Bài giảng Cảm biến và đo lường - Chương 3: Cảm biến quang

CẢM BIẾN QUANG 
Phổ ánh sáng 
Khái niệm 
Độ nhạy sáng V( ) 
Cường độ sáng (cd) 
Mật độ sáng (cd/cm 2 ) 
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/m 2 ). 
Mối liên hệ giữa cường độ sáng và công suất tia sáng: lx = 1,47 mW/m 2 . 
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 (SiO 2 ). 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 ( 10 4 Ω đến 10 9 Ω) hay nó cản trở không cho 
dòng điện đi qua. 
Transistor quang 
N 
N 
P 
C 
E 
B 
Phần tử quang điện 
N 
P 
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 U F của các diode phát quang phụ thuộc vào vật liệu: 
GaAs-IR	U F = 1,2V 
GaAsP (đỏ) LED	U F = 1,6V 
GaP (xanh lá) LED	U F = 1,8V 
GaN (lục) LED	U F = 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) 
Nền 
Vùng phát hiện 
Bộ phát 
Bộ nhận 
PSD (Position Sensitive Detector )