Thể loại: Bài viết nổi bật » Điện tử thực hành
Số lượt xem: 127164
Bình luận về bài viết: 5
Cảm biến quang và ứng dụng của chúng
Cảm quang là gì
Trong các thiết bị điện tử khác nhau, các thiết bị tự động hóa gia đình và công nghiệp, các thiết kế radio nghiệp dư khác nhau cảm quang được sử dụng rất rộng rãi. Bất cứ ai đã từng tháo rời một con chuột máy tính cũ, vì nó được gọi là một con komovskaya, với một quả bóng bên trong, phải nhìn thấy các bánh xe có các khe quay trong các khe của bộ cảm quang.
Những cảm biến này được gọi là ngắt ảnh - làm gián đoạn dòng chảy của ánh sáng. Một mặt của cảm biến như vậy là một nguồn - Đèn LEDnhư một quy luật, hồng ngoại (IR), với một phototransistor khác (chính xác hơn là hai phototransistors, trong một số mô hình của photodiode, để xác định hướng quay). Khi bánh xe được quay với các khe ở đầu ra của cảm quang, sẽ thu được các xung điện, đó là thông tin về vị trí góc của chính bánh xe này. Các thiết bị như vậy được gọi là bộ mã hóa. Hơn nữa, bộ mã hóa có thể chỉ là một liên lạc, hãy nhớ bánh xe của một con chuột hiện đại!
Bộ ngắt ảnh được sử dụng không chỉ trong chuột chuột mà còn trong các thiết bị khác, ví dụ, cảm biến tốc độ của một số cơ chế. Trong trường hợp này, một cảm biến quang được sử dụng, bởi vì không cần phải xác định hướng quay.
Nếu vì lý do nào đó, thường là để sửa chữa, trèo vào các thiết bị điện tử khác, thì có thể tìm thấy cảm biến ảnh trong máy in, máy quét và máy photocopy, trong ổ đĩa CD, trong đầu DVD, máy ghi băng video, máy quay phim và các thiết bị khác.
Vậy cảm biến quang là gì, và chúng là gì? Chỉ cần nhìn thấy, không đi sâu vào vật lý của chất bán dẫn, không hiểu các công thức và không nói ra những từ khó hiểu (tái hợp, tái hấp thu các chất mang thiểu số), được gọi là trên ngón tay, cách mà các cảm biến quang này hoạt động.
Hình 1. Ảnh gián đoạn
Máy quang điện
Mọi thứ đều rõ ràng với anh. Là một điện trở không đổi thông thường có điện trở ohmic, hướng kết nối trong mạch không có vai trò. Chỉ khác, không giống như một điện trở không đổi, thay đổi điện trở dưới tác động của ánh sáng: khi được chiếu sáng, nó giảm đi nhiều lần. Số lượng thời gian của những người khác, người phụ thuộc vào mô hình của quang điện trở, chủ yếu dựa vào lực cản tối của nó.
Về mặt cấu trúc, các bộ phận phát quang là một vỏ kim loại có cửa sổ bằng kính, qua đó có thể nhìn thấy một tấm màu xám với đường zích zắc. Các mô hình sau đó được thực hiện trong một hộp nhựa với đỉnh trong suốt.
Tốc độ của chất phát quang thấp, vì vậy chúng chỉ có thể hoạt động ở tần số rất thấp. Do đó, trong những phát triển mới, chúng gần như không bao giờ được sử dụng. Nhưng điều xảy ra là trong quá trình sửa chữa thiết bị cũ họ sẽ phải gặp nhau.
Để kiểm tra sức khỏe của quang điện trở, đủ để kiểm tra điện trở của nó bằng đồng hồ vạn năng. Trong trường hợp không có ánh sáng, điện trở phải lớn, ví dụ, điện trở quang SF3-1 có điện trở tối theo dữ liệu tham chiếu của 30MOhm. Nếu nó được thắp sáng, thì điện trở sẽ giảm xuống một vài KOhms. Sự xuất hiện của quang điện trở được thể hiện trong Hình 2.
Hình 2. Máy quang điện tử SF3-1
Photodiod
Rất giống với một diode chỉnh lưu thông thường, nếu không có tính chất phản ứng với ánh sáng. Nếu bạn sử dụng một công cụ kiểm tra, bạn nên sử dụng một công tắc cập nhật, thì trong trường hợp không có ánh sáng, kết quả sẽ giống như trong một diode thông thường: theo hướng thuận, thiết bị sẽ hiển thị một chút điện trở và ngược lại, mũi tên của thiết bị sẽ khó nhúc nhích.
Họ nói rằng diode được bật theo hướng ngược lại (điểm này cần được ghi nhớ), vì vậy dòng điện không đi qua nó. Nhưng, nếu bao gồm photodiode này được thắp sáng bằng bóng đèn, thì mũi tên sẽ đột ngột lao về điểm không.Chế độ hoạt động của photodiode này được gọi là photodiode.
Photodiode cũng có chế độ hoạt động quang điện: khi ánh sáng chiếu vào nó, nó giống như pin mặt trời, tạo ra một điện áp yếu, nếu được tăng cường, có thể được sử dụng như một tín hiệu hữu ích. Nhưng, thường xuyên hơn photodiode được sử dụng trong chế độ photodiode.
Các photodiod của thiết kế cũ xuất hiện là một xi lanh kim loại với hai dây dẫn. Mặt khác là một thấu kính. Các điốt quang hiện đại có vỏ được làm bằng nhựa trong suốt, giống hệt như đèn LED.
Hình. 2. Photodiod
Phototransistors
Về ngoại hình, chúng chỉ đơn giản là không thể phân biệt được với đèn LED, cùng một vỏ được làm bằng nhựa trong suốt hoặc hình trụ với một tấm kính ở cuối, và từ đó có hai đầu ra - bộ thu và bộ phát. Có vẻ như phototransistor không cần đầu ra cơ bản, bởi vì tín hiệu đầu vào cho nó là thông lượng ánh sáng.
Mặc dù, một số phototransistors vẫn có đầu ra cơ sở, ngoài ánh sáng, còn cho phép bóng bán dẫn được điều khiển bằng điện. Điều này có thể được tìm thấy trong một số bộ ghép quang bán dẫn, ví dụ, AOT128 và 4N35 nhập khẩu, về cơ bản là các chất tương tự chức năng. Một điện trở được kết nối giữa cơ sở và bộ phát của phototransistor để che nhẹ cho phototransistor, như trong Hình 4.
Hình 3. Phototransistor
Bộ ghép quang của chúng tôi thường "treo" 10-100KΩ, trong khi "tương tự" nhập khẩu có khoảng 1MΩ. Nếu bạn đặt thậm chí 100K, nó sẽ không hoạt động, bóng bán dẫn chỉ được đóng chặt.
Làm thế nào để kiểm tra một phototransistor
Một phototransistor có thể được kiểm tra đơn giản bởi người kiểm tra, ngay cả khi nó không có đầu ra cơ sở. Khi một ohmmeter được kết nối ở bất kỳ cực nào, điện trở của phần collector - emitter là khá lớn, vì bóng bán dẫn được đóng lại. Khi ánh sáng có cường độ và phổ đủ chiếu vào ống kính, ohmmeter sẽ hiển thị một chút điện trở - bóng bán dẫn được mở, nếu, tất nhiên, có thể đoán được cực tính của kết nối máy kiểm tra. Trong thực tế, hành vi này giống như một bóng bán dẫn thông thường, chỉ có nó mở ra với tín hiệu điện và cái này có luồng ánh sáng. Ngoài cường độ của thông lượng ánh sáng, một vai trò quan trọng được tạo ra bởi thành phần quang phổ của nó. Để biết các tính năng kiểm tra bóng bán dẫn, xem ở đây.
Quang phổ ánh sáng
Thông thường, cảm quang được điều chỉnh theo bước sóng cụ thể của bức xạ ánh sáng. Nếu đây là bức xạ hồng ngoại, thì một cảm biến như vậy không đáp ứng tốt với đèn LED màu xanh lam và xanh lục, đủ tốt để đỏ, đèn sợi đốt và tất nhiên là cả hồng ngoại. Nó cũng không chấp nhận ánh sáng từ đèn huỳnh quang. Do đó, lý do cho hoạt động kém của cảm quang có thể chỉ đơn giản là một phổ không phù hợp của nguồn sáng.
Nó đã được viết ở trên làm thế nào để gọi một photodiode và một phototransistor. Ở đây bạn nên chú ý đến một loại dường như tầm thường như loại thiết bị đo. Trong đồng hồ vạn năng kỹ thuật số hiện đại, chế độ liên tục bán dẫn, cộng với ở cùng một chỗ với khi đo điện áp DC, tức là trên dây đỏ.
Kết quả của phép đo sẽ là sự sụt giảm điện áp tính bằng millivolts tại điểm nối p-n theo hướng thuận. Theo quy định, đây là những con số trong phạm vi 500 - 600, không chỉ phụ thuộc vào loại thiết bị bán dẫn, mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, con số này giảm 2 cho mỗi độ C, điều này là do hệ số nhiệt độ kháng của TCS.
Khi sử dụng máy kiểm tra con trỏ, phải nhớ rằng trong chế độ đo điện trở, đầu ra dương nằm trên điểm trừ ở chế độ đo điện áp. Với các kiểm tra như vậy, tốt hơn là chiếu sáng các cảm biến ảnh bằng đèn sợi đốt ở khoảng cách gần.
Ghép nối bộ cảm biến với vi điều khiển
Gần đây, nhiều người đam mê radio đã rất quan tâm đến việc thiết kế robot. Thông thường, đây là thứ có vẻ nguyên thủy, giống như một hộp có pin trên bánh xe, nhưng thông minh khủng khiếp: nghe mọi thứ, nhìn thấy mọi thứ và đi xung quanh chướng ngại vật.Anh ta nhìn thấy mọi thứ chỉ là do phototransistors hoặc photodiodes, và thậm chí có thể là chất phát quang.
Mọi thứ ở đây rất đơn giản. Nếu đây là một quang điện trở, thì nó đủ để kết nối nó, như được chỉ ra trong sơ đồ, và trong trường hợp của phototransistor hoặc photodiode, để không nhầm lẫn giữa cực, hãy gọi chúng trước, như mô tả ở trên. Điều này đặc biệt hữu ích khi thực hiện thao tác này, nếu các bộ phận không mới, hãy chắc chắn rằng chúng phù hợp. Kết nối các cảm biến ảnh khác nhau để vi điều khiển thể hiện trong hình 4.
Hình 4. Các sơ đồ để kết nối cảm quang với vi điều khiển
Đo ánh sáng
Photodiodes và phototransistors có độ nhạy thấp, phi tuyến tính cao và phổ rất hẹp. Ứng dụng chính của các thiết bị ảnh này là hoạt động ở chế độ phím: bật - tắt. Do đó, việc tạo ra các đồng hồ đo ánh sáng trên chúng là khá khó khăn, mặc dù trước khi các đồng hồ đo ánh sáng tương tự này sử dụng chính xác các cảm biến quang này.
Nhưng may mắn thay, công nghệ nano không đứng yên mà đi về phía trước bằng những bước nhảy vọt. Để đo độ rọi "ở đó, họ đã" tạo ra một con chip chuyên dụng TSL230R, đây là một bộ biến đổi tần số ánh sáng có thể lập trình.
Bên ngoài, thiết bị là một con chip trong vỏ DIP8 làm bằng nhựa trong suốt. Tất cả các tín hiệu đầu vào và đầu ra ở mức tương thích với logic TTL - CMOS, giúp dễ dàng ghép nối bộ chuyển đổi với bất kỳ vi điều khiển nào.
Sử dụng tín hiệu bên ngoài, bạn có thể thay đổi độ nhạy của photodiode và thang đo của tín hiệu đầu ra, lần lượt là 1, 10, 100 và 2, 10 và 100 lần. Sự phụ thuộc của tần số tín hiệu đầu ra vào độ chiếu sáng là tuyến tính, từ các phân số của một hertz đến 1 MHz. Cài đặt tỷ lệ và độ nhạy được thực hiện bằng cách cung cấp các mức logic cho chỉ 4 đầu vào.
Microcircuit có thể được đưa vào chế độ tiêu thụ vi mô (5 A), trong đó có một kết luận riêng, mặc dù trong chế độ vận hành, nó không đặc biệt phàm ăn. Với điện áp cung cấp 2,7 ... 5,5 V, mức tiêu thụ hiện tại không quá 2 mA. Đối với hoạt động của chip không yêu cầu bất kỳ dây đai bên ngoài, ngoại trừ tụ chặn cho nguồn điện.
Trên thực tế, nó đủ để kết nối máy đo tần số với microcircuit và nhận được số đọc chiếu sáng, rõ ràng, trong một số UE. Trong trường hợp sử dụng vi điều khiển, tập trung vào tần số của tín hiệu đầu ra, bạn có thể điều khiển ánh sáng trong phòng hoặc đơn giản là theo nguyên tắc "bật - tắt".
TSL230R không phải là đồng hồ đo ánh sáng duy nhất. Cao cấp hơn nữa là cảm biến Maxim MAX44007-MAX44009. Kích thước của chúng nhỏ hơn so với TSL230R, mức tiêu thụ năng lượng tương đương với các cảm biến khác ở chế độ ngủ. Mục đích chính của các cảm biến ánh sáng như vậy là việc sử dụng trong các thiết bị chạy bằng pin.
Điều khiển ánh sáng
Một trong những nhiệm vụ được thực hiện với sự trợ giúp của cảm quang là điều khiển ánh sáng. Đề án như vậy được gọi là chuyển tiếp hình ảnh, thường xuyên nhất đây là một sự bao gồm đơn giản của ánh sáng trong bóng tối. Để kết thúc này, nhiều người nghiệp dư đã phát triển nhiều mạch, một số trong đó chúng tôi sẽ xem xét trong bài viết tiếp theo.
Tiếp tục bài viết: Đề án chuyển tiếp hình ảnh để kiểm soát ánh sáng
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: