Cảm biến quang là gì? Nguyên lý, Ứng dụng & Lợi ích

Cảm biến quang đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại, đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa và kiểm soát các thiết bị xung quanh ta. Trong số đó, cảm biến quang IR33 nổi lên như một giải pháp hiệu quả và phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ an ninh, công nghiệp đến đời sống hàng ngày. Vậy cảm biến quang IR33 là gì? Hãy cùng PTH VINA, đơn vị uy tín cung cấp các giải pháp tự động hóa, tìm hiểu chi tiết về loại cảm biến này trong bài viết dưới đây.

1. Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang, còn được gọi là cảm biến quang điện hay “mắt thần”, là một thiết bị điện tử sử dụng ánh sáng để phát hiện sự hiện diện, vắng mặt hoặc sự thay đổi của các vật thể.

2. Cấu tạo của cảm biến quang

Cảm biến quang, dù có nhiều loại và ứng dụng khác nhau, thường được cấu tạo từ 3 bộ phận chính:

2.1. Bộ phận phát sáng

Đây là “nguồn sáng” của cảm biến, thường là một diode phát quang (LED) phát ra ánh sáng hồng ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy.
Ánh sáng phát ra có thể là liên tục hoặc theo dạng xung, tùy thuộc vào loại cảm biến và ứng dụng.
Một số loại cảm biến cao cấp có thể sử dụng laser để tạo ra chùm sáng tập trung và chính xác hơn.

2.2. Bộ phận thu sáng

Bộ phận này có nhiệm vụ “nhìn” ánh sáng phát ra từ bộ phận phát và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện.
Linh kiện thường được sử dụng là photodiode, phototransistor hoặc mạch tích hợp quang (IC quang).
Bộ phận thu sáng được thiết kế để nhạy cảm với bước sóng ánh sáng cụ thể do bộ phận phát tạo ra.

2.3. Mạch xử lý tín hiệu đầu ra

Tín hiệu điện từ bộ phận thu sáng thường rất yếu, nên cần được khuếch đại và xử lý để tạo ra tín hiệu đầu ra mạnh mẽ và ổn định.
Mạch xử lý tín hiệu có thể bao gồm các bộ khuếch đại, bộ lọc, bộ so sánh và các mạch logic khác.
Nhiệm vụ của mạch xử lý là phân tích tín hiệu thu được, xác định sự hiện diện hoặc vắng mặt của vật thể, và tạo ra tín hiệu đầu ra dạng số hoặc tương tự để điều khiển các thiết bị khác.

Ngoài 3 bộ phận chính trên, một số cảm biến quang còn có thêm các thành phần phụ trợ khác như:

Thấu kính: Tập trung ánh sáng từ bộ phận phát hoặc thu sáng.
Gương phản xạ: Sử dụng trong cảm biến phản xạ để hướng ánh sáng về phía bộ thu.
Vỏ bảo vệ: Bảo vệ các linh kiện bên trong khỏi bụi bẩn, nước và các tác động từ môi trường.

3. Các loại cảm biến quang phổ biến

Cảm biến quang loại chùm sáng: Bộ phát và bộ thu được đặt đối diện nhau. Khi có vật thể đi qua giữa chúng, chùm sáng bị chặn và cảm biến phát hiện sự thay đổi.
Cảm biến quang loại phản xạ: Bộ phát và bộ thu được đặt cạnh nhau. Ánh sáng từ bộ phát được phản xạ bởi vật thể và quay trở lại bộ thu. Khi có vật thể, cường độ ánh sáng phản xạ thay đổi và cảm biến phát hiện sự hiện diện của vật thể.
Cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán: Bộ phát và bộ thu được đặt cạnh nhau. Ánh sáng từ bộ phát được khuếch tán bởi vật thể và một phần ánh sáng quay trở lại bộ thu. Cảm biến phát hiện sự thay đổi cường độ ánh sáng phản xạ để xác định sự hiện diện của vật thể.

4. Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang

Cảm biến quang hoạt động dựa trên nguyên tắc phát hiện sự thay đổi cường độ ánh sáng. Chúng thường bao gồm một bộ phát ánh sáng (thường là đèn LED) và một bộ thu ánh sáng (thường là phototransistor). Khi có vật thể đi qua giữa bộ phát và bộ thu, ánh sáng bị chặn hoặc phản xạ, làm thay đổi cường độ ánh sáng đến bộ thu. Sự thay đổi này được chuyển đổi thành tín hiệu điện để xử lý và điều khiển các thiết bị khác.

5. Ứng dụng của cảm biến quang

Cảm biến quang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:

Tự động hóa công nghiệp: Đếm sản phẩm, kiểm tra chất lượng, phát hiện vật cản, điều khiển băng tải.
An ninh: Hệ thống báo động, kiểm soát cửa tự động, phát hiện chuyển động.
Giao thông: Đèn giao thông, hệ thống đỗ xe tự động.
Điện tử tiêu dùng: Máy in, máy photocopy, điện thoại di động.
Y tế: Máy đo nhịp tim, máy đo nồng độ oxy trong máu.