CẢM BIẾN CÔNG NGHIỆP - CHƯƠNG 2 CẢM BiẾN ĐO QUANG pot

Chương II CẢM BiẾN ĐO QUANG 1. Tính chất và đơn vị đo ánh sáng 2. Cảm biến quang dẫn 3. Cảm biến quang điện phát xạ 1. Tính chất và đơn vị đo 1.2. Tính chất áng sáng a) Tính chất sóng: một dạng của sóng điện từ: 1.2. Tính chất áng sáng • Vận tốc: c = 299.792 km/s (chân không) hoặc (môi trường vật chất) • Bước sóng: (chân không) hoặc (môi trường vật chất). ν → tần số ánh sáng. n c v = ν =λ c ν =λ v 1.2. Tính chất áng sáng b) Tính chất hạt: chùm hạt (photon) chuyển động với vận tốc lớn, mỗi hạt mang một năng lượng nhất định, năng lượng này chỉ phụ thuộc tần số (ν) của ánh sáng: ν= φ .hW h = 6,6256.10 -34 J.s → hằng số Planck 1.2. Đơn vị đo quang a) Đơn vị đo năng lượng: • Năng lượng bức xạ Q (J): là năng lượng lan truyền hoặc hấp thụ dưới dạng bức xạ tính bằng Jun. • Thông lượng ánh sáng Φ: là công suất phát xạ, lan truyền hoặc hấp thụ tính bằng oat. dt dQ =Φ (W) 1.2. Đơn vị đo quang • Cường độ ánh sáng (I): • Độ chói năng lượng (L): • Độ rọi năng lượng (E): n dA dI L = (W/sr.m 2 ) Ω Φ = d d I (W/sr) dA d E Φ = (W/m 2 ) 1.2. Đơn vị đo quang b) Đơn vị đo thị giác: • Độ nhạy đối với ánh sáng của mắt phụ thuộc bước sóng: Độ nhạy cực đại ứng với sóng λ max 1.2. Đơn vị đo quang Đại lượng đo Đơn vị năng lượng Đơn vị thị giác Luồng (thông lượng) W lumen(lm) Cường độ W/sr cadela(cd) Độ chói W/sr.m 2 cadela/m 2 (cd/m 2 ) Độ rọi W/m 2 lumen/m 2 hay lux (lx) Năng lượng J lumen.s (lm.s) 1.2. Đơn vị đo quang • Hệ số chuyển đổi: 1 đv đo năng lượng = K. V(λ).đv đo thị giác 1W = K. V(λ max ) =680.1= 680 lumen Ví dụ đối với ánh sáng đơn sắc: Đối với ánh sáng phổ liên tục: ( ) ( ) ( ) λΦλ=λΦ .V680 V λ λ λΦ λ=Φ ∫ λ λ d d )(d .)(V680 2 1 V (lumen) (lumen) 2. Cảm biến quang dẫn 2.1. Hiệu ứng quang dẫn: Hiệu ứng quang dẫn (hiệu ứng quang điện nội) là hiện tượng giải phóng những hạt tải điện (hạt dẫn) trong vật liệu dưới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn điện của vật liệu. [...]... nhiệt độ, một số loại đòi hỏi làm nguội 2. 2 Tế bào quang dẫn 2. 2 Tế bào quang dẫn c) Ứng dụng: • Điều khiển rơ le: khi có bức xạ ánh sáng chiếu lên tế bào quang dẫn, điện trở giảm, cho dòng điện chạy qua đủ lớn → sử dụng trực tiếp hoặc qua khuếch đại để đóng mở rơle • Thu tín hiệu quang: dùng tế bào quang dẫn để thu và biến tín hiệu quang thành xung điện 2. 2 Tế bào quang dẫn Điều khiển trực tiếp Điều... a( d − n) N 2. 1 Hiệu ứng quang dẫn σ0 = qµn0 • Độ dẫn trong tối: • Độ dẫn khi chiếu sáng: g σ = qµn = qµ  r  1 2 1 = Φ A 1 2 ⇒ σ >> σ0 và là hàm phi tuyến của Φ với số mũ γ =1 /2 (thực tế γ = 0,5 -1 ) 2. 2 Tế bào quang dẫn (TBQD) a) Cấu tạo: thực chất TBQD là một điện trở được chế tạo từ các chất bán dẫn: đa tinh thể đồng nhất, đơn tinh thể, bán dẫn riêng, bán dẫn pha tạp 2. 2 Tế bào quang dẫn (TBQD).. .2. 1 Hiệu ứng quang dẫn W≥Wlk 2. 1 Hiệu ứng quang dẫn • Mật độ điện tử trong tối: 1/ 2 a.Nd  a a  n0 = + 2 +  4r 2. r  r   2 Nd → Nồng độ tạp chất donno  qWd  a = exp −   kT  → Hệ số tỉ lệ giải phóng e r → Hệ số tái hợp 2. 1 Hiệu ứng quang dẫn • Nồng độ điện tử khi được chiếu sáng:  g n ≈   r g → Số e giải phóng trong 1 đơn vị thể tích: 1 / 2    do chiếu sáng... p) = 0, 1-1 ,0 A/W) 2. 3 Photođiot d) Ứng dụng:  R2  V0 = R m 1 + Ir  R1  V0 = ( 1 + R2 )r R I 2. 3 Photođiot - Sơ đồ làm việc ở chế độ quang thế: V0 = R m I sc  R2  V0 = 1 +  V oc  R1  2. 3 Photođiot Chế độ quang dẫn: + Độ tuyến tính cao + Có thể làm việc ở chế độ + Thời gian hồi đáp tuyến tính hoặc logarit + Ít nhiễu ngắn + Thời gian hồi đáp lớn + Dải thông lớn + Dải thông nhỏ + Nhạy cảm với... yếu: • Điện trở: điện trở trong tối lớn (từ 104 Ω - 109 Ω ở 25 oC đối với PbS, CdS, CdSe ) và giảm nhanh khi độ rọi sáng tăng 2. 2 Tế bào quang dẫn (TBQD) • Độ nhạy: Nhận xét: ∆I V γ −1 S= =γ Φ ∆Φ A + Độ nhạy giảm khi Φ tăng (trừ γ = 1) + Độ nhạy giảm khi tăng nhiệt độ, khi V điện áp đặt vào lớn + Độ nhạy phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng 2. 2 Tế bào quang dẫn c) Đặc điểm + Tỷ lệ chuyển đổi tĩnh cao... 2. 3 Photođiot • Khi chiếu sáng bằng luồng ánh sáng Φ0 → I p qη( − R )λ 1 I = Φ exp(− αX ) p hc 0  qVd  Ir = −I0 exp   + I0 + Ip  kT  Khi V đủ lớn: I r = I 0 + I p ≈ I p Hiệu ứng quang điện khi chiếu sáng 2. 3 Photođiot • Chế độ quang dẫn: Phương trình mạch điện: E = VR − VD Tín hiệu ra: VR = RmIr ⇒đường thẳng tải ∆ Dòng ngược: Ir = E ⇒ Rm + VD Rm Cảm biến làm việc ở chế độ tuyến tính VR ~ Φ 2. 3... Thời gian hồi đáp lớn + Dải thông lớn + Dải thông nhỏ + Nhạy cảm với nhiệt độ ở chế độ logarit 2. 3 Photođiot c) Ứng dụng: - Chuyển mạch: điều khiển rơ le, cổng logic, … - Đo ánh sáng không đổi (Chế độ tuyến tính) 2. 4 Phototranzito a) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Gồm 3 lớp bán dẫn ghép nối tiếp tạo thành 2 tiếp giáp E B và B – C tương tự như một tranzito • Phân cực: chỉ có điện áp đặt lên C, không... Chế độ quang thế: điện áp ngoài V = 0 ⇒ Đo thế hở mạch VOC = kT Ip Voc ≈ q I0 Khi Ip> I0: kT IP log q I0  I  kT log1 + P  q  I0  ⇒ nhỏ nhưng tỉ lệ với Φ ⇒ lớn nhưng tỉ lệ với logΦ Đo dòng ngắn mạch: Isc ≈ Ip Rbé 2. 3 Photođiot c) Độ nhạy: • S không phụ thuộc thông lượng ánh sáng Φ • S phụ thuộc vào λ, với λ ≤ λs: S( λ ) = ∆ IP q η( − R )exp (− α X ) 1 = λ ∆Φ hc T1 T2 S→Smax... Ip +E C B Φ E Sơ đồ mạch điện Sơ đồ tách cặp điện - lỗ trống 2. 4 Phototranzito Dòng I0: dòng ngược trong tối Dòng Ip : dòng ngược do chiếu sáng qη( − R )exp( −αX) 1 I = λΦ P hc 0 Ir ~ IB → Dòng colector IC: I c = (β + 1)I r = (β + 1)I 0 + (β + 1)I p ⇒ phototranzito tương đương tổ hợp của một photodiot và một tranzito +E IC C Φ B Ir E Sơ đồ tương đương 2. 4 Phototranzito c) Độ nhạy: S ( λ ) = ∆ Ic ∆Φ 0... rơle • Thu tín hiệu quang: dùng tế bào quang dẫn để thu và biến tín hiệu quang thành xung điện 2. 2 Tế bào quang dẫn Điều khiển trực tiếp Điều khiển thông qua tranzito khuếch đại 2. 3 Photođiot a) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 2. 3 Photođiot • Nguyên lý hoạt động: Khi Φ = 0 và V = 0, dòng điện chạy qua chuyển tiếp:  qVd  I = Ikt − I0 = I0 exp  − I0 = 0  kT  Ikt → Dòng khuếch tán các hạt cơ bản I0 . Chương II CẢM BiẾN ĐO QUANG 1. Tính chất và đơn vị đo ánh sáng 2. Cảm biến quang dẫn 3. Cảm biến quang điện phát xạ 1. Tính chất và đơn vị đo 1 .2. Tính chất áng sáng a). 1 .2. Đơn vị đo quang Đại lượng đo Đơn vị năng lượng Đơn vị thị giác Luồng (thông lượng) W lumen(lm) Cường độ W/sr cadela(cd) Độ chói W/sr.m 2 cadela/m 2 (cd/m 2 ) Độ rọi W/m 2 lumen/m 2 hay. ) λΦλ=λΦ .V680 V λ λ λΦ λ=Φ ∫ λ λ d d )(d .)(V680 2 1 V (lumen) (lumen) 2. Cảm biến quang dẫn 2. 1. Hiệu ứng quang dẫn: Hiệu ứng quang dẫn (hiệu ứng quang điện nội) là hiện tượng giải phóng những