Bài giảng Đo lường cảm biến - Chương 3: Cảm biến quang

Nội dung text: Bài giảng Đo lường cảm biến - Chương 3: Cảm biến quang

1. CẢM BIẾN QUANG
2. Phổ ánh sáng
3. Khái niệm • Độ nhạy sáng V() • Cường độ sáng (cd) • Mật độ sáng (cd/cm2) • Quang thơng 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/m2). • Mối liên hệ giữa cường độ sáng và cơng suất tia sáng: lx = 1,47 mW/m2.
4. Cơng nghệ của Diode quang • Được chế tạo theo cơng nghệ Planar. • Với một lớp trung tính (intrinsic) được đặt giữa hai lớp P và N (SiO2). Tính dẫn điện của chúng thay đổi theo mật độ, bước sĩng của sĩng bức xạ.
5. 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 dịng điện truyền từ lớp P xuống lớp N ( hai diode dẫn điện ). Cường độ ánh sáng càng mạnh thì dịng điện đi qua diode càng tăng và ngược lại, hay diode dẫn mạnh hay yếu phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng.
6. Quang điện trở • Là phần tử thụ động cĩ 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)
7. Nguyên lý: •Nguyên lý hoạt động: giống như diode quang, khi cĩ ánh sang chiếu vào thì điện trở sẽ giảm xuống rất nhiều dịng điện sẽ đi qua nĩ. Nếu khơng cĩ ánh chiếu vào thì điện trở nĩ rất lớn ( 104Ω đến 109Ω) hay nĩ cản trở khơng cho dịng điện đi qua.
8. Transistor quang C N P B N E
9. Phần tử quang điện N P
10. Diode phát quang • Được chế tạo từ GaAsP hay GaP cho vùng phổ ánh sáng nhìn thấy. Vật liệu chế tạo thường cĩ hai dạng cơng nghệ: – Đỏ (GaAsP): hàm lượng P chiếm khoảng 40%. – Xanh, vàng và cam: với vật liệu GaP, • Điện áp dẫn UF của các diode phát quang phụ thuộc vào vật liệu: – GaAs-IR UF = 1,2V – GaAsP (đỏ) LED UF = 1,6V – GaP (xanh lá) LED UF = 1,8V – GaN (lục) LED UF = 2,4V
11. Optocoupler
12. • 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.
13. 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.
14. 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)
15. Cảm biến quang thu độc lập: (Through beam optoelectronic sensor)  Độ tin cậy cao, đáp ứng nhanh.  Khoảng cách phát hiện xa.  Khơng bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc vật.
16. Retro reflective  Độ tin cậy cao  Giảm bớt dây dẫn  Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng loáng
17. Cảm biến quang khuếch tán: (Diffuse reflective)  Dễ lắp đặt  Bị ảnh hưởng bởi màu sắc, bề mặt vật, nền
18. Cảm biến quang phản xạ giới hạn: (limited reflective)
19. PSD (Position Sensitive Detector)
20. • IA/IB = RB/RA = lB/lA = (l – lA)/lA • (IA-IB )/ (IA+IB) = (l-2lA)/l = 1 – 2(lA/l)