Cảm biến hồng ngoại là gì? Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại
Ngày:08/03/2023 lúc 08:46AM
Cảm biến là những thiết bị điện tử có tính ứng dụng cao, giúp người dùng xác định được những yếu tố vật lý, hóa học nhỏ. Nhiều loại cảm biến được nghiên cứu, phát triển dựa trên các nguyên lý khác nhau. Cảm biến hồng ngoại là một trong những dòng cảm biến được sử dụng nhiều trong các hệ thống.
Vậy, cảm biến hồng ngoại thực chất là gì? Đặc điểm, phân loại và ứng dụng của loại cảm biến hồng ngoại như thế nào? Bạn đọc quan tâm hãy cùng chúng tôi tìm hiểu về cảm biến tia hồng ngoại qua bài viết dưới đây.
Cảm biến hồng ngoại là gì?
Cảm biến hồng ngoại (IR sensor) là thiết bị điện tự động hoạt động trên nguyên tắc điện tử điện dung, dùng để đo và phát hiện các bức xạ hồng ngoại. Bức xạ hồng ngoại là những nguồn sáng mà mắt người không thể nhìn thấy được, bởi bước sóng hồng ngoại rộng hơn với ánh sáng khả biến. Do vậy, bất cứ vật thể gì phát ra mức nhiệt lớn hơn 5 độ C đều phát ra bước sóng hồng ngoại.
Phân loại cảm biến hồng ngoại
Thiết kế cảm biến hồng ngoại nhằm xác định vật thể phát ra bức xạ có nhiệt độ lớn hơn 5 độ K, với độ nhạy cao. Hiện nay, có thể phân loại cảm biến hồng ngoại thành 2 loại:
- Chủ động (AIR): Có cấu tạo gồm diode phát sáng (LED) và máy thu. Khi một vật thể đến gần cảm biến, thiết bị sẽ chủ động phát ra ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED và phản xạ vào vật thể trở lại mà người nhận có thể nhận thấy được. Ứng dụng này thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật (như trong robot).
- Thụ động (PIR): Thiết bị không thểphát ra bức xạ hồng ngoại mà chỉ có thể phát hiện được bức xạ phát ra từ các vật thể khác như người, độc vật hoặc nguồn nhiệt. Cảm biến hồng ngoại thụ động sẽ phát hiện vật thể phát bức xạ hồng ngoại và chuyển tín hiệu thành báo động. Vì vậy người ta gọi đó là thụ động, chỉ phát hiện chứ không phải là nguồn phát ra tia hồng ngoại.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại như thế nào?
Tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động để biết thêm về loại cảm biến IR.
Cấu tạo của cảm biến tia hồng ngoại gồm những gì?
Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm biến ánh sáng. Đồng thời, thiết bị cảm ứng hồng ngoại có cấu tạo tương tự so với cảm biến ánh sáng.
Cấu tạo cảm biến hồng ngoại bao gồm các chi tiết sau:
- Đèn led hồng ngoại - thiết bị phát ra nguồn sáng hồng ngoại.
- Máy dò hồng ngoại - thiết bị nhận tín hiệu và phát hiện bức xạ hồng ngoại phản xạ trở lại.
- Điện trở - Thiết bị có tác dụng cản trở cường độ dòng điện quá lớn chạy quá đèn led làm hệ thống chập cháy.
- Dây điện - Có tác dụng kết nối các chi tiết tạo nên cảm biến hồng ngoại hoạt động ổn định.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến hồng ngoại dựa trên việc phát ra và thu nhận tia hồng ngoại để phân tích và xác định sự hiện diện của vật thể.
- Cảm biến hồng ngoại chủ động sử dụng một đầu phát tia hồng ngoại để phát ra tia sáng và một bộ thu sóng để thu nhận tia sáng bị phản xạ lại từ vật thể. Khi vật thể nằm trong tầm hoạt động của cảm biến, tia sáng sẽ phản xạ trở lại và được thu nhận bởi bộ thu sóng, sau đó được xử lý bởi mạch điện tử trong cảm biến để xác định khoảng cách và tính toán nếu cần thiết.
- Cảm biến hồng ngoại thụ động, còn được gọi là cảm biến hồng ngoại quang điện. Hoạt động bằng cách sử dụng các phần tử cảm biến để thu nhận tia hồng ngoại từ các vật thể xung quanh. Các phần tử cảm biến thường được làm bằng chất bán dẫn như silic, germani và cadimi selenid. Khi tia hồng ngoại chạm vào các phần tử này, chúng sẽ tạo ra một điện áp tương ứng, đại diện cho mức độ phản chiếu của tia hồng ngoại. Điện áp này sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện và được xử lý bởi mạch điện tử trong cảm biến để xác định sự hiện diện của vật thể.
Tùy thuộc vào loại cảm biến hồng ngoại, nguyên tắc hoạt động cũng có thể khác nhau, nhưng chúng đều dựa trên việc sử dụng tia hồng ngoại để phát hiện sự hiện diện của vật thể trong phạm vi hoạt động của cảm biến.
Tham khảo các thiết bị cảm biến hồng ngoại:
- CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI 1000W, 120 ĐỘ, NGOÀI TRỜI SCHNEIDER CCT56P004
- CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG HỒNG NGOẠI WIFI MIR1-OD/W MPE
Ưu nhược điểm của cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống, sản xuất công nghiệp. Cụ thể có thể kể đến như: thiết bị chống trộm, cảm biến bật tắt đèn tự động, camera giám sát quay trong điều kiện thiếu sáng, cảm biến đóng mở cửa tự động, truyền tín hiệu bật tắt tự động… Ngoài ra, cảm biến hồng ngoại còn ứng dụng nhiều trong y học, quân sự, thiên văn và cả nghệ thuật.
Cảm biến hồng ngoại có những ưu điểm nổi bật như:
- Cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao trong xác định vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại trong không gian.
- Thiết kế cảm biến cho phép xác định khoảng cách chính xác của vật thể phát bức xạ hồng ngoại.
- Thiết kế và cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ.
Hạn chế của cảm biến hồng ngoại:
- Cảm biến hồng ngoại phụ thuộc nhiều vào điều kiện nhiệt độ môi trường. Với những môi trường có nhiệt độ
- cao, cảm biến sẽ hoạt động kém hiệu quả.
- Góc và phạm vi quét cảm biến hồng ngoại hạn chế, nhiều góc chết.
- Độ nhạy cao nên dễ nhầm lẫn khi phát hiện ra chuyển động.
Ứng dụng của cảm biến tia hồng ngoại trong thực tế
Ứng dụng của cảm biến tia hồng ngoại trong thực tế khá nhiều, có thể kể đến như:
Cảm biến hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau với các ứng dụng đa dạng như sau:
- An ninh: Cảm biến hồng ngoại được sử dụng để giám sát các khu vực như nhà kho, bãi đỗ xe, khu dân cư, tòa nhà và các khu vực công cộng. Các cảm biến này giúp giám sát và báo động khi phát hiện các chuyển động không mong muốn hoặc các đối tượng lạ xuất hiện trong khu vực giám sát.
- Điều khiển từ xa: Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các hệ thống điều khiển từ xa, cho phép người dùng điều khiển các thiết bị như TV, máy lạnh, đèn và các thiết bị gia dụng khác một cách dễ dàng.
- Trong y tế: Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các thiết bị y tế để đo nhiệt độ của cơ thể một cách chính xác và không tiếp xúc. Các thiết bị này thường được sử dụng để giám sát nhiệt độ của bệnh nhân trong các bệnh viện hoặc trong các khu vực đông người.
- Tự động hóa: Cảm biến hồng ngoại được sử dụng để giám sát các thiết bị và hệ thống trong các quá trình sản xuất. Các cảm biến này giúp điều khiển quá trình sản xuất một cách chính xác và hiệu quả hơn.
- Điều khiển ánh sáng: Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các hệ thống điều khiển ánh sáng để tự động điều chỉnh độ sáng của đèn dựa trên mức độ ánh sáng tự nhiên có mặt trong khu vực.
- Điều khiển nhiệt: Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các hệ thống điều khiển nhiệt để tự động điều chỉnh nhiệt độ của các thiết bị như lò nướng, máy giặt và các thiết bị gia dụng khác.
- Điều khiển robot: Cảm biến hồng ngoại được sử dụng để giúp các robot di chuyển và tránh các vật thể trong quá trình hoạt động.
Cách thiết lập cảm biến hổng ngoại
Cách thiết lập cảm biến hồng ngoại phụ thuộc vào mục đích sử dụng của nó. Tuy nhiên, đối với cảm biến hồng ngoại chủ động, việc thiết lập cơ bản nhất là điều chỉnh khoảng cách giữa bộ phát và bộ thu để đảm bảo rằng tín hiệu được phát ra có thể phản xạ lại đến bộ thu một cách chính xác.
Nếu sử dụng cảm biến hồng ngoại trong các ứng dụng cần đo khoảng cách, người dùng cần phải điều chỉnh độ nhạy của cảm biến để phù hợp với khoảng cách đo mong muốn. Ngoài ra, người dùng cũng cần thiết lập độ rộng và góc quét của cảm biến để đảm bảo bao phủ toàn bộ khu vực cần quan sát.
Đối với cảm biến hồng ngoại thụ động, không cần thiết phải thiết lập bộ phát và bộ thu, nhưng người dùng cần phải chắc chắn rằng cảm biến được đặt ở một vị trí phù hợp để thu nhận các tín hiệu hồng ngoại từ các nguồn khác nhau như ánh sáng mặt trời hoặc từ các vật thể trong môi trường xung quanh.
Việc thiết lập cảm biến hồng ngoại cũng liên quan đến việc lựa chọn các thiết bị điều khiển phù hợp để xử lý tín hiệu cảm biến và thực hiện các chức năng cần thiết như báo động, điều khiển, đo lường hoặc ghi nhận dữ liệu.
Một số lưu ý khi lắp đặt và sử dụng cảm biến hồng ngoại
Việc lắp đặt và sử dụng cảm biến hồng ngoại cần lưu ý một số điểm quan trọng sau:
- Vị trí lắp đặt: Cần đặt cảm biến ở vị trí phù hợp để đảm bảo quan sát được vùng cần giám sát. Tránh đặt ở những nơi có ánh sáng mạnh hoặc nhiễu từ điện/magnet gây ảnh hưởng đến chất lượng dữ liệu thu thập.
- Độ cao lắp đặt: Cần đặt cảm biến ở độ cao phù hợp với vùng cần giám sát, để đảm bảo cảm biến có thể phát hiện các vật thể cần giám sát và tránh các vật thể không cần thiết.
- Góc quan sát: Cần điều chỉnh góc quan sát sao cho phù hợp với mục đích sử dụng cảm biến.
- Điều kiện ánh sáng: Cảm biến hồng ngoại cần một mức độ ánh sáng đủ để hoạt động tốt. Tránh đặt cảm biến ở những nơi quá tối hoặc quá sáng.
- Kiểm tra thường xuyên: Nên kiểm tra cảm biến thường xuyên để đảm bảo hoạt động tốt và tránh sự cố xảy ra.
- Lưu ý về môi trường: Tránh đặt cảm biến ở những nơi có môi trường độc hại, ẩm ướt hoặc có nhiệt độ cao.
- Lựa chọn cảm biến phù hợp: Cần lựa chọn cảm biến phù hợp với mục đích sử dụng và môi trường lắp đặt để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của hệ thống giám sát.
Hiểu đặc điểm, bản chất của cảm biến hồng ngoại sẽ giúp bạn chọn mua và sử dụng linh kiện điện tử này một cách hiệu quả. Hy vọng thông tin mà NGUYENGIANG.VN trên đây sẽ giúp bạn đọc làm sáng tỏ về cảm biến ánh sáng hồng ngoại thường gặp.