9.1 CÁC ĐẶC TÍNH RIÊNG CỦA CẢM BIẾN QUANG
Các cảm biến quang cho phép tạo ra các tín hiệu điện khi nó nhận được các nguồn sáng có độ dài sóng nằm trong hoặc gần kề với vùng ánh sáng thấy được.
Tín hiệu điện ở đầu ra của cảm biến quang thông thường có dạng dòng điện. Giá trị dòng điện và những sự biến đổi theo các thông số phụ thuộc vào cấu tạo cảm biến.
9.1.1 Dòng điện vùng tối
Đó là dòng điện thường được tạo ra bằng sự bố trí cảm biến quang trong vùng tối và được phân cực trong những điều kiện xác định.
Dòng điện vùng tối có hai nguồn gốc chính:
Nguồn gốc bên trong: tạo bởi những điện tích tự do. Do sự kích thích nhiệt, tiến trình này trở nên quan trọng ở nhiệt độ cho trước khi chiều dài bước sóng riêng λS của vật liệu khá lớn, nói cách khác năng lượng ion hóa khá nhỏ (đó là trường hợp các vật liệu nhạy đối với các tia bức xạ hồng ngoại).
Nguồn gốc bên ngoài: tạo bởi tia bức xạ nhiệt, trong vùng tia hồng ngoại, do môi trường chung quanh bức xạ và được tiếp nhận với cảm biến sẽ xảy ra hiệu ứng quang điện khi cảm biến nhạy đối với các tia bức xạ.
Kết quả dòng điện vùng tối đặc trưng:
Độ nhạy đối với nhiệt độ, điều này nguy hiểm do việc dòng nhiệt điện có thể trộn lẫn với những thay đổi chậm của tín hiệu.
Những dao động quanh một trị giá trung bình.
Như thế sẽ có lợi khi chọn và sử dụng cảm biến sao cho dòng điện vùng tối rất thấp so với dòng quang điện cực tiểu của tín hiệu. Điều này dẫn đến
274
những cảm biến nhạy đối với tia bức xạ hồng ngoại phải đặt trong một hộp làm nguội, một mặt để giảm sự kích thích nhiệt, mặt khác để giới hạn sự tiếp xúc với tia bức xạ của môi trường chung quanh.
9.1.2 Độ nhạy
Quang thông của tín hiệu quang được tiếp nhận nhờ cảm biến tạo ra một dòng quang điện IP cộng thêm với dòng điện vùng tối Io, xác định dòng điện I
chạy qua cảm biến: I = Io + Ip
Dòng điện Ip cho biết đặc tính đáp ứng của cảm biến đối với tia bức xạ
tiếp nhận. Nó tùy thuộc vào một phần cấu tạo của cảm biến, mặt khác phụ thuộc vào loại tia bức xạ, thành phần phổ và quang thông.
Khi Io không đổi, sự biến thiên ΔI của dòng điện cảm biến bằng sự biến thiên ΔIp của dòng quang điện.
Cảm biến dưới tác động của quang thông Φ tạo ra dòng quang điện Ip, độ nhạy của cảm biến được xác định bằng tỉ số ΔI với sự thay đổi đại lượng đo
ΔΦ: S= Δ ΔΦ = Δ ΔΦI/ Ip/
Tùy theo đơn vị quang thông, độ nhạy được diễn tả bởi A/W hay A/lumen hoặc A/lux khi quang thông đặc trưng bằng chiếu độ mà nó tạo ra.
Đối với cảm biến tuyến tính, độ nhạy độc lập đối với Φ và bằng độ nhạy tĩnh: S=Ip/Φ