Bài giảng Cảm biến quang

CẢM BIẾN QUANG Phổ ánh sáng Khái niệm Độ nhạy sáng V() Cường độ sáng (cd) Mật độ sáng (cd/cm2) Quang thông lm Cường độ chiếu sáng là một đại lượng biểu thị độ sáng được chiếu trên một mặt phẳng. Đơn vị đo là Lux (1lx = 1Lumen/m2). Mối liên hệ giữa cường độ sáng và công suất tia sáng: lx = 1,47 mW/m2. Công nghệ của Diode quang Được chế tạo theo công nghệ Planar. Với một lớp trung tính (intrinsic) được đặt giữa hai lớp P và N (SiO2). Tính dẫn điện của chúng thay đổi theo mật độ, bước sóng của sóng bức xạ. Nguyên lý hoạt động: Khi chiếu ánh sáng vào diode sẽ làm cho lớp trung gian xuất hiện các điện tích e và lỗ trống nhờ các điện tích này mà dòng điện truyền từ lớp P xuống lớp N ( hai diode dẫn điện ). Cường độ ánh sáng càng mạnh thì dòng điện đi qua diode càng tăng và ngược lại, hay diode dẫn mạnh hay yếu phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng. Quang điện trở Là phần tử thụ động có giá trị điện trở phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng. Các chất bán dẫn thường được sử dụng CdS (Cadmium Sulfid), CdSe (Cadmium Selenid), CdTe (Cadmium Tellurid) Nguyên lý: Nguyên lý hoạt động: giống như diode quang, khi có ánh sang chiếu vào thì điện trở sẽ giảm xuống rất nhiều dòng điện sẽ đi qua nó. Nếu không có ánh chiếu vào thì điện trở nó rất lớn ( 104Ω đến 109Ω) hay nó cản trở không cho dòng điện đi qua. Transistor quang Phần tử quang điện Diode phát quang Được chế tạo từ GaAsP hay GaP cho vùng phổ ánh sáng nhìn thấy. Vật liệu chế tạo thường có hai dạng công nghệ: Đỏ (GaAsP): hàm lượng P chiếm khoảng 40%. Xanh, vàng và cam: với vật liệu GaP, Điện áp dẫn UF của các diode phát quang phụ thuộc vào vật liệu: GaAs-IR UF = 1,2V GaAsP (đỏ) LED UF = 1,6V GaP (xanh lá) LED UF = 1,8V GaN (lục) LED UF = 2,4V Optocoupler Ưu điểm: hệ số liên kết cao tần số làm việc cao hơn, thời gian đáp ứng ngắn. độ cách điện cao hơn việc thiết kế bền vững hơn. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Ánh sáng từ nguốn sáng được tập trung bởi thấu kính hội tụ và chiếu thẳng vào vật. tia sáng phản xạ từ vật được tập trung lên dụng cụ cảm biến vị trí bằng thấu kính thu. Nếu vị trí của vật ( khoảng cách đến thiết bị đo) thay đổi, hình ảnh vị trí vật hình thành trên PSD sẽ khác đi và nếu trạng thái cân bằng của hai ngõ ra PSD thay đổi hình ảnh vị trí vật hính thành trên PSD sẽ khác đi và trạng thái cân bằng của hai PSD cũng thay đổi. Cảm biến quang điện tử Cảm biến quang thu phát độc lập (một chiều, through beam, one way) Cảm biến quang phản chiếu (retro reflective) Cảm biến quang phản xạ (diffuse reflective) Cảm biến quang thu độc lập: (Through beam optoelectronic sensor) Độ tin cậy cao, đáp ứng nhanh. Khoảng cách phát hiện xa. Không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc vật. Retro reflective Ñoä tin caäy cao Giaûm bôùt daây daãn Coù theå phaân bieät ñöôïc vaät trong suoát, môø, boùng loaùng Cảm biến quang khuếch tán: (Diffuse reflective) Deã laép ñaët Bò aûnh höôûng bôûi maøu saéc, beà maët vaät, neàn … Cảm biến quang phản xạ giới hạn: (limited reflective) PSD (Position Sensitive Detector) IA/IB = RB/RA = lB/lA = (l – lA)/lA (IA-IB )/ (IA+IB) = (l-2lA)/l = 1 – 2(lA/l)