Cảm biến hồng ngoại là gì? Phân loại, nguyên lý và ứng dụng
Trong thời đại 4.0, công nghệ cảm biến hồng ngoại đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ an ninh đến tự động hóa. Vậy cảm biến hồng ngoại là gì và hoạt động như thế nào?
Cảm biến hồng ngoại là gì?
Cảm biến hồng ngoại là gì?
Cảm biến hồng ngoại hay còn gọi là IR sensor, là một thiết bị điện tử có chức năng phát hiện và đo lường bức xạ hồng ngoại (IR) từ các vật thể.
Hoạt động của cảm biến dựa trên nguyên lý thu nhận và phân tích bức xạ nhiệt hoặc ánh sáng hồng ngoại mà vật thể phát ra, qua đó xác định các thông tin như nhiệt độ, khoảng cách, hoặc chuyển động từ xa. Nhờ khả năng này, cảm biến hồng ngoại đã được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp và nhiều thiết bị phục vụ đời sống hàng ngày.
Phân loại cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại chủ động (Active Infrared Sensor)
Thiết bị hoạt động bằng cách sử dụng một nguồn phát tia hồng ngoại kết hợp với một bộ thu. Khi được kích hoạt, nó phát ra tia hồng ngoại và thu nhận tín hiệu phản xạ từ vật thể, giúp xác định sự hiện diện hoặc khoảng cách của vật. Loại cảm biến này thường được ứng dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật, như robot hoặc cửa tự động.
Cảm biến hồng ngoại chủ động (Active Infrared Sensor)
Cảm biến hồng ngoại thụ động (Passive Infrared Sensor – PIR)
Thiết bị không phát tia hồng ngoại mà chỉ thu nhận bức xạ hồng ngoại từ các vật thể xung quanh. Khi một vật thể có nhiệt độ khác biệt so với môi trường di chuyển trong phạm vi của cảm biến, sự thay đổi bức xạ hồng ngoại sẽ được ghi nhận. Cảm biến PIR được sử dụng phổ biến trong các hệ thống an ninh và phát hiện chuyển động.
Cảm biến hồng ngoại thụ động (Passive Infrared Sensor – PIR)
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại được cấu tạo từ ba thành phần chính:
- Nguồn phát tia hồng ngoại: Tùy thuộc vào loại cảm biến, nguồn phát có thể là LED hồng ngoại hoặc Laser hồng ngoại, đảm bảo tạo ra bức xạ hồng ngoại cần thiết.
- Bộ thu hồng ngoại: Phần này được thiết kế tùy theo ứng dụng cụ thể, với các tùy chọn như Photodiode hồng ngoại, Phototransistor, Thermopile, hoặc Bolometer để thu nhận bức xạ hồng ngoại.
- Bộ xử lý tín hiệu: Bao gồm các thành phần như bộ khuếch đại, bộ lọc và vi mạch xử lý, cùng vi mạch điều khiển. Chức năng chính của nó là phân tích và xử lý tín hiệu đầu vào, sau đó xuất tín hiệu đầu ra phù hợp để kết nối với các thiết bị khác.
Ngoài các thành phần chính, cảm biến hồng ngoại còn được tích hợp thêm các linh kiện hỗ trợ như vỏ bảo vệ, ống kính hội tụ tia hồng ngoại, điện trở, dây dẫn, và các linh kiện khác để đảm bảo hoạt động hiệu quả và độ bền cao.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên lý phát và thu tia hồng ngoại, tương tự như cách cảm biến laser hoạt động với ánh sáng laser. Dưới đây là chi tiết nguyên lý hoạt động của hai loại cảm biến hồng ngoại phổ biến:
Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại chủ động (Active Infrared Sensor)
Nguyên lý cơ bản
- Cảm biến chủ động phát ra tia hồng ngoại từ nguồn phát (LED hoặc laser) vào không gian xung quanh.
- Khi có vật thể xuất hiện trong phạm vi hoạt động, tia hồng ngoại sẽ phản xạ lại từ bề mặt vật thể.
Quá trình hoạt động
- Bộ thu hồng ngoại nhận tia phản xạ từ vật thể.
- Tín hiệu phản xạ này được chuyển đổi thành tín hiệu điện.
- Tín hiệu điện được khuếch đại và xử lý để đo lường hoặc xác định thông số như khoảng cách, kích thước vật thể.
Quá trình hoạt động của cảm biến hồng ngoại chủ động
Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại thụ động (Passive Infrared Sensor – PIR)
Nguyên lý cơ bản
- Cảm biến PIR không phát ra tia hồng ngoại mà chỉ nhận bức xạ nhiệt từ các vật thể trong môi trường.
- Bức xạ nhiệt này phụ thuộc vào nhiệt độ của vật thể so với môi trường xung quanh.
Nguyên lý hoạt động PIR
Quá trình hoạt động
- Khi một vật thể có nhiệt độ khác biệt di chuyển qua vùng cảm biến, mức năng lượng bức xạ hồng ngoại mà cảm biến nhận được sẽ thay đổi.
- Sự thay đổi này tạo ra một tín hiệu điện.
- Tín hiệu điện được khuếch đại và xử lý để phát hiện sự hiện diện hoặc chuyển động của vật thể.
Điểm khác biệt chính
- Cảm biến chủ động: Phụ thuộc vào việc phát và nhận tín hiệu phản xạ từ tia hồng ngoại.
- Cảm biến thụ động: Chỉ ghi nhận bức xạ nhiệt tự nhiên từ vật thể, không cần nguồn phát.
Ưu và nhược điểm của cảm biến hồng ngoại là gì?
Giống
3.750.0005.200.000
990.0001.650.000
Sản phẩm nổi bật.
Bộ lưu điện cho hệ thống 8 camera TORA CCTV-800M
Máy bộ đàm cầm tay SFE ST50
