Cảm biến IR là gì: Sơ đồ mạch và hoạt động của nó

Hãy Thử Công Cụ CủA Chúng Tôi Để LoạI Bỏ Các VấN Đề





Công nghệ IR được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày và cả trong các ngành công nghiệp với các mục đích khác nhau. Ví dụ: TV sử dụng Cảm biến hồng ngoại để hiểu các tín hiệu được truyền từ điều khiển từ xa. Các lợi ích chính của cảm biến IR là sử dụng năng lượng thấp, thiết kế đơn giản và các tính năng tiện lợi của chúng. Mắt người không nhận thấy tín hiệu IR. Bức xạ IR trong quang phổ điện từ có thể được tìm thấy trong vùng hiển thị & vi sóng. Thông thường, bước sóng của các sóng này nằm trong khoảng từ 0,7 µm 5 đến 1000µm. Phổ IR có thể được chia thành ba vùng như hồng ngoại gần, trung và hồng ngoại xa. Bước sóng của vùng hồng ngoại gần nằm trong khoảng 0,75 - 3µm, bước sóng của vùng hồng ngoại giữa nằm trong khoảng từ 3 đến 6µm và bước sóng của bức xạ hồng ngoại của vùng hồng ngoại xa cao hơn 6µm.

Cảm biến IR / Cảm biến hồng ngoại là gì?

Cảm biến hồng ngoại là một thiết bị điện tử, phát ra để cảm nhận một số khía cạnh của môi trường xung quanh. Cảm biến IR có thể đo nhiệt của một vật thể cũng như phát hiện chuyển động. Những loại cảm biến này chỉ đo bức xạ hồng ngoại chứ không phát ra nó được gọi là cảm biến hồng ngoại thụ động . Thông thường, trong quang phổ hồng ngoại, tất cả các vật thể đều bức xạ một số dạng bức xạ nhiệt.




Cảm biến hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại

Những loại bức xạ này mắt chúng ta không nhìn thấy được, có thể được phát hiện bằng cảm biến hồng ngoại. Bộ phát chỉ đơn giản là một đèn LED hồng ngoại ( Điốt phát sáng ) và máy dò chỉ đơn giản là một điốt quang IR nhạy cảm với ánh sáng hồng ngoại có cùng bước sóng với ánh sáng hồng ngoại phát ra từ đèn LED hồng ngoại. Khi ánh sáng hồng ngoại chiếu vào điốt quang, điện trở và điện áp đầu ra sẽ thay đổi tương ứng với độ lớn của ánh sáng hồng ngoại nhận được.



Nguyên tắc làm việc

Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại tương tự như cảm biến phát hiện vật thể. Cảm biến này bao gồm một đèn LED hồng ngoại và một điốt quang hồng ngoại, do đó, bằng cách kết hợp hai bộ này có thể được tạo thành một bộ ghép ảnh, nếu không thì bộ ghép quang. Các định luật vật lý được sử dụng trong cảm biến này là bức xạ ván, Stephan Boltzmann & dịch chuyển weins.

IR LED là một loại máy phát phát ra bức xạ hồng ngoại. Đèn LED này trông tương tự như đèn LED tiêu chuẩn và bức xạ được tạo ra bởi đèn LED này không thể nhìn thấy bằng mắt người. Máy thu hồng ngoại chủ yếu phát hiện bức xạ bằng cách sử dụng máy phát hồng ngoại. Các bộ thu hồng ngoại này có sẵn ở dạng điốt quang. Điốt quang IR khác với điốt quang thông thường vì chúng phát hiện đơn giản bức xạ hồng ngoại. Các loại máy thu hồng ngoại khác nhau chủ yếu tồn tại tùy thuộc vào điện áp, bước sóng, gói, v.v.

Khi nó được sử dụng làm sự kết hợp giữa bộ phát và bộ thu IR, thì bước sóng của bộ thu phải bằng với bộ phát. Ở đây, bộ phát là IR LED trong khi bộ thu là điốt quang IR. Điốt quang hồng ngoại phản ứng với ánh sáng hồng ngoại được tạo ra thông qua đèn LED hồng ngoại. Điện trở của diode quang & sự thay đổi điện áp đầu ra tỷ lệ với ánh sáng hồng ngoại thu được. Đây là nguyên tắc hoạt động cơ bản của cảm biến IR.


Khi bộ phát tia hồng ngoại tạo ra phát xạ, sau đó nó đến đối tượng và một số phát xạ sẽ phản xạ trở lại bộ thu hồng ngoại. Đầu ra của cảm biến có thể được quyết định bởi bộ thu IR tùy thuộc vào cường độ của phản hồi.

Các loại cảm biến hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại được phân thành hai loại như cảm biến hồng ngoại chủ động và cảm biến hồng ngoại thụ động.

Cảm biến IR chủ động

Cảm biến hồng ngoại hoạt động này bao gồm cả bộ phát và bộ thu. Trong hầu hết các ứng dụng, điốt phát quang được sử dụng làm nguồn. Đèn LED được sử dụng làm cảm biến hồng ngoại không hình ảnh trong khi diode laser được sử dụng làm cảm biến hồng ngoại hình ảnh.

Các cảm biến này hoạt động thông qua bức xạ năng lượng, nhận và phát hiện thông qua bức xạ. Hơn nữa, nó có thể được xử lý bằng cách sử dụng bộ xử lý tín hiệu để lấy thông tin cần thiết. Các ví dụ tốt nhất về cảm biến hồng ngoại hoạt động này là cảm biến phản xạ và tia đứt.

Cảm biến hồng ngoại thụ động

Cảm biến hồng ngoại thụ động chỉ bao gồm máy dò nhưng không bao gồm máy phát. Các cảm biến này sử dụng một đối tượng như máy phát hoặc nguồn IR. Vật thể này phát ra năng lượng và phát hiện qua máy thu hồng ngoại. Sau đó, một bộ xử lý tín hiệu được sử dụng để hiểu tín hiệu nhằm thu được thông tin cần thiết.

Các ví dụ tốt nhất của cảm biến này là máy dò nhiệt điện, máy đo tia, cặp nhiệt điện, nhiệt điện, vv Các cảm biến này được phân thành hai loại như cảm biến IR nhiệt và cảm biến IR lượng tử. Cảm biến IR nhiệt không phụ thuộc vào bước sóng. Nguồn năng lượng được sử dụng bởi các cảm biến này được đốt nóng. Máy dò nhiệt chậm với thời gian phản hồi và phát hiện của chúng. Cảm biến IR lượng tử phụ thuộc vào bước sóng và các cảm biến này bao gồm thời gian phát hiện và phản hồi cao. Các cảm biến này cần được làm mát thường xuyên cho các phép đo cụ thể.

Sơ đồ mạch cảm biến IR

Mạch cảm biến hồng ngoại là một trong những mô-đun cảm biến cơ bản và phổ biến trong thiết bị điện tử . Cảm biến này tương tự như giác quan nhìn xa của con người, có thể được sử dụng để phát hiện chướng ngại vật và là một trong những ứng dụng phổ biến trong thời gian thực. Mạch này bao gồm các thành phần sau

  • IC LM358 2 bộ phát và bộ thu IR
  • Điện trở của phạm vi kilo-ohms.
  • Biến trở.
  • LED (Điốt phát sáng).
Sơ đồ mạch cảm biến hồng ngoại

Sơ đồ mạch cảm biến hồng ngoại

Trong dự án này, phần máy phát bao gồm một cảm biến IR, truyền các tia IR liên tục để nhận được bởi một mô-đun máy thu IR. Đầu ra IR của máy thu thay đổi tùy thuộc vào việc nhận tia IR. Vì sự biến đổi này không thể được phân tích như vậy, do đó đầu ra này có thể được cấp cho mạch so sánh. Đây một hoạt động khuếch đại (op-amp) của LM 339 được sử dụng như một mạch so sánh.

Khi bộ thu IR không nhận được tín hiệu, điện thế ở đầu vào đảo ngược sẽ cao hơn so với đầu vào không đảo của IC so sánh (LM339). Do đó đầu ra của bộ so sánh thấp, nhưng đèn LED không phát sáng. Khi mô-đun bộ thu IR nhận được tín hiệu đến điện thế ở đầu vào đảo ngược xuống thấp. Do đó, đầu ra của bộ so sánh (LM 339) tăng cao và đèn LED bắt đầu phát sáng.

Điện trở R1 (100), R2 (10k) và R3 (330) được sử dụng để đảm bảo dòng điện tối thiểu 10 mA đi qua các Thiết bị LED hồng ngoại tương ứng như Điốt quang và đèn LED bình thường. Điện trở VR2 (đặt trước = 5k) được sử dụng để điều chỉnh các cực đầu ra. Điện trở VR1 (đặt trước = 10k) dùng để đặt độ nhạy của Sơ đồ mạch. Đọc thêm về cảm biến IR.

Mạch cảm biến IR sử dụng bóng bán dẫn

Sơ đồ mạch của cảm biến IR sử dụng bóng bán dẫn cụ thể là phát hiện chướng ngại vật bằng cách sử dụng hai bóng bán dẫn được hiển thị bên dưới. Mạch này chủ yếu được sử dụng để phát hiện chướng ngại vật bằng đèn LED hồng ngoại. Vì vậy, mạch này có thể được xây dựng với hai bóng bán dẫn như NPN và PNP. Đối với NPN, bóng bán dẫn BC547 được sử dụng trong khi đối với PNP, bóng bán dẫn BC557 được sử dụng. Sơ đồ chân của các bóng bán dẫn này giống nhau.

Mạch cảm biến hồng ngoại sử dụng bóng bán dẫn

Mạch cảm biến hồng ngoại sử dụng bóng bán dẫn

Trong mạch trên, một đèn LED hồng ngoại luôn được bật trong khi đèn LED hồng ngoại khác được liên kết với đầu cuối cơ sở của bóng bán dẫn PNP vì đèn LED hồng ngoại này hoạt động như một đầu dò. Các thành phần bắt buộc của mạch cảm biến IR này bao gồm điện trở 100 ohms & 200 ohms, bóng bán dẫn BC547 & BC557, LED, IR LED-2. Quy trình từng bước của cách tạo mạch cảm biến hồng ngoại bao gồm các bước sau.

  • Kết nối các thành phần theo sơ đồ mạch sử dụng các thành phần bắt buộc
  • Kết nối một đèn LED hồng ngoại với đầu cuối cơ sở của bóng bán dẫn BC547
  • Kết nối đèn LED hồng ngoại với đầu cuối cơ sở của cùng một bóng bán dẫn.
  • Kết nối điện trở 100Ω về phía các chân dư của đèn LED hồng ngoại.
  • Kết nối đầu cuối cơ sở của bóng bán dẫn PNP về phía đầu cực thu của bóng bán dẫn NPN.
  • Kết nối đèn LED và điện trở 220Ω theo kết nối trong sơ đồ mạch.
  • Sau khi kết nối mạch được thực hiện sau đó cung cấp nguồn điện cho mạch để kiểm tra.

Mạch làm việc

Khi đèn LED hồng ngoại được phát hiện, khi đó ánh sáng phản xạ từ vật này sẽ kích hoạt một dòng điện nhỏ cung cấp khắp đầu dò LED hồng ngoại. Điều này sẽ kích hoạt bóng bán dẫn NPN & PNP do đó đèn LED sẽ BẬT. Mạch này có thể áp dụng để thực hiện các dự án khác nhau như đèn tự động để kích hoạt khi một người đến gần ánh sáng.

Mạch báo trộm sử dụng cảm biến hồng ngoại

Mạch cảnh báo chống trộm IR này được sử dụng tại các lối vào, cửa ra vào, v.v. Mạch này phát ra âm thanh còi báo động cho người có liên quan bất cứ khi nào có người đi ngang qua tia IR. Khi con người không nhìn thấy tia hồng ngoại, thì mạch này hoạt động như một thiết bị an toàn ẩn.

Mạch báo trộm

Mạch báo trộm sử dụng cảm biến hồng ngoại

Các thành phần cần thiết của mạch này chủ yếu bao gồm NE555IC, điện trở R1 & R2 = 10k & 560, D1 (điốt quang IR), D2 (LED hồng ngoại), Tụ C1 (100nF), S1 (công tắc đẩy), B1 (Buzzer) & 6v DC Cung cấp.
Mạch này có thể được kết nối bằng cách bố trí đèn LED hồng ngoại cũng như các cảm biến hồng ngoại trên cửa đối diện với nhau. Để tia hồng ngoại có thể rơi vào cảm biến đúng cách. Trong điều kiện bình thường, tia hồng ngoại luôn giảm xuống trên diode hồng ngoại & điều kiện đầu ra tại chân 3 sẽ ở điều kiện thấp.

Tia này sẽ bị ngắt khi một vật rắn đi qua tia. Khi tia hồng ngoại đập, mạch sẽ kích hoạt và đầu ra chuyển sang trạng thái ON. Điều kiện đầu ra vẫn duy trì cho đến khi nó hoạt động trở lại bằng cách tắt công tắc, điều đó có nghĩa là khi ngắt tia được tách ra thì một cảnh báo vẫn BẬT. Để tránh người khác tắt báo động, mạch điện hoặc công tắc khởi động lại phải được đặt ở xa hoặc khuất tầm nhìn so với cảm biến hồng ngoại. Trong mạch này, một bộ rung ‘B1’ được kết nối để tạo ra âm thanh với âm thanh có sẵn và âm thanh có sẵn này có thể được thay thế bằng một chuông thay thế khác là còi báo động lớn dựa trên yêu cầu.

Ưu điểm

Các ưu điểm của cảm biến hồng ngoại bao gồm những thứ sau

  • Nó sử dụng ít năng lượng hơn
  • Có thể phát hiện chuyển động trong điều kiện có hoặc không có ánh sáng với độ tin cậy tương đương.
  • Họ không cần tiếp xúc với đối tượng để phát hiện
  • Không có rò rỉ dữ liệu vì hướng tia
  • Các cảm biến này không bị ảnh hưởng bởi quá trình oxy hóa và ăn mòn
  • Khả năng chống ồn rất mạnh

Nhược điểm

Các nhược điểm của cảm biến hồng ngoại bao gồm những thứ sau

  • Đường ngắm là bắt buộc
  • Phạm vi có giới hạn
  • Chúng có thể bị ảnh hưởng bởi sương mù, mưa, bụi, v.v.
  • Tốc độ truyền dữ liệu thấp hơn

Ứng dụng cảm biến IR

Cảm biến IR được phân thành nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng. Một số ứng dụng điển hình của các các loại cảm biến. Cảm biến tốc độ được sử dụng để đồng bộ hóa tốc độ của nhiều động cơ. Các cảm biến nhiệt độ được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ công nghiệp. Cảm biến PIR được sử dụng cho hệ thống mở cửa tự động và Thiết bị cảm biến sóng siêu âm được sử dụng để đo khoảng cách.

Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các Dự án dựa trên cảm biến và cả trong các thiết bị điện tử khác nhau đo nhiệt độ được thảo luận dưới đây.

Nhiệt kế bức xạ

Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong nhiệt kế bức xạ để đo nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ và vật liệu của vật thể và những nhiệt kế này có một số tính năng sau

  • Đo lường mà không cần tiếp xúc trực tiếp với đối tượng
  • Phản hồi nhanh hơn
  • Các phép đo mẫu dễ dàng

Màn hình ngọn lửa

Các loại thiết bị này được sử dụng để phát hiện ánh sáng phát ra từ ngọn lửa và theo dõi ngọn lửa đang cháy như thế nào. Ánh sáng phát ra từ ngọn lửa mở rộng từ các loại vùng UV đến IR. PBS, PbSe, Máy dò hai màu, máy dò nhiệt điện là một số máy dò được sử dụng phổ biến được sử dụng trong màn hình ngọn lửa.

Máy phân tích độ ẩm

Máy phân tích độ ẩm sử dụng các bước sóng được độ ẩm trong vùng IR hấp thụ. Các vật thể được chiếu xạ bằng ánh sáng có các bước sóng này (1,1 µm, 1,4 µm, 1,9 µm và 2,7µm) và cả với các bước sóng chuẩn.

Ánh sáng phản xạ từ các vật thể phụ thuộc vào độ ẩm và được máy phân tích phát hiện để đo độ ẩm (tỷ lệ giữa ánh sáng phản xạ ở các bước sóng này với ánh sáng phản xạ ở bước sóng chuẩn). Trong điốt quang PIN GaAs, đầu dò quang dẫn Pbs được sử dụng trong các mạch phân tích độ ẩm.

Máy phân tích khí

Cảm biến IR được sử dụng trong máy phân tích khí sử dụng các đặc tính hấp thụ của khí trong vùng IR. Hai loại phương pháp được sử dụng để đo mật độ của khí như phân tán và không phân tán.

Phân tán: Ánh sáng phát ra được phân chia theo phương pháp quang phổ và các đặc điểm hấp thụ của chúng được sử dụng để phân tích các thành phần khí và lượng mẫu.

Không ồn ào: Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất và nó sử dụng các đặc tính hấp thụ mà không phân chia ánh sáng phát ra. Loại chống ồn sử dụng bộ lọc dải thông quang học rời rạc, tương tự như kính râm được sử dụng để bảo vệ mắt để lọc bức xạ UV không mong muốn.

Loại cấu hình này thường được gọi là công nghệ hồng ngoại không tán xạ (NDIR). Loại máy phân tích này được sử dụng cho đồ uống có ga, trong khi máy phân tích không gây ồn được sử dụng trong hầu hết các thiết bị IR thương mại, cho rò rỉ nhiên liệu khí thải ô tô.

Thiết bị hình ảnh IR

Thiết bị hình ảnh IR là một trong những ứng dụng chính của sóng IR, chủ yếu nhờ đặc tính của nó là không nhìn thấy được. Nó được sử dụng cho máy ảnh nhiệt, thiết bị nhìn ban đêm, v.v.

Ví dụ: Nước, đá, đất, thảm thực vật, khí quyển và mô người đều phát ra bức xạ IR. Các máy dò hồng ngoại nhiệt đo các bức xạ này trong phạm vi IR và lập bản đồ phân bố nhiệt độ không gian của đối tượng / khu vực trên hình ảnh. Máy ảnh nhiệt thường bao gồm cảm biến Sb (indium antimonite), Gd Hg (thủy ngân germanium), Hg Cd Te (thủy ngân-cadmium-telluride).

Một máy dò điện tử được làm mát đến nhiệt độ thấp bằng cách sử dụng heli lỏng hoặc nitơ lỏng. Sau đó, Làm mát các máy dò đảm bảo rằng năng lượng bức xạ (photon) được máy dò ghi lại đến từ địa hình chứ không phải từ nhiệt độ môi trường của các đối tượng bên trong máy quét và các thiết bị điện tử hình ảnh hồng ngoại.

Các ứng dụng chính của cảm biến hồng ngoại chủ yếu bao gồm những điều sau đây.

  • Khí tượng học
  • Khí hậu học
  • Điều chế sinh học ảnh
  • Phân tích nước
  • Máy dò khí
  • Thử nghiệm gây mê
  • Thăm dò dầu khí
  • An toàn đường sắt

Vì vậy, đây là tất cả về cảm biến hồng ngoại mạch làm việc và ứng dụng. Những cảm biến này được sử dụng trong nhiều cảm biến dựa trên dự án điện tử . Chúng tôi tin rằng bạn có thể đã hiểu rõ hơn về cảm biến IR này và nguyên lý hoạt động của nó. Hơn nữa, bất kỳ nghi ngờ nào liên quan đến bài viết hoặc các dự án này, vui lòng phản hồi của bạn bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, nhiệt kế hồng ngoại có thể hoạt động trong bóng tối hoàn toàn không?

Tín ảnh: