Có nhiều loại cảm biến, trong đó có cảm biến hồng ngoại. Nó có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống. Tuy nhiên, có lẽ nhiều bạn chưa biết nhiều về cảm ứng hồng ngoại, nó là gì? Nguyên tắc hoạt động của nó là gì? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về bản chất của cảm biến, chúng ta cùng xem nhé:
Cảm biến hồng ngoại là gì?
Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor/Infrared Sensor) được hiểu là thiết bị tự động hoạt động theo nguyên lý điện tử điện dung, có chức năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại. Bức xạ hồng ngoại là nguồn sáng mà mắt người không nhìn thấy được.
Vì bước sóng hồng ngoại rộng hơn ánh sáng nhìn thấy. Khi một vật thể phát ra nhiệt độ trên 5 độ C, nó sẽ phát ra bước sóng hồng ngoại.
Cấu tạo của cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên tắc phát hiện ánh sáng. Vì vậy, cấu trúc của cảm biến hồng ngoại sẽ tương tự như cảm biến ánh sáng.
Cấu trúc của cảm biến hồng ngoại như sau:
- Đèn LED hồng ngoại: Đây là thiết bị được phát ra từ nguồn ánh sáng hồng ngoại
- Đầu dò hồng ngoại: thiết bị nhận tín hiệu và phát hiện bức xạ hồng ngoại phản xạ
- Điện trở: Một thiết bị truyền quá nhiều dòng điện qua đèn LED, khiến hệ thống bị chập điện.
- Dây điện: tác dụng chính là kết nối các chi tiết tạo cảm biến ổn định
Sơ đồ mạch IR Sensor
Đèn LED phát hồng ngoại luôn phát ra sóng ánh sáng có bước sóng hồng ngoại. Đèn LED nhận thông thường có điện trở trong lớn. Khi đèn LED nhận đủ tia hồng ngoại thì điện trở trong giảm xuống.
Nếu có chướng ngại vật phía trước, chùm tia hồng ngoại chạm vào chướng ngại vật và phản xạ trở lại đèn LED của máy thu, làm thay đổi giá trị của điện trở trong và dẫn đến thay đổi mức điện áp ở phía đầu vào của op-amp. Khoảng cách càng gần thì sự thay đổi càng lớn. Và sau đó, điện áp đầu vào không đảo được đánh giá với giá trị điện áp không đổi trên điện trở R3.
Nếu giá trị điện áp đầu vào không đảo lớn hơn đầu vào đảo, op-amp sẽ xuất ra 1. Nếu điện áp đầu vào không đảo nhỏ hơn đầu vào đảo, op-amp sẽ xuất ra 0. Khi đó, điện trở R1, R2, R4 sẽ được sử dụng để đảm bảo dòng điện mA tối thiểu đi qua các thiết bị IR LED như điốt quang và đèn LED thông thường. Biến trở R3 sẽ được sử dụng để điều chỉnh độ nhạy của mạch.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại không quá phức tạp và có thể hiểu đơn giản như sau: Bất kỳ vật thể nào cũng có thể phát ra ít nhiều bức xạ hồng ngoại.
Vì vậy, khi có người hoặc vật lạ đi qua phía trước cảm biến sẽ xuất hiện tín hiệu. Và tín hiệu này sẽ được cảm biến tiếp nhận và sẽ cho phép mạch xử lý tạo ra các hiệu ứng điều khiển hoặc báo động nếu cần thiết.
Ứng dụng
Dưới đây là những ứng dụng nổi bật của cảm biến hồng ngoại:
-
Tự động bật và tắt đèn
Cảm biến hồng ngoại kết nối với đèn để tự động bật tắt khi phát hiện chuyển động hoặc sóng hồng ngoại phát ra từ con người. Nó sẽ rất thuận tiện và tiết kiệm năng lượng.
Nơi đặt cảm biến hồng ngoại thường là hành lang để chiếu sáng lối đi, cửa ra vào hoặc phòng tắm.
-
Cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm
Khi có vật lạ xâm nhập vào nhà qua hàng rào hoặc ban công, cảm biến hồng ngoại sẽ phát hiện và kết nối với âm thanh để phát ra tín hiệu âm thanh, nhắc nhở gia chủ phải đề phòng và có biện pháp xử lý kịp thời.
-
Giúp mở cửa tự động
Nếu bạn đến trung tâm mua sắm, cảm biến hồng ngoại sẽ được đặt phía trên để phát hiện chuyển động của đồ vật, sau đó sẽ tự động đóng mở tương ứng. Và nó được ứng dụng rộng rãi tại các trung tâm hay văn phòng, vừa thiết thực vừa thông minh.
-
Giúp truyền lệnh điều khiển
Tia hồng ngoại đã được sử dụng trong điều khiển từ xa của tivi và điều hòa không khí để điều khiển từ xa. Tuy nhiên, hiện nay với việc tích hợp cảm biến hồng ngoại trên các thiết bị, điện thoại có thể phát ra tia hồng ngoại, bạn có thể sử dụng smartphone để điều khiển vật thể.
-
Cảm biến hồng ngoại giúp sáng tạo thiết bị nhìn đêm
Dựa trên nguyên lý chuyển đổi photon từ ánh sáng xung quanh thành electron rồi khuếch đại chúng bằng hóa chất, chúng ta sẽ tạo ra một thiết bị giúp chúng ta nhìn thấy trong môi trường không có ánh sáng. Nó thường được áp dụng chủ yếu trong lĩnh vực quân sự và cảnh sát.
-
Ứng dụng trong thiên văn
Trong thiên văn học, cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong việc chế tạo kính thiên văn, hệ thống cảm biến và máy dò trạng thái rắn. Sau đó, các vật thể phát ra nhiệt hoặc tia hồng ngoại sẽ được phát hiện bằng kính, giúp các nhà thiên văn học quan sát các vật thể trong vũ trụ rộng lớn.
-
Áp dụng vào nghệ thuật xử lý và phục hồi ảnh
Các nhà nghiên cứu sử dụng phản xạ hồng ngoại để phân tích và nghiên cứu các lớp ẩn giấu của bức tranh nghệ thuật. Về chất liệu và độ tuổi, phản xạ tia hồng ngoại được sử dụng để phát hiện và từ đó xác định bức tranh là thật hay giả.
-
Ứng dụng trong một số lĩnh vực quan trọng khác
Ngoài ra, cảm biến còn có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác như:
- Khí hậu học
- điều chế quang học
- Khí tượng học
- Máy dò khí
- Phân tích nước
- Xét nghiệm gây mê
- Phân tích độ ẩm
- Thăm dò dầu khí
- Phân tích khí
- An toàn đường sắt
Có bao nhiêu loại cảm biến?
Hiện nay, cảm biến hồng ngoại được chia làm 2 loại:
Cảm biến hồng ngoại chủ động
Nó bao gồm một diode phát sáng (LED) và một bộ 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 trở lại vật thể để người nhận có thể nhìn thấy. Nó thường được sử dụng cho các hệ thống phát hiện chướng ngại vật như robot.
Cảm biến hồng ngoại thụ động
Đây là thiết bị không thể phát ra bức xạ hồng ngoại mà chỉ có thể phát ra bức xạ từ các vật thể khác như con người, động vật hay nguồn nhiệt. Cảm biến thụ động sẽ phát hiện vật thể phát ra tia hồng ngoại và chuyển tín hiệu thành chuông báo động. Vì thế nó được gọi là thụ động và chỉ có thể phát hiện chứ không phát ra tia hồng ngoại.
Cảm biến hồng ngoại có tốt không?
Cảm biến hồng ngoại được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống và sản xuất công nghiệp. Có thể kể đến các thiết bị chống trộm, cảm biến tự động bật tắt, camera giám sát ghi hình trong điều kiện ánh sáng yếu, cảm biến đóng mở cửa tự động, truyền tín hiệu tự động bật tắt… Và cũng có cảm biến hồng ngoại, được sử dụng rộng rãi trong y học, quân sự . , thiên văn học và nghệ thuật.
Ưu điểm
Cảm biến có những ưu điểm sau:
- Độ nhạy cao để xác định các vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại trong không gian
- Thiết kế cảm biến giúp xác định chính xác khoảng cách tới vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại
- Thiết kế và cấu trúc đơn giản, giá thấp
Nhược điểm
Tuy nhiên, cảm biến hồng ngoại cũng có một số nhược điểm:
- Phần lớn phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ môi trường. Trong môi trường nhiệt độ cao, cảm biến sẽ hoạt động kém hiệu quả
- Góc và phạm vi quét của cảm biến hồng ngoại còn hạn chế, nhiều góc chết
Do độ nhạy cao nên thường bị nhầm lẫn khi phát hiện chuyển động
Cần lưu ý gì khi mua cảm biến hồng ngoại?
Để mua được cảm biến hồng ngoại hiệu quả, bạn phải đảm bảo chọn được địa chỉ phân phối uy tín để đảm bảo chất lượng sử dụng. Hãy chú ý xem hệ thống, hạn chế kỹ thuật và môi trường hoạt động của cảm biến có phù hợp hay không.
Khi chọn mua cảm biến bạn nên kiểm tra xem các giấy chứng nhận CO, QC có đảm bảo hàng chính hãng, đảm bảo chất lượng hay không. Để sử dụng an toàn, bền bỉ và hiệu quả.
Cách lắp đặt công tắc cảm biến hồng ngoại
Việc lắp đặt công tắc cảm ứng hồng ngoại rất đơn giản, không quá phức tạp. Chỉ cần thêm một công tắc cảm biến và bộ điều khiển được kết nối với thiết bị điện trong nhà.
Có 2 cách kết nối nguồn điện của cảm biến hồng ngoại:
- Sử dụng nguồn điện DC 5V để cấp nguồn cho các thiết bị thông qua cổng micro USB ở cạnh bên sản phẩm. Thường được áp dụng cho các thiết bị để bàn thực tế.
- Với nguồn điện xoay chiều 220V, mở nắp nhựa bên dưới thiết bị và cắm vào đường dây điện. Nó thường được sử dụng cho một công tắc cảm biến gắn trên trần nhà.
Cách lắp đặt IR Sensor bật tắt 1 bóng đèn
Cảm biến chỉ thu được trong phạm vi khoảng 10m và cũng có loại chỉ thu được trong phạm vi 3m hoặc khi vùng cảm biến bị chia làm nhiều phân vùng hoặc chứa nhiều vật dụng thì cần phải sử dụng nhiều cảm biến.
- Cần xác định và phân chia các vùng nhiệm vụ của cảm biến. Nếu có nhiều khu vực cần tự động bật tắt đèn thì cần càng nhiều cảm biến càng tốt.
- Dây nguồn sẽ được dẫn tới các vị trí lắp đặt công tắc cảm biến. Khoan và cố định đế cảm biến. Sau đó kết nối nguồn điện với cảm biến.
- Kết nối đầu ra cảm biến và kết nối với bóng đèn. Bật tắt đánh lửa bằng cảm biến rồi nối các đèn pha lạnh để nối chúng lại với nhau.
Cảm biến hồng ngoại đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực và vô cùng cần thiết. Mang lại nhiều lợi ích tích cực cho cuộc sống nên được sử dụng rộng rãi. Trên đây các bạn sẽ tìm thấy những thông tin về cảm biến hồng ngoại, cấu tạo và ứng dụng của nó trong đời sống, sản xuất. Hi vọng với những thông tin trên các bạn sẽ hiểu rõ hơn về đặc tính của cảm biến hồng ngoại.
