Tìm Hiểu Về Cảm Biến ánh Sáng: Khái Niệm, Nguyên Lý, đặc điểm Và ...

Ở bài chia sẻ trước BKAII đã giới thiệu đến các bạn những thông tin chi tiết về cảm biến khói. Bài viết này chúng ta tiếp tục tìm hiểu một loại cảm biến được sử dụng phổ biến trong đời sống đó là cảm biến ánh sáng, với những thông tin về khái niệm, nguyên lý, đặt điểm, phân loại và ứng dụng thực tiễn nhé!

Cảm biến ánh sáng là thiết bị quang điện chuyển đổi ánh sáng (bao gồm cả ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng dạng tia hồng ngoại) thành tín hiệu điện. Nó là một dạng thiết bị cảm biến thông minh có thể nhận biết được các biến đổi của môi trường thông qua mắt cảm biến. Từ đó, nó sẽ điều chỉnh ánh sáng cho phù hợp.

Nguyên lý hoạt động

Cảm biến ánh sáng hoạt động dựa trên nguyên lý của hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng quang điện là hiện tượng một số chất đặc biệt sau khi hấp thụ ánh sáng sẽ chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.

Hiệu ứng quang điện gồm có:

• Hiệu ứng quang điện trong: Hiện tượng quang điện trong thường diễn ra với chất bán dẫn. Khi chiếu ánh sáng vào vật liệu, năng lượng này sẽ làm thay đổi điện trở suất bên trong vật liệu gây ra suất điện động làm thay đổi tính chất điện của vật liệu.
• Hiệu ứng quang điện ngoài: Khi bề mặt của vật liệu được chiếu bởi ánh sáng, các điện tử sẽ hấp thụ năng lượng để tạo ra điện. Khi các điện tử từ bên trong vật liệu bật ra ngoài bề mặt của vật liệu sẽ tạo ra hiệu ứng quang điện ngoài.

Đặc điểm

• Các tế bào phát xạ ảnh: là các photodevices giải phóng các electron tự do từ một vật liệu nhạy sáng như xêzi khi bị một photon tràn đầy năng lượng. Lượng năng lượng mà các photon phụ thuộc vào tần số ánh sáng và tần số càng cao, năng lượng càng nhiều thì các photon chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
• Các tế bào dẫn điện ảnh: photodevices này thay đổi điện trở của chúng khi chịu ánh sáng. Photoconductivity kết quả từ ánh sáng đánh một vật liệu bán dẫn mà kiểm soát dòng chảy hiện tại thông qua nó. Do đó, nhiều ánh sáng tăng dòng điện cho một điện áp áp dụng đã cho. Vật liệu quang dẫn phổ biến nhất là Cadmium Sulphide được sử dụng trong quang điện LDR.
• Các tế bào quang điện: Các photodevices này tạo ra một emf tương ứng với năng lượng ánh sáng bức xạ nhận được và tương tự có hiệu lực với quang điện. Năng lượng ánh sáng rơi vào hai vật liệu bán dẫn kẹp lại với nhau tạo ra điện áp xấp xỉ 0.5V. Vật liệu quang điện phổ biến nhất là Selen được sử dụng trong các tế bào năng lượng mặt trời.
• Thiết bị ghép nối ảnh: thiết bị quang này chủ yếu là các thiết bị bán dẫn thực sự như photodiode hoặc phototransistor sử dụng ánh sáng để điều khiển dòng electron và lỗ trên đầu nối PN của chúng. Thiết bị chụp ảnh được thiết kế đặc biệt cho ứng dụng máy dò và sự thâm nhập ánh sáng với phản ứng quang phổ của chúng được điều chỉnh theo bước sóng ánh sáng tới.

Phân loại cảm biến ánh sáng

Cảm biến ánh sáng được chia thành 3 loại: Photoresistors (LDR), Photodiodes, Phototransistors.

Cảm biến Photoresistors (LDR)

Đây là loại cảm biến được sử dụng nhiều nhất trong các thiết bị cảm biến. Nó chính là chất cảm quang, hay còn được gọi là điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR). Chất cảm quang này có tác dụng kiểm tra xem đèn bật hay tắt. Và nó so sánh mức độ ánh sáng của môi trường theo tính chất tương đối trong suốt một ngày. Chất phát quang này được làm từ một vật liệu bán dẫn có điện trở cao. Chất bán dẫn này rất nhạy với ánh sáng, có thể nhìn thấy ánh sáng gần với hồng ngoại.

Các bộ phát quang hoạt động như điện trở thông thường. Tuy nhiên, sự thay đổi điện trở sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào ánh sáng môi trường. Nếu cường độ ánh sáng cao sẽ làm giảm điện trở và ngược lại. Nguyên lý này sẽ làm đèn sáng khi trời tối và tắt khi trời sáng.

Nhờ vào cách thức hoạt động đó, loại cảm biến này được ứng dụng cho đèn đường, đèn quảng cáo ban đêm,…

Cảm biến Photodiodes

Photodiodes là một loại cảm biến khác, nó có thể thay đổi ánh sáng thành dòng điện. Nó được làm từ vật liệu silicon và gecmani. Thêm vào đó là nhiều bộ lọc quang lọc, ống kính tích hợp…

Nguyên lý hoạt động của nó dựa vào hiệu ứng quang học bên trong. Khi có chùm ánh sáng chiếu vào, các electron sẽ bị nới lỏng tạo thành các lỗ cho dòng điện chạy qua. Ánh sáng càng lớn, lỗ hở giữa các electron càng to nên dòng điện sẽ càng mạnh.

Với cách thức cảm biến này, nó được ứng dụng cho nhiều thiết bị như: điều khiển từ xa, các thiết bị điện tử,… thiết bị y tế, thiết bị đo lường, dùng cho tấm pin mặt trời trong các sản phẩm năng lượng mặt trời…

Phototransistors

Loại cảm biến này thực chất chỉ là cảm biến Photodiodes nhưng nó khuyếch đại lên nhiều lần. Về nguyên lý hoạt đọng của nó giống với Photodiodes. Với sự khuếch đại đó, độ cảm biến được tăng lên rất nhiều nên sẽ được sử dụng cho các thiết bị yêu cầu độ cảm ứng cao hoặc có kích thước lớn.

Ứng dụng của cảm biến ánh sáng

• Cảm biến ánh sáng mang đến rất nhiều lợi ích và được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, cụ thể như:
• Ứng dụng trong các thiết bị đèn chiếu sáng.
• Cảm biến tự động điều chỉnh ánh sáng màn hình của điện thoại thông minh và máy tính bảng.
• Cảm biến ánh sáng sử dụng trong ô tô để hỗ trợ tầm nhìn cho người lái xe. Khi trời quá tối, hệ thống đèn ô tô sẽ tự động bật nhờ vào cảm biến phát hiện ánh sáng.
• Ứng dụng trong bảo mật cho quá trình vận chuyển hàng hóa, các cảm biến có thể phát hiện các thùng hàng bị hở hoặc thất lạc.

Trên đây là một vài tìm hiểu của BKAII về cảm biến ánh sáng, có thắc mắc hay cần thêm thông tin các bạn liên hệ BKAII nhé!

Xem thêm:

• Tìm hiểu chung về cảm biến khói, khái niệm, phân loại, lợi ích và lưu ý sử dụng
• Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cảm biến từ
• Khái niệm, phân loại, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến áp suất
• Cảm biến quang: những tìm hiểu cơ bản nhất

"BKAII - Thiết bị truyền thông TỐT nhất với giá CẠNH TRANH nhất!"