0.8 Cảm biến  (Page 8/8)

Dùng trong kiểm tra kích thước và phân loại chi tiết theo kích thước.

Cảm biến quang

Tế bào quang dẫn

Các tế bào quang dẫn là một trong những cảm biến quang có độ nhạy cao. Cơ sở vật lí của tế bào quang dẫn là hiện tượng quang dẫn do kết quả của hiệu ứng quang điện nội (hiện tượng giải phóng hạt tải điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn điện của vật liệu).

a) Vật liệu để chế tạo cảm biến

Cảm biến quang thường được chế tạo bằng các chất bán dẫn đa tinh thể đồng nhất hoặc đơn tinh thể, bán dẫn riêng hoặc bán dẫn pha tạp, ví dụ như:

+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.

Vùng phổ làm việc của các vật liệu này khác nhau.

b) Các đặc trưng

+ Điện trở: giá trị điện trở tối Rc0 phụ thuộc vào dạng hình học, kích thước, nhiệt độ và bản chất lí hóa của vật liệu quang dẫn. Điện trở Rc của cảm biến khi bị chiếu sáng giảm rất nhanh khi độ rọi tăng lên. Sự phụ thuộc của điện trở vào thông lượng ánh sáng không tuyến tính, tuy nhiên có thể tuyến tính hóa bằng cách sử dụng một điện trở mắc song song với tế bào quang dẫn.

+Độ nhạy: độ dẫn của tế bào quang dẫn là tổng của độ dẫn trong tối và độ dẫn khi chiếu sáng. Độ nhạy phổ là hàm của nhiệt độ nguồn sáng: khi nhiệt độ tăng thì độ nhạy phổ tăng lên.

1. Ứng dụng của tế bào quang dẫn

Tế bào quang dẫn được ứng dụng nhiều bởi chúng có tỉ lệ chuyển đổi tĩnh và độ nhạy cao cho phép đơn giản hóa trong việc ứng dụng (ví dụ điều khiển các rơle hình 7-14). Nhược điểm chính của tế bào quang dẫn là:

+Hồi đáp phụ thuộc một cách không tuyến tính vào thông lượng.

+Thời gian hồi đáp lớn.

+Các đặc trưng không ổn định (già hóa).

+Độ nhạy phụ thuộc vào nhiệt độ.

+Một số loại đòi hỏi phải làm nguội.

Người ta không dùng tế bào quang dẫn để xác định chính xác thông lượng. Thông thường chúng được sử dụng để phân biệt mức sáng khác nhau (trạng thái tối- sáng hoặc xung ánh sáng). Thực tế thì tế bào quang dẫn thường ứng dụng trong hai trường hợp:

+Để điều khiển rơle thì khi có thông lượng ánh sáng chiếu lên tế bào quang dẫn, điện trở của nó giảm đáng kể đủ để cho dòng điện I chạy qua tế bào. Dòng điện này được sử dụng trực tiếp hoặc thông qua khuếch đại để đóng mở rơle.

+Thu tín hiệu quang dùng để biến đổi xung quang thành xung điện. Sự ngắt quãng của xung ánh sáng chiếu lên tế bào quang dẫn sẽ được phản ánh trung thực qua xung điện của mạch đo, ứng dẫn để đo tốc độ quay của đĩa hoặc đếm vật.

Cáp quang

a) Cấu tạo và các tính chất chung

Hình 7-15 biểu diễn dạng đơn giản của cáp quang. Nó gồm một lõi với chiết suất n1 bán kính a (10 đến 100m) và một vỏ có chiết suất n2<n1 dày khoảng 50m. Vật liệu để chế tạo cáp quang bao gồm:

+SiO2 tinh khiết hoặc pha tạp nhẹ.

+Thủy tinh, thành phần của SiO2 và phụ gia Na2O3, B2O3, PbO,..

+Polime(trong một số trường hợp).

Ở mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất tương ứng bằng n1 và n2 các góc 1 và 2 do tia sáng tạo thành với đường trực giác của mặt phẳng (hình 7-16) liên hệ với nhau bởi biểu thức Descates n1sin1= n2 sin2.

Khi n1>n2 sẽ xảy ra phản xạ toàn phần nếu:

1>Arcsin(n2/n1) = 0

Với điều kiện như vậy, trong cáp quang tia sáng sẽ bị giam giữ trong lõi và được truyền đi bằng phản xạ liên tục nối tiếp nhau (hình 7-16b). Ví dụ nếu n1=1,15 và n2= 1,50 sẽ có góc giới hạn 0=83030’.

b)Ứng dụng của cáp quang

+Trong truyền tin: đây là ứng dụng quan trọng nhất, truyền thông tin dưới dạng tín hiệu ánh sáng lan truyền trong cáp quang là để tránh các tín hiệu điện từ kí sinh hoặc để đảm bảo cách điện giữa mạch điện nguồn và máy thu. Trong ứng dụng này thông tin được truyền đi chủ yếu bằng cách mã hóa các xung ánh sáng. Đôi khi người ta có thể truyền thông tin đi bằng cách biến điệu biên độ hoặc tần số của ánh sáng. Khi thiết lập một đường dây truyền tin bằng cáp quang, phải đánh giá công suất của tín hiệu thu được cũng như sự tiêu hao năng lượng do cáp quang và các mối nối gây ra.

+Quan sát và đo bằng phương tiện quang học: cáp quang cho phép quan sát hoặc đo đạc bằng các phương pháp quang ở những chỗ khó tiếp cận hoặc trong các môi trường độc hại. Sử dụng cáp quang có thể dẫn ánh sáng tới được những vị trí mà trong điều kiện bình thường ánh sáng không thể chiếu tới được.