CamBien 3

Đo lường - cảm biến Cảm biến quang học Giới thiệu • Cảm biến quang học cảm biến dùng để phát xạ điện từ dải quang học rộng (hồng ngoại xa  cực tím) • Có thể trực tiếp chuyển đổi từ ánh sáng sang điện (các cảm biến quang điện quang dẫn) • Có thể gián tiếp chuyển đổi thành thay đổi nhiệt độ sau sang tín hiệu điện Đo lường – Cảm biến Cảm biến quang • Dựa nguyên lý – Hiệu ứng nhiệt – Hiệu ứng lượng tử • Hiệu ứng nhiệt: hấp thu xạ vật thể làm gia tăng chuyển động nguyên tử Điều làm giải phóng electron (tăng nhiệt) • Hiệu ứng lượng tử: photon tương tác với nguyên tử, bao gồm việc giải phóng electron Đo lường – Cảm biến Hiệu ứng quang điện • Ánh sáng gồm hạt nhỏ photon • Phương trình Planck: e=hf h = 6.6262x10 [joule.second] (hằng số Planck) f = tần số e = lượng photon tần số xạ f • Năng lượng photon phải lớn lượng liên kết vật liệu để giải phóng electron Đo lường – Cảm biến Đường xạ Độ mở ống kính Aperture Ống kính Lenses dùng tập trung hay phân tán xạ Gương chiếu Mirror phản xạ xạ Vách ngăn Ống rỗng: giảm ảnh hưởng ánh sáng môi trường xung quanh Cửa sổ: bảo vệ cảm biến, giới hạn xạ Cáp quang: truyền dẫn xạ Chopper (Bộ xén) gián đoạn xạ tới Bộ khuyếch đại AC Bộ giải mã hiệu chuẩn Đo lường – Cảm biến Cảm biến quang điện • Cảm biến quang điện linh kiện quang điện, thay đổi trạng thái điện có ánh sáng thích hợp tác động vào bề mặt • Tế bào quang dẫn – quang trở • Photodiode • Phototransitor Đo lường – Cảm biến Various photoconductors (photoresistors) Đo lường – Cảm biến Photodiodes • Photodiode as used in a scanner Photodiode array used in a CD player Đo lường – Cảm biến Photodiode Đo lường – Cảm biến Phototransitor Đo lường – Cảm biến Cảm biến phát xạ • Tín hiệu quang chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ tượng phát xạ quang điện • Cơ chế phát xạ: - Hấp thụ photon giải phóng electron bên vật liệu - Electron giải phóng di chuyển tới bề mặt - Electron thoát khỏi bề mặt cathode • Tế bào quang điện – Solar cell Đo lường – Cảm biến Solar cells Đo lường – Cảm biến CCD – Coupled Charge Device • Ứng dụng máy ảnh, máy quay phim, … • Bộ phận cảm nhận ánh sáng CCD MOS (hoạt động photodiode thiết bị lưu trữ • Cửa (gate) bề mặt tạo thành tụ điện, Gate phân cực dương • Bức xạ quang vào thiết bị qua Gate lớp Oxide làm giải phóng electron vào vùng chứa • Mật độ electron vùng chứa tỉ lệ với cường độ xạ Đo lường – Cảm biến CCD – Coupled Charge Device • Đo mật độ điện tích thực cách phân cực ngược MOS để xả qua điện trở R • Điện áp V0 tỉ lệ trực tiếp với cường độ ánh sáng • Cảm biến CCD gồm lượng lớn tụ MOS đặt gần • Các tụ MOS đo mật độ điện tích theo hàng • CCD xem mảng nhớ, trì tính toàn vẹn thông tin đọc Đo lường – Cảm biến CCD – Coupled Charge Device • Để cảm nhận màu sắc, lọc sử dụng để tách màu thành thành phần bàn (RBG) • Mỗi màu sắc cảm nhận riêng biệt tạo thành phần tín hiệu Một CCD màu bao gồm cell cho pixel (mỗi cell cho màu bản) A CCD array for a video camera (500lines,625pixels,3colors) Đo lường – Cảm biến Cảm biến quang dùng hiệu ứng nhiệt • PIR (Passive Infra Red - hồng ngoại thụ động) hay AFIR (Active Far Infra Red – viễn hồng ngoại tích cực) • Cảm biến PIR gồm phần bản: - Bộ hấp thụ dùng chuyển đổi xạ thành nhiệt - Cảm biến nhiệt độ để chuyển nhiệt thành tín hiệu điện • Cảm biến AFIR: cần nguồn điện ổn định mạch điều khiển nhiệt độ nhạy cảm nhiều so với PIR - Nguồn nuôi cấp cho cảm biến làm nóng phần tử cảm ứng (lớn nhiệt độ môi trường) - Nhiệt độ phần tử cảm ứng giữ không đổi - Nhiệt xạ đưa tới cảm biến - Công suất cần thiết để giữ nhiệt độ không đổi công suất xạ cần đo Pnguồn = Ploss + Pbức xạ Đo lường – Cảm biến Cảm biến quang dùng hiệu ứng nhiệt Cảm biến PIR với cảm biến nhiệt độ bên Cảm biến PIR phát chuyển động Đo lường – Cảm biến Ứng dụng • Đo độ sáng dùng phototransitor – Đáp ứng phi tuyến • Ứng dụng – Điều khiển độ sáng nhà thông minh • Đóng hay mở rèm che cửa dựa vào ngõ mạch đo độ sáng • Đóng mở đèn theo độ sáng • Dùng bảng tra cứu Đo lường – Cảm biến Ứng dụng • Mạch ứng dụng Photodiode/Phototransitor • Mạch ứng dụng dùng LDR Đo lường – Cảm biến ... bao gồm cell cho pixel (mỗi cell cho màu bản) A CCD array for a video camera (500lines,625pixels,3colors) Đo lường – Cảm biến Cảm biến quang dùng hiệu ứng nhiệt • PIR (Passive Infra Red - hồng