Cảm biến hồng ngoại là gì? Nguồn gốc
Cảm biến tia hồng ngoại hay còn gọi là cảm biến IR
Khái niệm
Cảm biến hồng ngoại hay vẫn thường gọi là IR Sensor. Đây là một loại thiết bị điện tử có khả năng đó và phát hiện bức xạ hồng ngoại ở môi trường xung quanh. Hồng ngoại có tên tiếng anh là Passive Infrared, được viết tắt là PIR. Dịch sát nghĩa thì Passive Infrared có nghĩa là hồng ngoại thụ động.
IR Sensor phát ra những tia vô hình đối với mắt con người. Điều này xảy ra là vì bước sống của nó dài hơn so với ánh sáng khả kiến. Mặc dù nó vẫn ở trên cùng một phổ điện từ. Những thứ phát ra nhiệt (nhiệt độ trên 5 độ kelvin) đều có thể phát ra bức xạ hồng ngoại.
Hồng ngoại hay còn thường được gọi là tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng và ngắn hơn so với tia bức xạ vi ba. Hồng ngoại nghĩa là ngoài bức sóng màu đỏ. Màu đỏ chính là màu có bước sóng dài nhất trong các loại ảnh sáng thường. Thông thường, những vật thể có nhiệt độ trên 35 độ C thì sẽ phát ra bước sóng hồng ngoại.
Nguồn gốc
Bức xạ hồng ngoại được nhà thiên văn học William Herschel
Bức xạ hồng ngoại đã vô tình được phát hiện ra bởi một nhà thiên văn học. Ông ấy có tên là William Herschel và ông phát hiện ra cảm biến tia hồng ngoại vào năm 1800. Trong khi đang đo nhiệt độ của từng màu ánh sáng (cách nhau bởi một lăng kính) thì ông nhận thấy rằng nhiệt độ vượt ra ngoài ánh sáng đỏ là cao nhất.
Nguồn năng lượng này vô hình đối với mắt của con người. Và rồi ông đã đặt tên cho vùng năng lượng vô hình này là tia hoặc sóng hồng ngoại (Infrared Radio).
Nguyên lý cảm biến hồng ngoại hoạt động như thế nào?
Nguyên lý hoạt động của cảm biến IR
Cảm biến hồng ngoại hoạt động được là nhờ vào một cảm biến ánh sáng cụ thể để phát hiện bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại(IR).
Bằng cách sử dụng đèn Led để tạo ra được ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến đang tìm kiếm, bạn có thể xem cường độ ánh sáng được thu về. Khi một vật ở gần cảm biến thì ánh sáng từ đèn Led bật ra khỏi vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng. Điều này dẫn đến một bước nhảy lớn về cường độ, chúng ta đã biết có thể được phát hiện bằng cách sử dụng một ngưỡng.
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.
Cảm biến IR trong đèn Led
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 chúng không bao gồm máy phát. 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.
Máy đo nhiệt độ là một ví dụ điển hình cho cảm biến IR thụ động
Các ví dụ điển hình nhất của cảm biến này là máy dò nhiệt độ, máy đo tia, cặp nhiệt điện, =… 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.
Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến IR
Ưu điểm
Những ưu điểm của cảm biến hồng ngoại bao gồm những điều sau:
- Nó sử dụng ít năng lượng hơn
- Có thể phát hiện chuyển động khi có hoặc không có ánh sáng với độ tin cậy tương đương.
- 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
Cảm biến IR có ưu và nhược điểm gì?
Nhược điểm
Những nhược điểm của cảm biến IR bao gồm những điều 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
Các ứng dụng của cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các dự án và cả trong các thiết bị điện tử khác nhau. Chi tiết dưới đây:
Thiết bị nhìn ban đêm
Ứng dụng của hồng ngoại cho các thiết bị nhìn ban 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. Những thiết bị nhìn vào ban đêm chuyển đổi các photon ánh sáng xung quanh thành các điện tử. Sau đó sẽ khuếch đại chúng bằng một quá trình hóa học trước khi chuyển đổi chúng trở lại thành ánh sáng nhìn thấy.
Nhiệt kế bức xạ
Các loại nhiệt kế bức xạ hồng ngoại
IR Sensor sử dụng trong nhiệt kế bức xạ để đo nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ và chất liệu của vật thể. Những loại nhiệt kế này có một số tính năng sau:
- Là một phương pháp 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 được gọi là hệ thống dẫn đường bằng tia hồng ngoại. Đây là một hệ thống dẫn đường tên lửa hoạt động bằng cách sử dụng bức xạ điện từ hồng ngoại phát ra để theo dõi mục tiêu.
Thiết bị hình ảnh IR
Cảm biến hồng ngoại được ứng dụng để làm camera hồng ngoại
Thiết bị hình ảnh IR là một trong số ứng dụng chính của sóng IR, chủ yếu nhờ đặc tính của nó là không thể nhìn thấy được. Nó sử dụng cho máy chụp ảnh nhiệt, thiết bị nhìn ban đêm, camera v.v…
Cảm biến hồng ngoại giúp bật tắt đèn một cách tự động
Bật tắt đèn một cách tự động nhờ cảm biến tia hồng ngoại
Với chức năng tự động bật đèn khi có người bước vào thì cảm biến hồng ngoại tự động đèn sẽ sáng lên. Và khi có người di chuyển đến đâu thì đèn sẽ sáng đến đó. Vì thế mà ở các không gian lắp đặt thiết bị cảm biến IR ở những vị trí như: bật đèn chiếu sáng lối đi của hành lang hoặc nhà vệ sinh sẽ giúp cho các không gian đó được chiếu sáng đúng lúc và tắt tự động khi không còn sử dụng.
Các lĩnh vực ứng dụng khác
Các lĩnh vực ứng dụng khác sử dụng cảm biến hồng ngoại gồm có:
- 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
Những lưu ý khi dùng cảm biến tia hồng ngoại
Một số lưu ý khi dùng cảm biến tia hồng ngoại
- Không hướng mắt cảm biến hồng ngoại về phía giàn nóng của máy lạnh. Vì giàn nóng máy lạnh khi hoạt động thường phát ra nhiệt độ cao, tia bức xạ hồng ngoại của nó phát ra sẽ gây nhiễu cảm biến, khiến nó hoạt động không được chính xác.
- Không hướng mắt sensor về phía cửa sổ có rèm che để tránh bị báo động giả. Khi cửa sổ mở, nhiều nguồn nhiệt xâm nhập rèm che gặp gió sẽ gây nhiễu cảm biến vi sóng.
- Không lắp đặt thiết bị cảm biến PIR dùng trong nhà cho ngoài trời. Vì cảm biến PIR loại trong nhà không có tính năng chịu nắng mưa,… Nếu để ngoài trời dù không trực tiếp gặp mưa nắng, nó cũng dần dễ bị hỏng dần chất liệu vỏ, lăng kính fresnel, khiến chức năng hoạt động bị kém dần đi.
- Không hướng trực tiếp mắt sensor về nơi nhiều ánh nắng mặt trời. Tia mặt trời có nhiều bức xạ hồng ngoại, khiến cho sensor bị nhiễu, hồng ngoại bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao.
- Không nên đặt thiết bị sensor ở gần dây điện nguồn cao áp bởi vì cảm biến IR là một thiết bị điện tử, hoạt động ở điện áp thấp.
- Không nên hướng mắt sensor ra phía cổng sát đường đi để tránh gây báo động giả không đáng (do người khác đi bộ hoặc chạy bộ ngang qua cổng). Sensor sẽ có thể nhầm lẫn với việc có người đột nhập.
Hy vọng bài viết này giúp bạn hiểu rõ về khái niệm và nguyên lý cảm biến hồng ngoại cũng như ứng dụng của nó. Các bạn hãy truy cập vào chuthapdoquangninh.org.vn mỗi ngày để cập nhật thêm nhiều tin tức thú vị khác nhé!
Xem thêm:
- Cuộn cảm là gì? Cấu tạo và ứng dụng của cuộn cảm
- Công suất tiêu thụ – công suất hao phí là gì?
- Sự khác nhau giữa dòng điện 1 pha và dòng điện 3 pha
- Dòng điện xoay chiều là gì? Ứng dụng của dòng điện xoay chiều
- Cường độ dòng điện là gì? công thức tính cường độ dòng điện
