Điện - Điện tử - Chương 3: Cảm biến quang học

Nội dung text: Điện - Điện tử - Chương 3: Cảm biến quang học

1. Chương 3 CẢM BIẾN QUANG HỌC 3.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ÁNH SÁNG Ánh sáng có 2 tính chất cơ bản là sóng và hạt. Dạng sóng ánh sáng là sóng điện từ phát ra khi có sự chuyển điện tử giữa các mức năng lượng của nguyên tử nguồn sáng. Các sóng này có vận tốc truyền đi trong chân không là c c = 299792 km/s, trong môi trường vật chất là: v = (n: chiết suất của môi trường) n v Tần số g và bước sóng l của ánh sáng liên hệ với nhau qua biểu thức: l = trong g c chân không l = g Phổ ánh sáng được biểu diễn như hình 3.1: Hình 3.1 Tính chất hạt thể hiện qua sự tương tác của nó với vật chất. Ánh sáng bao gồm các hạt photon mang năng lượng Wf phụ thuộc duy nhất vào tần số. -24 Wf = hg (h = 6,6256.10 Js: hằng số Planck) Các đại lượng quang học: § Thông lượng: oat (W) § Cường độ: oat/steradian (W/Sr) § Độ chói: (W/Sr.m2) § Năng lượng: J Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 27
2. Trong vật chất, các điện tử liên kết trong nguyên tử có xu hướng muốn được giải phóng khỏi nguyên tử để trở thành điện tử tự do. Muốn giải phóng các điện tử khỏi nguyên tử cần cung cấp cho nó năng lượng bằng với năng lượng liên kết Wl. Khi một photon được hấp thu sẽ có một điện tử e được giải phóng nếu Wϕ ≥We. Bước sóng sóng lớn nhất của ánh sáng có thể gây nên hiện tượng giải phóng điện tử được h.c 1,237 tính từ biểu thức: lmax = = We W1(ev) ev: đơn vị đo năng lượng điện tích. Nói chung, loại điện tích được giải phóng do chiếu sáng phụ thuộc vào bản chất vật liệu bị chiếu sáng. Khi chiếu sáng vào chất điện môi và bán dẫn tinh khiết, các điện tích được giải phóng là cặp điện tử và lỗ trống. Với bán dẫn pha tạp khi bị chiếu sáng nó sẽ giải phóng điện tử hoặc lỗ trống tùy thuộc vào chất pha tạp. Hiện tượng giải phóng các hạt dẫn dưới tác dụng của ánh sáng do hiệu ứng quang điện sẽ gây nên sự thay đổi tính chất của vật liệu. Đó là nguyên lý cơ bản của cảm biến quang. 3.2 CÁC ĐƠN VỊ ĐO QUANG 3.2.1 Các đơn vị đo năng lượng Năng lượng bức xạ Q: là năng lượng phát xạ, lan truyền hoặc hấp thu dưới dạng bức xạ và được đo bắng Jun (J) Quang thông ϕ: là công suất phát xạ, lan truyền hoặc hấp thụ, đo bằng oat (W) là đại lượng đặc trưng cho nguồn sáng. dQ F = dt Cường độ sáng i: là quang thông phát ra theo một hướng dưới một đơn vị góc khối, có đơn vị là W/steradian dQ i = dW Độ chói năng lượng L: là tỉ số giữa cường độ ánh sáng phát ra bởi một phần tử bề mặt dI theo một hướng xác định và diện tích hình chiếu vuông góc của phần tử bề mặt dAn; có đơn vị là W/steradian.m2 dI L = dAn Độ rọi E: là tỉ số giữa quang thông thu được bởi một phần tử bề mặt và diện tích của phần tử đó; có đơn vị là W/m2 dF E = dA 3.2.2 Đơn vị đo thị giác Mắt người cảm nhận được ánh sáng có phổ từ 0,38um đến 0,76um với độ nhạy phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng. Độ nhạy của mắt cực đại ở bước sóng l = 0,555mm và giảm về hai phía hình 3.2 Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 28
3. Hình 3.2 Các đơn vị đo quang cơ bản Đơn vị thị giác Đơn vị năng lượng Thông lượng Lumen (lm) Oat (W) Cường độ Candela (cd) Oat/sr (W/Sr) Độ chói Candela/m2 (cd/m2) Oat/sr.m2 (W/Sr.m2) Độ rọi Lumen/m2 (lux) W/m2 Năng lượng Lumen.sex (lm.s) Jun (J) 3.2.3 Nguồn sáng Nguồn sáng quyết định mọi đặc tính của bức xạ. Việc sử dụng các chuyển đổi quang chỉ hiệu quả khi phù hợp với bức xạ ánh sáng (phổ, thông lượng, tần số). Đèn sợi đốt vonfram: gồm một sợi vonfram đặt trong bóng thủy tinh có chứa khí halogen để giảm bay hơi sợi đốt. Ưu điểm dải phổ rộng nhưng hiệu suất phát quang thấp, quán tính nhiệt lớn, tuổi thọ và độ bền cơ học thấp. Diode phát quang: (Ligh-Emitting-Diode: LED) là nguồn sáng bán dẫn trong đó năng lượng giải phóng do tái hợp điện tử-lỗ trống chuyển tiếp P-N làm phát sinh các photon. Đặc điểm: thời gian hồi đáp nhỏ cỡ ns, có khả năng biến điệu tần số cao. Phổ ánh sáng hoàn toàn xác định, độ tin cậy cao. Tuổi thọ cao, kích thước nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp. Quang thông tương đối nhỏ và nhạy với nhiệt độ là nhược điểm hạn chế phạm vi sử dụng của đèn. Laser (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation): Laser là nguồn sáng rất đơn sắc, độ chói lớn, rất định hướng và đặc biệt là tính liên kết mạnh (cùng phân cực, cùng pha). Đối với những nguồn sáng khác, bức xạ phát ra là sự chồng chéo của rất nhiều sóng thành phần có phân cực và pha khác nhau. Trong trường hợp tia laser, tất cả các bức xạ cấu thành đều cùng pha cùng phân cực và bởi vậy khi chồng chéo lên nhau chúng tạo thành một sóng duy nhất và rất xác định. Đặc điểm chính của laser là có bước sóng đơn sắc hoàn toàn xác định, quang thông lớn, có khả năng nhận được chùm tia rất mảnh với độ định hướng cao, truyền đi khoảng cách rất lớn. Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 29
4. 3.3 CẢM BIẾN QUANG ĐIỆN Cảm biến quang được sử dụng để chuyển thông tin ánh sáng nhìn thấy được hoặc tia hồng ngoại IR (Infrared) và tia tử ngoại UV (Ultra Violet) thành tín hiệu điện. Phổ của ánh sáng được biểu diễn như sau: Color Violet Blue Green Yellow Orange Red l(nm) 400-450 450-500 500-550 550-600 600-650 650-700 Tín hiệu ngõ ra của cảm biến quang tỷ lệ với cường độ ánh sáng. Một vài cảm biến quang tích hợp ngay cả phát và thu ánh sáng. Cảm biến quang có thể phân thành cảm biến quang học, cảm biến hồng ngoại, cảm biến laser tùy thuộc vào chiều dài bước sóng của năng lượng ánh sáng được tối ưu hoá. 3.3.1 Tế bào quang dẫn Tế bào quang dẫn là một loại cảm biến quang có độ nhạy cao. Đặc trưng của tế bào quang dẫn là sự phụ thuộc điện trở vào thông lượng và phổ của bức xạ. Cơ sở vật lý của tế bào quang dẫn là hiện tượng giải phóng hạt dẫn điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn điện của vật liệu. Vật liệu chế tạo: thường được chế tạo từ các bán dẫn đa tinh thể đồng nhất hoặc đơn tinh thể, bán dẫn riêng hoặc pha tạp. Vùng phổ làm việc một số tạp chất như hình 3.3 · Đa tinh thể: CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe · Đơn tinh thể: Ge, Si tinh khiết hoặc pha tạp Au, Cu, Sb, In, SbIn, AsIn, PIn, CdHgTe. Hình 3.3 Các tính chất cơ bản của cảm biến quang dẫn: Điện trở tối RCO: Phụ thuộc vào hình dạng, kích thước, nhiệt độ và bản chất lý hóa của vật liệu. Khi chiếu sáng RCO giảm rất nhanh, quan hệ điện trở và độ sáng là phi tuyến. Hình 3.4 Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 30
5. Hình 3.4 4 5 o Ví dụ: PbS, CdS, CdSe có RCO rất lớn: từ 10 Ω đến 10 Ω ở 25 C. 3 o SbIn, AbSn, CdHgTe có RCO rất nhỏ: 10Ω – 10 Ω ở 25 C. DI Độ nhạy: Định nghĩa theo biểu thức: SAW()(/)l = Df() l I: dòng quang điện chạy qua tế bào quang dẫn (A) f : thông lượng ánh sáng (W) Ví dụ khi đặt vào điện áp U = 10V, diện tích bề mặt tế bào bằng 1cm2, độ nhạy phổ có giá trị nằm trong khoảng 0,1 ¸ 10 A/W. Nhược điểm của tế bào quang dẫn: đặc tính điện trở - độ rọi là phi tuyến. Thời gian đáp ứng tương đối lớn. Các thông số không ổn định (lão hóa). Độ nhạy phụ thuộc vào nhiệt độ, một số loại đòi hỏi phải làm nguội. Ứng dụng: Trong thực tế các tế bào quang dẫn thường được ứng dụng trong hai trường hợp: · Điều khiển relay hình 3.5 · Thu tín hiệu quang: tế bào quang điện có thể được sử dụng để biến đổi xung quang thành xung điện. Người ta ứng dụng mạch đo kiểu này để đếm vật, đo tốc độ quay đĩa. a) b) Hình 3.5: Minh họa dùng tế bào quang dẫn để điều khiển rơle: a) Điều khiển trực tiếp; b) Điều khiển thông qua transistor khuếch đại Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 31
6. Không dùng tế bào quang dẫn để xác định quang thông, thông thường dùng để phân biệt mức sáng khác nhau: trạng thái tối – sáng hoặc xung ánh sáng. Việc đo điện trở của tế bào quang dẫn cần phải có mạch đo như áp dụng cho một cảm biến thụ động, nghĩa là phải cấp dòng không đổi và lắp mạch theo sơ đồ đo thế, dùng cầu Wheatstone, khuếch đại thuật toán. 3.3.2 Photodiode Cấu tạo: Cấu tạo chính là lớp tiếp xúc của hai bán dẫn loại n và loại p (nối P-N) tạo nên vùng hiếm, ở đó tồn tại điện trường và hình thành rào điện thế Vb. Hình 3.6 Hình 3.6 Khi không có điện áp bên ngoài đặt lên nối P-N, dòng điện qua nối I = 0. Thực tế có tồn tại dòng I gồm các thành phần: · Dòng khuếch tán các hạt dẫn điện đa số có năng lượng đủ lớn vượt qua rào điện thế. · Dòng hạt dẫn điện thiểu số chuyển động dưới tác động của điện trường. Khi đặt điện áp Vd lên diode, chiều cao của hàng rào thế sẽ thay đổi kéo theo thay đổi độ rộng vùng hiếm. Dòng qua nối: æqVd ö I= I0 expç ÷ - I 0 I : dòng hạt dẫn điện thiểu số èkT ø 0 kT Khi điện áp ngược Vd đủ lớn Vd - = -26mV (ở 300K), dòng khuếch tán các hạt q dẫn đa số rất nhỏ có thể bỏ qua. Dòng ngược Ir = I0. Khi chiếu sáng diode bằng ánh sáng có bước sóng l < lS sẽ xuất hiện thêm các cặp điện tử - lỗ trống. Để ngăn cản quá trình tái hợp phải tách cặp điện tử - lỗ trống dưới tác dụng của điện trường. Điều này chỉ xảy ra trong vùng hiếm làm tăng dòng ngược Ir. Để đến được vùng hiếm, ánh sáng phải đi qua một bề dầy của chất bán dẫn và tiêu hao -a x năng lượng theo biểu thức f()x= f0 e Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 32
7. Trong đó α ~ 105cm-1, thông lượng giảm 63% khi đi qua bề dầy 103 A . Trong thực tế, phiến bán dẫn được làm rất mỏng và vùng hiếm đủ rộng để hấp thụ năng lượng ánh sáng hữu hiệu nhất. Chẳng hạn, các diode PIN có lớp bán dẫn I giữa 2 lớp P và N. Chỉ cần điện áp ngược vài volt đủ để mở rộng vùng hiếm ra toàn bộ lớp bán dẫn I. Các vật liệu thường dùng để chế tạo photodiode là: · Si, Ge: vùng ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại gần. · GaAs, InAs, InSb, HgCdTe: vùng hồng ngoại. Nguyên tắc hoạt động Chế độ quang dẫn Vd Rm Nguồn ES phân cực ngược diode, Rm dùng để đo tín hiệu. Đặt điện áp Vd < 0 lên diode, dòng ngược Ir chạy qua diode: æqVd ö Ir= - I 0 expç ÷ + I 0 + I p èkT ø Ip : dòng điện sinh ra khi ánh sáng đi đến vùng hiếm qh (1 - R) l I= f exp( -a X) phc 0 Khi điện áp ngược đủ lớn: Ir # I0 + Ip, nghĩa là Ir # Ip. EVS+ d Phương trình mạch điện: ES = Vr – Vd mà Vr = RmIr Þ Ir = R m Chế độ này là tuyến tính, Vr tỉ lệ với thông lượng. Chế độ quang thế Chế độ này không có điện áp ngoài đặt vào diode. Diode hoạt động như bộ chuyển đổi năng lượng, người ta đo điện áp hở mạch VOC hoặc dòng ngắn mạch ISC. Điện áp hở mạch Voc khi chiếu sáng, Ip tăng, rào điện thế giảm một lượng DVb. Sự giảm này làm dòng hạt dẫn đa số tăng lên, Ir= 0, nghĩa là: æqD Vb ö kT æIp ö -I0 expç ÷ + I 0 + I p = 0 Þ D V b = lnç 1 + ÷ èkT ø qè I0 ø Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 33
8. kT æIp ö Đo điện áp hai đầu diode trong chế độ hở mạch: VOC = lnç 1 + ÷ qè Io ø kT æIp ö Khi chiếu sáng yếu: : VOC = ln ç ÷ qè Io ø Độ lớn VOC phụ thuộc vào thông lượng có dạng hàm logarit. Dòng ngắn mạch ISC Nối ngắn mạch 2 đầu diode bằng điện trở Rm nhỏ hơn điện trở động rd của nối P-N. Dòng ngắn mạch ISC = Ip, tỷ lệ với thông lượng. Độ nhạy DI qh (1 - R)exp( -a X) S(l ) =p = l DF hc Thông thường S(l) nằm trong khoảng từ 0,1 đến 1 A/W. Sơ đồ sử dụng Tùy mục đích sử dụng mà ta chọn chế độ hoạt động. Chế độ quang dẫn, có độ tuyến tính cao, thời gian đáp ứng ngắn, băng thông rộng. Sơ đồ cơ sở: Để giảm nhiễu tăng điện trở Rm æR ö 2 VO= R mç 1 + ÷ I r èR1 ø Chế độ quang thế có thể làm việc ở chế độ tuyến tính hoặc logarit phụ thuộc vào tải. Ít nhiễu, tời gian đáp ứng lớn, dải thông hẹp, nhạy cảm với nhiệt độ ở chế độ logarit. Sơ đồ tuyến tính: Sơ đồ logarit: Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 34
9. 3.3.3 Phototransistor Phototransistor là các transistor loại NPN mà cực nền có thể được chiếu sáng, không có điện áp tại cực nền B mà chỉ có điện áp tại C, nối B-C phân cực ngược. Khi nối B-C được chiếu sáng, nó hoạt động giống photodiode ở chế độ quang dẫn. Dòng ngược Ir = Io + Ip Io: dòng ngược tối Ip: dòng quang điện khi được chiếu sáng Dòng cực thu: Ic = bIr = bIo + bIp Như vậy, có thể coi phototransistor là tổ hợp của một photo diode và một transistor. Photodiode cung cấp dòng điện tại cực nền còn transistor cho hiệu ứng khuếch đại b. dI Độ nhạy:S = C , ở bước sóng tương ứng điểm cực đại, S có giá trị từ 1 ÷ 100 A/W. df Ứng dụng phototransistor trong chế độ chuyển mạch để điều khiển: a) Rơle, b)Rơle (sau khuếch đại), c) Cổng logic d) Thyristo 3.3.4 Cảm biến phát xạ (tế bào quang điện) Cảm biến này biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ra khỏi vật liệu photocatode. Số lượng điện tử thoát khỏi catode tỉ lệ với quang thông chiếu vào. Cơ chế hoạt động: Cơ chế phát xạ xảy ra theo ba giai đoạn: · Hấp thụ photon và giải phóng điện tử. · Điện tử được giải phóng di chuyển đến bề mặt. · Điện tử thoát ra khỏi bề mặt vật liệu catode. Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 35
10. Sau khi được giải phóng, điện tử di chuyển ngẫu nhiên theo mọi hướng, do đó chỉ có một số ít đến được bề mặt. Trong quá trình di chuyển chúng va chạm với các điện tử và photon khác làm mất đi một phần năng lượng. Sự phát xạ chỉ có thể xảy ra nếu điện tử thắng được rào thế phân cách vật liệu với môi trường bên ngoài. Do đó, hiệu suất phát xạ điện tử thường nhỏ hơn 10%. Vật liệu chế tạo: AgOCs nhạy trong vùng hồng ngoại. Cs3Sb, (Cs)Na2KSb, K2CsSb nhạy trong vùng ánh sáng nhìn thấy và tử ngoại. Cs2Te, Rb2Te và CsT nhạy trong vùng tử ngoại. Hiệu suất phát xạ điện tử các vật liệu trên từ 1 ÷ 20%. Ngoài ra, các hợp chất nhóm III – V như GaAsxSb1-x, Ga1-xInxAs, InAsxP1-x nhạy trong vùng hồng ngoại, hiệu suất đạt tới 30%. Tế bào quang điện chân không -6 -8 Là một ống hình trụ, có một cửa sổ, được hút chân không tới áp suất 10 ¸ 10 mmHg. Trong ống đặt một catode có khả năng phát xạ và một anode. Đặc tuyến của tế bào quang điện chân không có hai vùng rõ rệt: · Vùng điện tích không gian, khi điện áp tăng dòng điện tăng nhanh. Một phần nhỏ điện tích phát xạ đẩy điện tử mới phát xạ bật trở lại làm hạn chế dòng anode. · Vùng bão hòa, dòng điện ít phụ thuộc vào điện áp mà chỉ phụ thuộc vào quang thông. Tế bào quang điện được sử dụng trong vùng bão hòa, khi đó nó giống như nguồn dòng, chỉ phụ thuộc vào quang thông. Điện trở trong tế bào quang điện chân không rất lớn cỡ 1010Ω. Độ nhạy nằm trong khoảng 10 ¸100 mA/W. Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 36
11. Tế bào quang điện chất khí Cấu tạo giống tế bào quang điện chân không, chỉ khác là bên trong có khí trơ, thường là argon có áp suất 10-1 ¸ 10-2mmHg. Khi Vak < 20V, đặc tuyến giống như trường hợp tế bào quang điện chân không. Khi Vak cao, điện tử chuyển động với vận tốc cao làm ion hóa chất khí. Dòng anode tăng lên từ 5 ¸ 10 lần. Thiết bị nhân quang Khi bề mặt anode bị bắn phá bởi các điện tử có năng lượng đủ lớn có thể phát xạ điện tử (phát xạ thứ cấp). Nếu số điện tử phát xạ thứ cấp lớn hơn số điện tử tới thì có khả năng khuếch đại tín hiệu. Các điện tử tới (điện tử sơ cấp) được phát xạ từ một photocatode bị chiếu sáng. Sau đó chúng được tiêu tụ (bằng phương pháp tĩnh điện) trên điện cực thứ nhất của dãy điện cực. Dãy điện cực có bề mặt được phủ bằng vật liệu có khả năng bức xạ thứ cấp. Các điện cực mắc nối tiếp nhau và được cung cấp điện thế thông qua các cầu điện trở sao cho điện tử thứ cấp phát ra từ điện cực thứ k sẽ bị hút về điện cực thứ k+1, đồng thời số điện tử thứ cấp phát ra ở điện cực này cũng tăng lên. 3.3.5 Cáp quang Cấu tạo và tính chất Gồm một lõi chiết suất n1, bán kính 10 ¸ 100mm và vỏ chiết suất n2 < n1 dày 50mm. Vật liệu chế tạo cáp quang: § SiO2 tinh khiết hoặc pha tạp nhẹ. § Thủy tinh, SiO2 và phụ gia N2O3, B2O3, PbO. § Polyme. Minh họa mặt cắt của cáp quang Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 37
12. a) b) a) Khúc xạ trên mặt phân cách giữa hai môi trường b) Phản xạ toàn phần trong cáp quang Định luật phản xạ: n1sinq1 = n2sinq2 æn2 ö Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần: q1 >arcsin ç ÷ = q 0 èn1 ø Với điều kiện như vậy, trong trường hợp cáp quang tia sáng sẽ bị giam giữ trong lõi và được truyền đi bằng phản xạ liên tục nối nhau. Ứng dụng Truyền thông tin: Tránh được tín hiệu điện từ ký sinh, đảm bảo cách điện giữa mạch phát và mạch thu. Thông tin được truyền chủ yếu bằng cách mã hóa xung ánh sáng, đôi khi biến điệu biên độ hoặc tần số ánh sáng. Quan sát và đo lường: Cáp quang cho phép quan sát hoặc đo đạc ở những nơi khó tiếp cận hoặc các môi trường độc hại, có thể dẫn ánh sáng đến những vị trí mà điều kiện bình thường ánh sáng không tới được. Nguồn sáng phát ra bức xạ dưới dạng xung để phân biệt với ánh sáng môi trường. Bức xạ được dẫn đến khu vực đo. Tại khu vực đo, bức xạ thay đổi phụ thuộc vào đại lượng đo: § Thay đổi cường độ khi đo vị trí § Thay đổi tần số tỉ lệ với tốc độ quay. § Thay đổi bước sóng trong trường hợp đo nhiệt độ, phổ phụ thuộc vào nồng độ các tia phản xạ được truyền trở lại và được đưa đến cảm biến. Một số trường hợp, tín hiệu quang dưới tác động của đại lượng vật lý làm thay đổi tính chất của cáp quang, làm thay đổi điều kiện truyền sóng. Lúc này cáp quang đóng vai trò cảm biến chuyển đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu quang. Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 38
13. 3.4 MỘT SỐ DẠNG ỨNG DỤNG CẢM BIẾN QUANG Cảm biến quang điện chia (CBQĐ) làm các loại sau tùy theo cách bố trí bộ thu và phát: Hình 2.36: Các loại Cảm biến quang điện Ánh sáng phát đi được điều chế xung để tăng công suất phát và độ tin cậy chống nhiễu. Ngõ ra của bộ thu là tín hiệu On/Off tác động khi ánh sáng vào bộ thu bị ngắt. Loại CBQĐ phản hồi sử dụng ánh sáng phân cực ngang còn bộ thu chỉ tác động với ánh sáng phân cực đứng, nhiệm vụ của gương phản xạ là quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng đến rồi phản chiếu lại bộ thu. Hoạt động của CBQĐ bị ảnh hưởng bởi bụi bám vì vậy thường thiết kế mạch chẩn đoán cảnh báo khi cường độ ánh sáng tới bộ thu bị giảm xuống. Nhìn chung CBQĐ là loại cảm biến không tiếp xúc giúp phát giác sự hiện diện của vật ở khoảng cách xa, tối đa đến 10m. Hình 2.37:Hình dạng CBQĐ Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 39
14. Chế độ hoạt động của cảm biến: Sơ đồ kết nối ngõ ra của cảm biến với tải là rơle hoặc PLC Sợi quang được sử dụng ở những nơi chật hẹp, nhiệt độ cao hay chống nổ để dẫn tia sáng đến bộ phát, thu. Sợi quang chế tạo bằng plastic (Polyethylene, Vinyl chloride ) hay thuỷ tinh có đường kính từ 0.01mm đến 1mm, gồm lõi có chiết suất cao và vỏ có chiết suất thấp. Nhiều sợi quang bó lại thành bó sợi và bọc vỏ bảo vệ. Dùng sợi quang có thể phát giác các chi tiết nhỏ Hình2.38: Cáp quang và CBQĐ cáp quang E3X Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 40
15. Ứng dụng: cảm biến sợi quang về nguyên lý cảm biến sợi quang giống như cảm biến loại gương phản xạ, có gắng thêm sợi quang như hình dưới. Cảm biến được đặt ở một vị trí nào đó, còn sợi quang được dẫn đến một vị trí khác để phát hiện vật cảm biến. Chế độ hoạt động và cách kết nối giống như cảm biến loại gương phản xạ, Khoảng cách đối với loại hai sợi quang đặt song song lên đến 0,9m, loại đặt đối diện lên đến 1,8m. Bài giảng Đo lường và cảm biến Trang 41