Cảm biến hồng ngoại IR (hoạt động và ứng dụng)

Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là gì?

Cảm biến hồng ngoại IR Sensor

Ngày nay, công nghệ Hồng ngoại có rất nhiều ứng dụng không dây chủ yếu là cảm biến đối tượng và điều khiển từ xa.

Trong phổ điện từ, phần hồng ngoại chia thành ba vùng: vùng hồng ngoại gần, vùng hồng ngoại trung bình và vùng hồng ngoại xa.

Trong blog này, chúng ta đang nói về nguyên lý hoạt động của cảm biến IR và các ứng dụng của nó.

Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là gì?

Cảm biến hồng ngoại (IR sensor) là một thiết bị điện tử, phát ra ánh sáng để cảm nhận một số đối tượng của môi trường xung quanh. Một cảm biến hồng ngoại có thể đo sức nóng của một đối tượng cũng như phát hiện chuyển động. Thông thường, trong quang phổ hồng ngoại , tất cả các vật thể đều bức xạ một số dạng bức xạ nhiệt. Những loại bức xạ này mắt chúng ta không nhìn thấy được, nhưng cảm biến hồng ngoại có thể phát hiện ra những bức xạ này.

 

Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là gì?

Bộ phát chỉ đơn giản là một đèn LED hồng ngoại (Light Emitting Diode ) và bộ phát hiện chỉ đơn giản là một điốt quang IR. Điốt quang nhạy cảm với ánh sáng hồng ngoại có cùng bước sóng được phát ra bởi 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.

Có năm yếu tố cơ bản được sử dụng trong một hệ thống phát hiện hồng ngoại điển hình: nguồn hồng ngoại, phương tiện truyền dẫn, thành phần quang học, đầu dò hoặc máy thu hồng ngoại và xử lý tín hiệu. Laser hồng ngoại và đèn LED hồng ngoại có bước sóng cụ thể được sử dụng làm nguồn hồng ngoại.

Ba loại phương tiện chính được sử dụng để truyền tia hồng ngoại là chân không, khí quyển và sợi quang học. Các thành phần quang học được sử dụng để tập trung bức xạ hồng ngoại hoặc để hạn chế phản ứng quang phổ.
Xem thêm: mach cau h

Các loại cảm biến hồng ngoại

Có hai loại cảm biến hồng ngoại có sẵn và chúng,

  • Cảm biến hồng ngoại hoạt động
  • Cảm biến hồng ngoại thụ động

Cảm biến hồng ngoại hoạt động

Cảm biến hồng ngoại chủ động bao gồm hai yếu tố: nguồn hồng ngoại và đầu dò hồng ngoại. Nguồn hồng ngoại bao gồm đèn LED hoặc diode laser hồng ngoại . Bộ dò hồng ngoại bao gồm điốt quang hoặc bộ truyền quang. Năng lượng phát ra từ nguồn hồng ngoại bị phản xạ bởi một vật thể và rơi vào đầu báo hồng ngoại.

Cảm biến hồng ngoại thụ động

Cảm biến hồng ngoại thụ động về cơ bản là máy dò hồng ngoại. Cảm biến hồng ngoại thụ động không sử dụng bất kỳ nguồn và máy dò hồng ngoại nào. Chúng có hai loại: lượng tử và nhiệt. Cảm biến hồng ngoại nhiệt sử dụng năng lượng hồng ngoại làm nguồn nhiệt. Cặp nhiệt điện , máy dò nhiệt điện và máy đo nhanh là những loại máy dò hồng ngoại nhiệt phổ biến. Cảm biến hồng ngoại loại lượng tử mang lại hiệu suất phát hiện cao hơn. Nó nhanh hơn máy dò hồng ngoại loại nhiệt. Độ nhạy ảnh của máy dò loại lượng tử phụ thuộc vào bước sóng.

Nguyên lý làm việc của cảm biến IR

Có nhiều loại máy phát hồng ngoại khác nhau tùy thuộc vào bước sóng, công suất phát và thời gian đáp ứng của chúng. Cảm biến IR bao gồm một đèn LED hồng ngoại và một điốt quang hồng ngoại, chúng được gọi chung là PhotoCoupler hoặc OptoCoupler.

Máy phát hồng ngoại hoặc đèn LED hồng ngoại

Máy phát hồng ngoại là một đi-ốt phát sáng (LED) phát ra bức xạ hồng ngoại được gọi là IR LED. Mặc dù đèn LED hồng ngoại trông giống như đèn LED bình thường, nhưng mắt người không nhìn thấy được bức xạ do nó phát ra.

Hình ảnh của đèn LED hồng ngoại được hiển thị bên dưới.

Một đèn Led hồng ngoại

 

Bộ thu IR hoặc Điốt quang

Máy thu hồng ngoại hoặc cảm biến hồng ngoại phát hiện bức xạ từ máy phát IR. Máy thu IR có dạng điốt quang và bóng bán dẫn quang. Điốt quang hồng ngoại khác với điốt quang thông thường vì chúng chỉ phát hiện bức xạ hồng ngoại. Hình ảnh dưới đây cho thấy hình ảnh của bộ thu IR hoặc một điốt quang,

diode quang

 

Các loại máy thu IR khác nhau tồn tại dựa trên bước sóng, điện áp, gói, v.v. Khi được sử dụng trong kết hợp máy phát – máy thu hồng ngoại, bước sóng của máy thu phải khớp với bước sóng của máy phát.

Bộ phát là một đèn LED hồng ngoại và bộ phát hiện là một điốt quang IR. Điốt quang IR nhạy cảm với ánh sáng hồng ngoại do đèn LED hồng ngoại phát ra. Điện trở của diode quang và điện áp đầu ra thay đổi tương ứng với ánh sáng IR nhận được. Đây là nguyên lý hoạt động cơ bản của cảm biến hồng ngoại.

cách cảm biến hồng ngoại hoạt động

 

Khi máy phát IR phát ra bức xạ, nó đi tới đối tượng và một số bức xạ phản xạ trở lại máy thu IR. Dựa trên cường độ thu của bộ thu IR, đầu ra của cảm biến xác định.

Các ứng dụng của cảm biến hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại sử dụng trong các dự án khác nhau và cả trong các thiết bị điện tử khác nhau. Tất cả đều như sau,

Thiết bị nhìn ban đêm

ống nhòm đêm

 

Công nghệ hồng ngoại được triển khai trong thiết bị nhìn ban đêm nếu không có đủ ánh sáng khả kiến ​​để nhìn không cần sự trợ giúp. Các thiết bị nhìn ban đêm chuyển đổi các photon ánh sáng xung quanh thành các electron và sau đó khuếch đại chúng bằng một quá trình hóa học và điện trước khi cuối cùng chuyển đổi chúng trở lại thành ánh sáng khả kiến.

Nhiệt kế bức xạ hồng ngoại

nhiệt kế hồng ngoại
Một nhiệt kế hồng ngoại

 

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

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

Theo dõi hồng ngoại

Theo dõi bằng tia hồng ngoại hay còn gọi là Hệ thống dẫn đường bằng tia hồng ngoại, là một hệ thống dẫn đường tên lửa hoạt động bằng cách sử dụng bức xạ điện từ hồng ngoại phát ra từ mục tiêu để theo dõi mục tiêu.

Thiết bị hình ảnh IR

camera hồng ngoại

 

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

Các lĩnh vực ứng dụng chính khác

Các lĩnh vực ứng dụng chính khác sử dụng cảm biến hồng ngoại bao gồm:

  • Khí hậu học
  • Khí tượng học
  • Điều chế quang
  • Màn hình ngọn lửa
  • Máy dò khí
  • Phân tích nước
  • Máy phân tích độ ẩm
  • Thử nghiệm gây mê
  • Thăm dò dầu khí
  • An toàn đường sắt
  • Máy phân tích khí

Hy vọng bài viết này giúp bạn hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại và ứng dụng của nó. Để biết thêm về cảm biến IR, bạn có thể tham khảo blog Kết nối cảm biến hồng ngoại với Arduino.