Cảm biến ánh sáng là gì

Cảm biến ánh sáng gì? POSTED ON 13 THÁNG BẢY, 2018 BY TK TECH HUY Th7 điện chuyển đổi lượng ánh Cảm biến ánh sáng thiết bị quang sáng (photon) cho dù ánh sáng nhìn thấy hay tia hồng ngoại thành tín hiệu điện (electron) Vậy cảm biến ánh sáng gì? Cùng Testostore.vn tìm hiểu nhé? Một cảm biến ánh sáng tạo tín hiệu đầu cho biết cường độ ánh sáng cách đo lượng xạ tồn dải tần số hẹp gọi “ánh sáng” tần số từ “Hồng ngoại” đến “Có thể nhìn thấy” tới ” Tia cực tím ”quang phổ ánh sáng Cảm biến ánh sáng gì? Cảm biến ánh sáng gì?Cảm biến ánh sáng thiết bị thụ động chuyển đổi “năng lượng ánh sáng” cho dù nhìn thấy phần hồng ngoại quang phổ thành tín hiệu điện Cảm biến ánh sáng thường gọi “Thiết bị quang điện” “Cảm biến ảnh” lượng ánh sáng chuyển đổi (photon) thành điện (electron) Các thiết bị quang điện nhóm lại thành hai loại chính, loại tạo điện chiếu sáng, chẳng hạn Photo-voltaics Photoemissives vv, thứ thay đổi tính chất điện chúng theo số cách Photon-resistors Photo-conductors Điều dẫn đến việc phân loại thiết bị sau Đặc điểm: • • Các tế bào phát xạ ảnh – Đây photodevices giải phóng electron tự từ vật liệu nhạy sáng xêzi bị photon tràn đầy lượng Lượng lượng mà photon phụ thuộc vào tần số ánh sáng tần số cao, lượng nhiều photon chuyển đổi lượng ánh sáng thành lượng điện • • Các tế bào dẫn điện ảnh – Các photodevices thay đổi điện trở chúng chịu ánh sáng Photoconductivity kết từ ánh sáng đánh vật liệu bán dẫn mà kiểm sốt dòng chảy thơng qua Do đó, nhiều ánh sáng tăng dòng điện cho điện áp áp dụng cho Vật liệu quang dẫn phổ biến Cadmium Sulphide sử dụng quang điện LDR • • Các tế bào quang điện – Các photodevices tạo emf tương ứng với lượng ánh sáng xạ nhận tương tự có hiệu lực với quang điện Năng lượng ánh sáng rơi vào hai vật liệu bán dẫn kẹp lại với tạo điện áp xấp xỉ 0.5V Vật liệu quang điện phổ biến Selen sử dụng tế bào lượng mặt trời • • Thiết bị ghép nối ảnh – Các thiết bị quang chủ yếu thiết bị bán dẫn thực photodiode phototransistor sử dụng ánh sáng để điều khiển dòng electron lỗ đầu nối PN chúng Thiết bị chụp ảnh thiết kế đặc biệt cho ứng dụng máy dò thâm nhập ánh sáng với phản ứng quang phổ chúng điều chỉnh theo bước sóng ánh sáng tới Tế bào quang điện Bài viết bạn quan tâm: Cảm biến vị trí gì? Cảm biến đầu dò Cảm biến nhiệt độ gì? Một cảm biến ánh sáng quang điện không tạo điện thay đổi tính chất vật lý phải chịu lượng ánh sáng Loại phổ biến thiết bị quang điện điện trở Photores mà thay đổi điện trở để đáp ứng với thay đổi cường độ ánh sáng Photoresistors thiết bị bán dẫn sử dụng lượng ánh sáng để điều khiển dòng điện tử, dòng điện chạy qua chúng Tế bào quang điện thường sử dụng gọi điện trở phụ thuộc ánh sáng LDR Điện trở phụ thuộc ánh sáng Như tên gọi nó, Điện trở phụ thuộc (LDR) làm từ vật liệu bán dẫn tiếp xúc cadmium sulphide làm thay đổi điện trở từ vài nghìn Ohms bóng tối thành vài trăm Ohms ánh sáng rơi vào cách tạo cặp electron-lỗ vật liệu LCR điển hình Hiệu ứng ròng cải thiện tính dẫn điện với giảm sức đề kháng cho gia tăng chiếu sáng Ngoài ra, tế bào photoresistive có thời gian đáp ứng dài đòi hỏi nhiều giây để phản ứng với thay đổi cường độ ánh sáng Vật liệu sử dụng làm chất bán dẫn bao gồm chì sunphua (PbS), selenua chì (PbSe), indimon antimonide (InSb) phát ánh sáng dải hồng ngoại với cảm biến ánh sáng phổ biến Cadmium Sulphide ( Cds ) Cadmium sulphide sử dụng sản xuất tế bào quang điện đường phản ứng quang phổ gần giống với mắt người chí điều khiển cách sử dụng đuốc đơn giản nguồn sáng Thơng thường, có bước sóng nhạy cảm đỉnh ( λp ) khoảng 560nm đến 600nm phạm vi phổ khả kiến Light Resendent Resistor Cell Cảm biến ánh sáng photoresistive sử dụng phổ biến tế bào quang điện ORP12 Cadmium Sulphide Điện trở phụ thuộc ánh sáng có phản ứng quang phổ khoảng 610nm vùng màu vàng đến màu cam ánh sáng Sức đề kháng tế bào không chiếu sáng (kháng tối) cao vào khoảng 10MΩ giảm xuống khoảng 100Ω chiếu sáng hoàn toàn (kháng sáng) Để tăng sức đề kháng tối làm giảm dòng tối, đường điện trở tạo thành hình zigzag đế gốm CdS photocell thiết bị chi phí thấp thường sử dụng tự động mờ, bóng tối hồng phát để chuyển đèn đường “ON” “OFF”, cho ứng dụng loại tiếp xúc với đồng hồ chụp ảnh Kết nối điện trở phụ thuộc ánh sáng loạt với điện trở tiêu chuẩn điện áp cung cấp DC có lợi lớn, điện áp khác xuất ngã ba họ cho cấp độ khác ánh sáng Lượng điện áp giảm qua điện trở loạt, R xác định giá trị điện trở điện trở phụ thuộc ánh sáng, R LDR Khả tạo điện áp khác tạo mạch tiện dụng gọi “Bộ chia tiềm năng” Mạng Bộ chia Điện áp Như biết, dòng điện thơng qua chuỗi mạch phổ biến LDR thay đổi giá trị điện trở cường độ ánh sáng, điện áp có mặt V OUT xác định công thức chia điện áp Độ bền LDR, R LDR thay đổi từ khoảng 100Ω ánh sáng mặt trời, đến 10MΩ bóng tối tuyệt biến thể kháng chuyển đổi thành biến thể điện áp V OUT hiển thị Một cách sử dụng đơn giản Điện trở phụ thuộc ánh sáng , công tắc nhạy sáng hình Cảm biến ánh sáng gì? Mạch cảm biến ánh sáng công tắc kích hoạt ánh sáng đầu relay Một mạch chia tiềm hình thành điện trở quang, LDR điện trở R1 Khi khơng có ánh sáng có nghĩa bóng tối, sức đề kháng LDR cao phạm vi Megaohms ( MΩ ) khơng thiên vị sở áp dụng cho TR1 tranzito relay de-energized “OFF” Khi mức ánh sáng tăng điện trở LDR bắt đầu giảm xuống khiến điện áp thiên vị sở V1 tăng lên Tại số điểm xác định mạng chia tiềm hình thành với điện trở R1 Điện áp thiên vị sở đủ cao để bật transistor TR1 “ON” kích hoạt rơle sử dụng để điều khiển số mạch bên Khi mức ánh sáng giảm trở lại bóng tối lần sức đề kháng LDR tăng làm cho điện áp sở bóng bán dẫn giảm, chuyển bóng bán dẫn chuyển tiếp “OFF” mức ánh sáng cố định xác định lại mạng chia tiềm Bằng cách thay điện trở cố định R1 chiết áp VR1 , điểm mà rơle chuyển sang “ON” “OFF” thiết lập trước đến mức ánh sáng cụ thể Loại mạch đơn giản trình bày có độ nhạy thấp điểm chuyển mạch khơng qn biến thể nhiệt độ điện áp cung cấp Mạch kích hoạt ánh sáng xác nhạy cảm dễ dàng thực cách kết hợp LDR vào xếp “Cầu Wheatstone” thay bóng bán dẫn Bộ khuếch đại hoạt động hiển thị Mạch cảm biến mức ánh sáng mạch cảm biến ánh sáng Trong mạch cảm biến tối này, điện trở phụ thuộc LDR1 chiết áp VR1 tạo thành cánh tay điều chỉnh mạng cầu kháng đơn giản, gọi cầu Wheatstone Trong hai điện trở cố định R1 R2 tạo thành cánh tay Cả hai bên cầu tạo thành mạng lưới chia tiềm điện áp nguồn cung cấp có đầu V1 V2được kết nối với đầu vào điện áp không đảo ngược đảo ngược tương ứng khuếch đại hoạt động Bộ khuếch đại hoạt động cấu Bộ khuếch đại vi sai gọi so sánh điện áp với phản hồi có điều kiện điện áp đầu xác định khác biệt hai tín hiệu đầu vào điện áp, V1 V2 Kết hợp điện trở R1 R2 tạo thành tham chiếu điện áp cố định đầu vào V2 , thiết lập tỷ lệ hai điện trở Kết hợp LDR – VR1 cung cấp đầu vào điện áp biến V1 tỷ lệ thuận với mức ánh sáng phát điện trở quang Như với mạch trước, đầu từ khuếch đại hoạt động sử dụng để điều khiển rơle, bảo vệ diode bánh xe miễn phí, D1 Khi mức ánh sáng cảm nhận LDR điện áp đầu rơi xuống điện áp tham chiếu đặt V2 đầu từ trạng thái thay đổi op-amp kích hoạt rơle chuyển tải kết nối Tương tự mức độ ánh sáng tăng đầu chuyển trở lại chuyển “OFF” relay Độ trễ hai điểm chuyển mạch thiết lập điện trở phản hồi Rf chọn để cung cấp điện áp thích hợp khuếch đại Hoạt động loại mạch cảm biến ánh sáng đảo ngược để chuyển tiếp “ON” mức ánh sáng vượt mức điện áp tham chiếu ngược lại cách đảo ngược vị trí cảm biến ánh sáng LDR chiết áp VR1 Potentiometer sử dụng để “cài đặt trước” điểm chuyển mạch khuếch đại vi sai cho mức ánh sáng cụ thể làm cho trở nên lý tưởng mạch dự án cảm biến ánh sáng đơn giản Thiết bị chụp ảnh Thiết bị chụp ảnh cảm biến ánh sáng PN-Junction thiết bị dò tạo từ điểm nối PN bán dẫn silicon nhạy cảm với ánh sáng phát ánh sáng nhìn thấy mức ánh sáng hồng ngoại Thiết bị nối ảnh thiết kế đặc biệt để cảm nhận ánh sáng loại cảm biến ánh sáng quang điện bao gồm Photodiode Phototransistor Photodiode Photo diode Việc xây dựng cảm biến ánh sáng Photodiode tương tự diode PN-junction thông thường ngoại trừ vỏ điốt bên ngồi suốt có thấu kính rõ ràng để tập trung ánh sáng vào điểm nối PN để tăng độ nhạy Đường giao phản ứng với ánh sáng đặc biệt bước sóng dài màu đỏ hồng ngoại ánh sáng khả kiến Đặc điểm vấn đề điốt với thân hạt suốt thủy tinh diode tín hiệu 1N4148 Đèn LED sử dụng làm đèn quang học hai phát phát ánh sáng từ đường giao chúng Tất mối nối PN có độ nhạy sáng sử dụng chế độ điện áp không bị dẫn điện ảnh với điểm tiếp xúc PN photodiode “Đảo ngược hướng” để rò rỉ điốt dòng tối chảy.Diode tín hiệu1N4148 Đèn LED sử dụng làm đèn quang học hai phát phát ánh sáng từ đường giao chúng Tất mối nối PN có độ nhạy sáng sử dụng chế độ điện áp không bị dẫn điện ảnh với điểm tiếp xúc PN photodiode “Đảo ngược hướng” để rò rỉ điốt dòng tối chảy Đặc tính điện áp (I / V Curves) photodiode khơng có ánh sáng đường giao (chế độ tối) giống với tín hiệu bình thường diode chỉnh lưu Khi photodiode chuyển tiếp thiên vị, có gia tăng theo cấp số mũ dòng điện, giống diode thông thường Khi áp dụng sai lệch ngược, dòng bão hòa ngược nhỏ xuất làm tăng vùng suy giảm, phần nhạy cảm đường giao Photodiodes kết nối chế độ cách sử dụng điện áp phân cực cố định đường giao Chế độ tuyến tính phạm vi rộng Cấu tạo đặc điểm Photo-diode cấu tạo đặc điểm photo-diode Khi sử dụng cảm biến ánh sáng, tượng quang điện tối (0 lux) khoảng 10uA cho geranium 1uA cho điốt loại silicon Khi ánh sáng rơi vào ngã ba nhiều lỗ / cặp electron hình thành dòng rò tăng lên Dòng rò tăng lên chiếu sáng đường giao tăng lên Do đó, dòng quang phát quang tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng rơi vào tiếp giáp PN Một ưu điểm photodiodes sử dụng cảm biến ánh sáng phản ứng nhanh chúng với thay đổi mức ánh sáng, bất lợi loại photodevice dòng chảy tương đối nhỏ thắp sáng hoàn toàn Mạch sau cho thấy mạch chuyển đổi từ sang điện áp sử dụng khuếch đại hoạt động thiết bị khuếch đại Điện áp đầu (Vout) cho Vout = I P * Rƒ tỷ lệ thuận với đặc tính cường độ ánh sáng photodiode Loại mạch sử dụng đặc tính khuếch đại hoạt động với hai đầu vào đầu vào khoảng không điện áp để vận hành photodiode mà không bị lệch Cấu hình op-amp khơng thiên vị cho phép tải trở kháng cao tới photodiode dẫn đến ảnh hưởng dòng tối phạm vi tuyến tính rộng quang điện tương quan với cường độ ánh sáng xạ Tụ điện C f sử dụng để ngăn chặn dao động đạt peaking để thiết lập băng thông đầu ( / 2πRC ) Mạch khuếch đại Photo-diode Mạch khuếch đại photo-diode Photodiodes cảm biến ánh sáng đa chuyển dòng chảy “ON” “OFF” nano giây thường sử dụng máy ảnh, đồng hồ đo ánh sáng, ổ CD DVD-ROM, điều khiển từ xa TV, máy quét, máy fax máy photocopy vv , tích hợp vào mạch khuếch đại hoạt động máy dò phổ hồng ngoại cho truyền thơng sợi quang, mạch phát chuyển động báo động chống trộm nhiều hình ảnh, hệ thống định vị quét laser, v.v Phototransistor Phototransistor Một thiết bị ghép nối hình ảnh thay cho photodiode Phototransistor mà photodiode với khuếch đại Cảm biến ánh sáng Phototransistor có điểm tiếp xúc ngược thiết bị thu gom PN tiếp xúc với nguồn sáng rạng rỡ Phototransitor hoạt động giống photodiode ngoại trừ chúng mang lại độ lợi nhạy nhiều so với photodiode với dòng lớn 50 đến 100 lần so với photodiode chuẩn transistor bình thường dễ dàng chuyển đổi thành cảm biến ánh sáng phototransistor kết nối photodiode collector base Phototransitor bao gồm chủ yếu NPN Transistor lưỡng cực với vùng sở lớn không nối với nhau, số phototransistors cho phép kết nối sở kiểm soát độ nhạy sử dụng photon ánh sáng để tạo dòng Hầu hết phototransistor loại NPN có vỏ ngồi suốt có thấu kính rõ ràng để tập trung ánh sáng vào điểm nối sở để tăng độ nhạy Cấu tạo đặc điểm photo-transistor cấu tạo đặc điểm photo-transistor Trong bóng bán dẫn NPN, thu có khuynh hướng thiên vị phát để đầu nối sở / chia đảo ngược đó, khơng có ánh sáng rò rỉ bình thường đường giao dòng chảy tối mà nhỏ Khi ánh sáng rơi sở, nhiều cặp electron / lỗ hình thành vùng dòng điện tạo hành động khuếch đại transistor Thông thường độ nhạy photo-transistor hàm độ lợi dòng điện DC transistor Do đó, độ nhạy tổng thể chức thu dòng điều khiển cách kết nối điện trở đế phát ứng dụng loại optocoupler có độ nhạy cao, máy quang phổ Darlington thường sử dụng Photodarlington Các bóng bán dẫn Photodarlington sử dụng transistor NPN lưỡng cực thứ hai để cung cấp khuếch đại bổ sung có độ nhạy sáng cao photodetector mức ánh sáng yếu độ nhạy chọn lọc, đáp ứng chậm so với NPN phototransistor thơng thường Hình ảnh thiết bị darlington bao gồm phototransistor bình thường có đầu emitter kết hợp với sở bóng bán dẫn NPN lưỡng cực lớn Bởi cấu hình bóng bán dẫn darlington cho mức tăng sản phẩm lợi ích hai bóng bán dẫn riêng lẻ, thiết bị photodarlington tạo máy dò nhạy cảm Các ứng dụng điển hình cảm biến ánh sáng Phototransistors cách ly quang, thiết bị chuyển mạch quang rãnh, cảm biến chùm ánh sáng, cáp quang điều khiển từ xa loại TV, vv Bộ lọc hồng ngoại yêu cầu phát ánh sáng khả kiến Một loại cảm biến ánh sáng bán dẫn photojunction đáng ý khác thyristor Photo Đây thyristor kích hoạt ánh sáng Bộ điều chỉnh Silicon điều khiển , SCR sử dụng cơng tắc kích hoạt ánh sáng ứng dụng AC Tuy nhiên độ nhạy chúng thường thấp so với photodiodes tương đương phototransitor Để giúp tăng độ nhạy cảm với ánh sáng, thyristor ảnh làm mỏng xung quanh cửa nối Nhược điểm q trình giới hạn số lượng anode mà họ chuyển đổi Sau đó, ứng dụng AC cao hơn, chúng sử dụng thiết bị thí điểm chuyển đổi quang để chuyển đổi thyristor thông thường lớn Tế bào quang điện Loại cảm biến ánh sáng quang điện phổ biến Pin mặt trời Pin mặt trời chuyển đổi lượng ánh sáng trực tiếp thành lượng điện DC dạng điện áp dòng điện thành điện trở tải điện ánh sáng, pin mơ-tơ Sau đó, tế bào quang điện tương tự theo nhiều cách để pin chúng cung cấp nguồn DC Tuy nhiên, không giống thiết bị hình ảnh khác mà chúng tơi xem trên, sử dụng cường độ ánh sáng từ đuốc để hoạt động, tế bào lượng mặt trời quang điện hoạt động tốt sử dụng lượng xạ mặt trời Các tế bào mặt trời sử dụng nhiều loại ứng dụng khác để cung cấp nguồn lượng thay từ pin thông thường, chẳng hạn máy tính, vệ tinh nhà cung cấp dạng lượng tái tạo Tế bào quang điện Các tế bào quang điện tạo từ liên kết PN silicon đơn tinh thể, giống diode quang với vùng nhạy sáng lớn sử dụng mà khơng có độ lệch ngược Chúng có đặc điểm giống photodiode lớn bóng tối Khi chiếu sáng lượng ánh sáng làm cho electron chảy qua điểm nối PN pin mặt trời riêng lẻ tạo điện áp mạch hở khoảng 0,58v (580mV) Các pin mặt trời có “Tích cực” “tiêu cực” bên giống pin Các tế bào lượng mặt trời riêng lẻ kết nối với thành loạt để tạo thành pin mặt trời làm tăng điện áp đầu kết nối song song với để tăng dòng điện sẵn có Các pin mặt trời có bán thị trường đánh giá Watts, sản phẩm điện áp đầu dòng điện (Volts lần Amps) thắp sáng hoàn toàn Đặc điểm tế bào lượng mặt trời quang điện điển hình Cảm biến ánh sáng gì? Lượng dòng điện sẵn có từ pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ ánh sáng, kích thước tế bào hiệu suất thường thấp vào khoảng 15 đến 20% Để tăng hiệu tổng thể tế bào lượng mặt trời có sẵn thị trường, sử dụng silicon đa tinh thể silic vô định hình, khơng có cấu trúc tinh thể tạo dòng điện từ 20 đến 40mA cm Các vật liệu khác sử dụng xây dựng tế bào quang điện bao gồm Gallium Arsenide, Copper Indium Diselenide Cadmium Telluride Những vật liệu khác có phản ứng dải tần khác nhau, “điều chỉnh” để tạo điện áp đầu bước sóng ánh sáng khác Kết luận: Trong hướng dẫn Cảm biến ánh sáng Tìm hiểu xem cảm biến ánh sáng gì? Chúng tơi xem xét số ví dụ thiết bị phân loại Cảm biến ánh sáng Điều bao gồm người có người khơng có mối nối PN sử dụng để đo cường độ ánh sáng Trong hướng dẫn tiếp theo, xem xét thiết bị đầu gọi Actuators Thiết bị truyền động chuyển đổi tín hiệu điện thành lượng vật lý tương ứng chuyển động, lực âm Một thiết bị đầu thường sử dụng Relay điện từ ARDUINO UNO VCC GND A2 A4 A5 VCC GND SCL SDA 13 ... ánh sáng , công tắc nhạy sáng hình Cảm biến ánh sáng gì? Mạch cảm biến ánh sáng cơng tắc kích hoạt ánh sáng đầu relay Một mạch chia tiềm hình thành điện trở quang, LDR điện trở R1 Khi ánh sáng. .. điện áp đầu bước sóng ánh sáng khác Kết luận: Trong hướng dẫn Cảm biến ánh sáng Tìm hiểu xem cảm biến ánh sáng gì? Chúng tơi xem xét số ví dụ thiết bị phân loại Cảm biến ánh sáng Điều bao gồm người... nối PN bán dẫn silicon nhạy cảm với ánh sáng phát ánh sáng nhìn thấy mức ánh sáng hồng ngoại Thiết bị nối ảnh thiết kế đặc biệt để cảm nhận ánh sáng loại cảm biến ánh sáng quang điện bao gồm Photodiode