Hiện nay, cảm biến hồng ngoại được sử dụng rộng rãi, phổ biến cả trong công việc và cuộc sống bởi tính ứng dụng cao của nó. Để biết rõ hơn về thiết bị cảm biến hồng ngoại, hãy cùng HeraS khám phá trong bài viết sau nhé.

1. Như thế nào được gọi là cảm biến hồng ngoại?

1.1. Khái Niệm

Cảm biến hồng ngoại (Infrared Sensor, viết tắt: IR Sensor) là một thiết bị điện tử có chức năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh.Tia hồng ngoại là nguồn sáng mà mắt thường không nhìn thấy được vì nó có bước sóng rộng hơn ánh sáng biến thiên. Do đó, bất cứ thứ gì phát nhiệt trên 35 độ C đều phát ra bước sóng hồng ngoại

Thiết bị cảm ứng hồng ngoại

1.2. Phân loại

Hiện nay, có hai loại cảm biến hồng ngoại chính:

• Cảm biến hồng ngoại chủ động(AIR): Bao gồm một Diode phát sáng (LED) và một bộ thu. Khi một đối tượng đến gần cảm biến, thiết bị sẽ chủ động phát ra ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED và phản xạ khỏi đối tượng để bộ thu phát hiện. Ứng dụng này thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật (chẳng hạn như robot).
• Cảm biến hồng ngoại thụ động(PIR): Thiết bị không thể phát ra bức xạ hồng ngoại. Chỉ có thể phát hiện ra bức xạ do các vật thể khác phát ra như con người, chất độc, nguồn nhiệt … Cảm biến hồng ngoại thụ động  phát hiện vật thể phát ra tia hồng ngoại và chuyển tín hiệu thành báo động. Đó là lý do tại sao nó được gọi là thụ động, chỉ cảm nhận, không có bộ phát tia hồng ngoại.

Tham khảo:>> Thiết bị cảm biến chuyển động

2. Cấu tạo của cảm biến hồng ngoại

Cảm ứng hồng ngoại có cấu tạo tương tự như cảm biến ánh sáng. Cảm biến hồng ngoại bao gồm các bộ phận sau:

• Đèn LED hồng ngoại – thiết bị phát ra nguồn sáng hồng ngoại.
• Máy dò hồng ngoại – thiết bị thu tín hiệu và phát hiện bức xạ hồng ngoại phản xạ.
• Điện trở – Thiết bị này ngăn không cho đèn LED hút quá nhiều dòng điện và gây chập hệ thống.
• Dây điện – Đây là những chi tiết kết nối để cảm biến hồng ngoại hoạt động ổn định.

Sơ đồ cấu tạo thiết bị cảm biến hồng ngoại

3. Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên lý như thế nào?

• Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại tương tự như cảm bến phát hiện vật thể. Cảm biến hồng ngoại bao gồm một đèn LED hồng ngoại và một diode quang hồng ngoại, vì vậy bạn có thể kết hợp cả hai để tạo ra một optocoupler hoặc optocoupler. Các định luật vật lý được sử dụng trong cảm biến này là bức xạ Tấm, Stefan Boltzmann & Wayne Shift. 
• R LED là một loại máy phát phát ra bức xạ hồng ngoại. Đèn LED này giống với đèn LED tiêu chuẩn và bức xạ do đèn LED này tạo ra là mắt người không nhìn thấy được. Máy thu hồng ngoại  phát hiện bức xạ chủ yếu với sự trợ giúp của máy phát hồng ngoại. Các bộ thu hồng ngoại này có sẵn dưới dạng điốt quang. Điốt quang IR khác với điốt quang truyền thống ở chỗ chúng chỉ phát hiện ánh sáng hồng ngoại. 
• Ở đây bộ phát là một đèn LED hồng ngoại và bộ thu là một điốt quang IR. Điốt quang hồng ngoại phản ứng với ánh sáng hồng ngoại do đèn LED hồng ngoại tạo ra. Sự thay đổi điện trở điốt quang và điện áp đầu ra tỷ lệ với ánh sáng hồng ngoại nhận được. Đây là nguyên lý hoạt động cơ bản của cảm biến IR. Khi một bộ phát tia hồng ngoại tạo ra bức xạ, nó đi tới một vật thể và một số bức xạ được phản xạ trở lại bộ thu hồng ngoại. 

4. Ưu, nhược điểm của cảm biến hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống và sản xuất công nghiệp. Cụ thể là các thiết bị chống trộm, tự động bật/ tắt cảm biến ánh sáng, ghi hình camera giám sát nơi tối, cảm biến đóng/ mở cửa tự động, bật/ tắt tín hiệu tự động, v.v. Ngoài ra, cảm biến hồng ngoại còn có nhiều ứng dụng trong y học, quân sự, thiên văn học, thậm chí cả nghệ thuật.  

Cảm biến hồng ngoại có những ưu điểm nổi bật như:

• Cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao trong việc xác định các vật thể phát ra tia bức xạ hồng ngoại trong không gian. 
• Thiết kế của cảm biến hồng ngoại cho phép nó xác định khoảng cách chính xác của các đối tượng phát tia bức xạ hồng ngoại.
• Thiết kế và cấu tạo khá đơn giản, giá thành rẻ phù hợp với các gia đình

Tuy nhiên, cảm biến hồng ngoại vẫn còn những hạn chế như sau: 

• Cảm biến hồng ngoại phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện nhiệt độ môi trường xung quanh. Những môi trường có nhiệt độ cao sẽ làm giảm hiệu quả của cảm biến hồng ngoại.
• Do hạn chế về góc quét và phạm vi hoạt động của cảm biến hồng ngoại nên có nhiều điểm mù.
• Do độ nhạy cao nên rất dễ mắc sai lầm trong việc phát hiện chuyển động.

5. Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại trong đời sống

Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các thiết bị nhà thông minh để phát hiện chuyển động của con người và tự động điều khiển các thiết bị hoạt động theo chương trình. Một số ứng dụng chính của cảm biến hồng ngoại là:

• Bật/ tắt đèn tự động

Cảm biến hồng ngoại phát hiện chuyển động của người và tia bức xạ hồng ngoại phát ra từ con người, hoạt động kết hợp với đèn chiếu sáng để tự động bật tắt nên rất tiện lợi và tiết kiệm điện năng. Cảm biến hồng ngoại thường được đặt ở những nơi như hành lang để chiếu sáng lối đi, cửa ra vào hoặc phòng vệ sinh.

• Giúp chống trộm

Khi phát hiện ra các vật thể lạ xâm nhập vào nhà, cảm biến hồng ngoại nhận diện sẽ được kết nối với các thiết bị âm thanh để báo động cho chủ nhà biết để có biện pháp ngăn chặn và hành động.

• Giúp mở cửa tự động

Cảm biến hồng ngoại được đặt ở phía trên cùng để phát hiện chuyển động bên trong và bên ngoài, điều khiển đóng mở cửa. Ứng dụng này thường thấy nhất ở các trung tâm mua sắm và văn phòng.

Đóng mở cửa tự động áp dụng tại sảnh tòa nhà, cửa vào siêu thị,…

• Hỗ trợ gửi lệnh điều khiển 

Từ lâu, tia hồng ngoại đã được sử dụng để truyền tín hiệu điều khiển từ xa cho điều khiển từ xa của TV và điều hòa không khí. Hiện nay, bằng cách lắp đặt cảm biến hồng ngoại trong thiết bị phát tia hồng ngoại hoặc điện thoại thông minh, bạn có thể vận hành thiết bị từ điện thoại thông minh. 

• Giúp sáng tạo thiết bị nhìn đêm

Nhờ nguyên lý chuyển đổi các photon ánh sáng xung quanh thành các electron và khuếch đại chúng bằng các chất hóa học sẽ tạo nên thiết bị giúp chúng nhìn thấy trong môi trường không có ánh sáng khả kiến. Thiết bị này được sử dụng rộng rãi và phổ biến bởi quân đội và cảnh sát. 

• Ngoài những ứng dụng trên, cảm biến hồng ngoại còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như sau: 
  • Nghiên cứu khí hậu  
  • Khí tượng học 
  • Điều chế quang học 
  • Máy dò khí 
  • Phân tích chất lượng nước 
  • Phân tích độ ẩm 
  • Phân tích khí 
  • Thử nghiệm gây mê 
  • Thăm dò dầu khí 
  • An toàn đường sắt

Tham khảo: >> Chiếu sáng thông minh – Giải pháp cho cuộc sống tương lai

Lời kết

Hy vọng, với những thông tin trên HeraS đãi giúp bạn hiểu rõ hơn về thiết bị cảm biến hồng ngoại và có thể lựa chọn được những sản phẩm phù hợp với căn hộ thông minh của mình.

Nguồn: heras.vn