Cảm biến hồng ngoại (IR) là gì? Và Nguyên lý hoạt động của thiết bị như thế nào? Hãy cùng tôi tìm hiểu trong bài viết sau nhé.

cảm biến hồng ngoại

1. Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là gì?

Cảm biến là một thiết bị điện tử đo đạc và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh. Sẵn tiện chúng ta cùng tìm hiểu đôi chút về lịch sử.

Năm 1800, bức xạ hồng ngoại đã vô tình được phát hiện bởi một nhà thiên văn học tên là William Herchel. Trong khi đang đo nhiệt độ của từng màu trong dãy ánh sáng (tách dãy bằng lăng kính). Tình cờ ông nhận thấy một khoảng nhiệt cao hơn ánh sáng đỏ mà ông đo được.

Nguồn năng lượng này vô hình đối với mắt người. Và rồi ông đặt tên cho vùng năng lượng vô hình này là tia hoặc sóng hồng ngoại (Infrared Radio).

2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại

Nguyên lý làm việc đằng sau các cảm biến hồng ngoại được quy định bởi ba định luật vật lý:

Định luật Planck: Mọi vật ở nhiệt độ T không bằng 0 độ Kelvin đều phát ra bức xạ.

Định luật Stephan Boltzmann: Tổng năng lượng phát ra ở mọi bước sóng bởi một vật đen có liên quan đến nhiệt độ tuyệt đối.

Định luật dịch chuyển Wein: Các vật thể có nhiệt độ khác nhau phát ra quang phổ đạt cực đại ở các bước sóng khác nhau.

3. Cảm biến hồng ngoại có mấy loại?

Có hai loại cảm biến hồng ngoại: chủ động (active) và thụ động (Passive). Cả 2 loại được ứng dụng rộng rãi. Trước khi đến với ứng dụng, hãy tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến trước.

3.1. Cảm biến hồng ngoại chủ động (AIR) hai phần: 

Cảm biến gồm diode phát ánh sáng (LED) và cảm biến thu. Nó vừa phát tín hiệu hồng ngoại vừa thu lại tín hiệu.

  • Nguyên lý hoạt động cửa AIR: Khi một vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED sẽ phản xạ lại từ vật thể. Bộ thu nhận diện được và phát tín hiệu đã phát hiện vật thể. Cảm biến hồng ngoại hoạt động đóng vai trò là cảm biến tiệm cận và chúng thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật (như trong robot).

3.2. Cảm biến hồng ngoại thụ động (Pir): 

Cảm biến chỉ có một cảm biến phát hiện bức xạ hồng ngoại và không phát IR từ đèn LED.

Cảm biến hồng ngoại thụ động bao gồm:

Hai dải vật liệu nhiệt điện (một cảm biến nhiệt điện).

Một bộ lọc hồng ngoại (chặn tất cả các bước sóng ánh sáng khác).

Một thấu kính fresnel (thu thập ánh sáng từ nhiều góc độ vào một điểm).

Vỏ bọc bảo vệ (để bảo vệ cảm biến khỏi tác động từ môi trường như độ ẩm, bụi bặm)

  • Nguyên lý hoạt động của PIR: Do nó chỉ có chức năng dò hồng ngoại. Khi có những bức xạ hồng ngoại trong phạm vi cảm biến. Cơ thể con người và động vật luôn phát ra hồng ngoại. Qua đó loại cảm biến này thường dùng để phát hiện chuyển động của con người.
cản biến hồng ngoại là gì

4. Các ứng dụng chính của công nghệ cảm biến hồng ngoại

Thiết bị cảm biến chuyển động trong Nhà Thông Minh Smarthome

Trong hệ sinh thái nhà thông minh Smarthome, bạn sẽ bắt gặp cảm biến chuyển động. Những loại cảm biến chuyển động này đang áp dụng loại cảm biến PIR. Loại cảm biến thụ động này giúp phát hiện sự hiện diện của con người.

Qua đó nhà thông minh có thể tắt, bật đèn, kích hoạt hệ thống an ninh báo động.

Thiết bị truyền lệnh điều khiển

Bạn đã có thể mừng tượng ra là úng dụng gì rồi phải không? Hồng ngoại ứng dụng rất nhiều và khả năng truyền mã lệnh. Mọi thiết bị Remote TV, Điều Hòa, TV Box đều sử dụng cảm biến hồng ngoại.

Các remote phát mã lệnh hồng ngoại đi. Các cảm biến ở thiết bị sẽ thu tín hiệu và chuyển đổi nó. Ở đây đang sử dụng loại cảm biến hồng ngoại chủ động.

Tìm hiểu thêm về giải pháp điều khiển các thiết bị hồng ngoại trong hệ thống nhà thông minh Smarthome.

Thiết bị nhìn đêm

Công nghệ hồng ngoại được thực hiện trong thiết bị nhìn đêm. Trong môi trường không có đủ ánh sáng khả kiến để nhìn thấy không bị che khuất. 

Các thiết bị nhìn đêm chuyển đổi các photon ánh sáng xung quanh thành các electron. Kế đó là khuếch đại chúng bằng cách sử dụng một quá trình hóa học chuyển đổi chúng thành ánh sáng khả kiến.

Thiên văn học hồng ngoại

Thiên văn học hồng ngoại là một lĩnh vực của thiên văn học. Lĩnh vực nghiên cứu các vật thể thiên văn có thể nhìn thấy trong bức xạ hồng ngoại. 

Bằng cách sử dụng kính viễn vọng, hệ thống cảm biến và máy dò trạng thái rắn. Qua đó các nhà thiên văn học có thể quan sát các vật thể trong vũ trụ có phát xạ nhiệt, hồng ngoại.

Các đài quan sát hồng ngoại đã được thiết lập trong không gian như Kính thiên văn vũ trụ Spitzer. Hay đài quan sát không gian Herschel

Hệ thống dẫn đường

Là một hệ thống dẫn đường tên lửa hoạt động bằng cách sử dụng bức xạ điện từ hồng ngoại phát ra từ mục tiêu để theo dõi nó. Các cảm biến trên tên lửa sẽ thu nhận những bức xạ này. 

Chúng thường rất nhạyCác hệ thống tên lửa này thường được gọi là “tên lửa tầm nhiệt”. Vì tia hồng ngoại được bức xạ mạnh bởi các vật thể nóng như người, xe cộ và máy bay.

Lịch sử nghệ thuật và phục hồi

Phản xạ hồng ngoại được sử dụng bởi các nhà sử học nghệ thuật để tiết lộ các lớp ẩn trong tranh. Kỹ thuật phản xạ này rất hữu ích trong việc giúp quyết định xem một bức tranh thật hay là giả.

Các lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác

Các lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác sử dụng cảm biến hồng ngoại bao gồm:

  • Khí hậu học.
  • Khí tượng học.
  • Photobiomodulation.
  • Máy dò khí.
  • Phân tích nước.
  • Xét nghiệm gây mê.
  • Thăm dò dầu khí.
  • An toàn đường sắt.

5. Những lưu ý khi sử dụng cảm biến hồng ngoại trong gia đình

Cảm biến hồng ngoại trong gia đình thường thấy là các cảm biến chuyển động trong nhà thông minh. Hay những remote điều khiển máy lạnh, TV.

Khoảng cách cảm biến thường không quá xa, giao động dưới 10 mét. Nếu khoảng cách qua xa cảm biến sẽ không hoạt động.

Bước sóng hồng ngoại là bước sóng mang năng lượng thấp. Nên an toàn đối với con người và trẻ nhỏ.