bào quang dẫn điều khiển Rơle

4.3 Phototranzitor

•

Cấu tạo: - Gồm 3lớp bán dẫn ghép nối tiếp tạo thành 2 tiếp giáp E-B, B-C
tương tự như một tranzito

-

Phân cực: Chỉ có điện áp đặt lên C, khơng có điện áp đặt lên B, B-C phân cực
ngược

•

Ngun lý hoạt động: Khi chuyển tiếp B – C được chiếu sáng nó sẽ hoạt động
giống Photodiode ở chế độ quang dẫn với dòng ngược Ir: Ir = I0 + Ip


Các loại cảm biến quang điện trong thực tế

05

Cảm
Cảm biến
biến thu
thu

Cảm
Cảm biến
biến quang

quang

phát
phát 11 phía
phía sử
sử

điện
điện thu
thu phát
phát tách
tách

dụng
dụng gương
gương phản
phản

biệt
biệt

xạ
xạ

Cảm
Cảm biến
biến thu
thu
phát
phát phía

phía sử
sử
dụng
dụng phản
phản xạ
xạ
khuếch
khuếch tán
tán


Cấu tạo cảm biến quang thu phát độc
Cảm biến quang điện thu phát tách biệt

lập này lắp đặt đối diện nhau, muốn hoạt
động được cần một bộ phát sáng và một
bộ thu sáng

Đặc điểm của cảm biến không : bị ảnh
hưởng từ bề mặt, màu sắc và khoảng
cách

phát

hiện

vật

lạ

đến

60m.


Nguyên lý

– Trạng thái có vật cản: cảm biến quang thu phát độc lập omron vẫn phát sáng.
Thế nhưng, cảm biến thu sáng không thu được nguồn ánh sáng như mong muốn
mà bị vật cản che chắn.
– Trạng thái không có vật cản: cảm biến phát sáng và cảm biến thu sáng hoạt động
liên tục với nhau.

Ứng dụng
Loại cảm biến này ra đời nhằm đáp ứng được hoạt động từ các mơi trường có
tính chất phản xạ ánh sáng cao hay trên bề mặt hấp thụ ánh sáng…
không sử dụng đến cảm biến thu phát chung.


Sơ đồ


Cảm biến thu phát 1 phía sử dụng gương phản xạ

Đặc điểm bộ cảm biến quang phản xạ gương 

•Đây là cảm biến có bộ phát sáng và thu sáng ở trên cùng một thiết bị. Gương phản xạ là lăng
kính, được trang bị cùng với cảm biến quang. 

•Đặc điểm của dịng cảm biến quang phản xạ gương lắp đặt có khoảng cách phát hiện được vật

trong suốt, mờ… tối đa 15m rất thuận tiện, tiết kiệm dây dẫn. 


Sơ đồ


Cảm biến thu phát phía sử dụng
phản xạ khuếch tán

Chúng có sự ảnh hưởng từ bề mặt, màu sắc, phát hiện vật với khoảng cách tối đa là 2m.
Nguyên lý hoạt động:
– Khi phát hiện vật cản: hoạt động liên tục từ bộ phát tới bề mặt của vật cản. Ánh sáng phản xạ sẽ di chuyển
ngược về vị trí thu sáng.
– Khi khơng có vật cản: ánh sáng khơng phản xạ về vị trí thu hay trên bề mặt của vật khơng phản xạ ánh sáng tới
vị trí thu.