Những ứng dụng như bật tắt đèn, mở đóng cửa tự động, điều khiển tivi, thiết bị chống trộm,…đều là những ứng dụng quan trọng của thiết bị cảm biến hồng ngoại.

Vậy cảm biến hồng ngoại là gì? Có cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? CNSG sẽ bật mí ngay trong bài viết này!

Cảm biến hồng ngoại là gì?

Cảm biến hồng ngoại là gì (1)
Cảm biến hồng ngoại là gì (1)

Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là một thiết bị điện tử được dùng với mục đích chính để đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh. 

Bức xạ hồng ngoại là vô hình đối với mắt người, vì bước sóng của nó dài hơn ánh sáng khả kiến mặc dù nó vẫn nằm trên cùng một phổ điện từ. 

Bất cứ thứ gì phát ra nhiệt được xác định bởi mọi thứ có nhiệt độ trên năm độ Kelvin đều phát ra bức xạ hồng ngoại.

Xem thêm

Phân loại cảm biến hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại chủ động (AIR)

  • Có cấu tạo của 1 bộ hồng ngoại chủ động gồm diode phát sáng (LED) và máy thu.
  • Với dạng chủ động này, khi một vật thể đến gần cảm biến, thiết bị sẽ chủ động phát ra ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED sau đó được phản xạ vào vật thể trở lại mà người nhận có thể nhận thấy được. 
  • Ứng dụng này thường được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật (như dùng trong robot).

Cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR)

  • Thiết bị hồng ngoại thụ động chỉ có thể phát hiện được bức xạ phát ra từ các vật thể khác như người, động vật hoặc các nguồn nhiệt nhưng không thể phát ra bức xạ hồng ngoại.
  • Cảm biến hồng ngoại thụ động sẽ có khả năng phát hiện vật thể phát bức xạ hồng ngoại và chuyển tín hiệu thành báo động. Vì vậy người ta gọi đó là thụ động, chỉ phát hiện chứ không phải là nguồn phát ra tia hồng ngoại.

Xem thêm: Phân loại, nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 

Cấu tạo của cảm biến hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm biến ánh sáng. Do đó, thiết bị cảm ứng hồng ngoại có cấu tạo tương tự so với cảm biến ánh sáng.

Cấu tạo cảm biến hồng ngoại bao gồm các chi tiết cơ bản sau:

Đèn led hồng ngoại: đèn này sẽ phát ra nguồn sáng hồng ngoại cho phép con người có thể nhận dạng và nhìn thấy được.

Máy dò hồng ngoại: thiết bị có chức năng nhận tín hiệu và phát hiện bức xạ hồng ngoại phản xạ trở lại.

Điện trở: thiết bị điện trở này có tác dụng cản trở cường độ dòng điện quá lớn chạy quá đèn led để tránh nguy cơ làm hệ thống chập cháy.

Dây điện: có tác dụng kết nối các chi tiết tạo nên cảm biến hồng ngoại hoạt động ổn định.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại

Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại không quá phức tạp, có thể hiểu đơn giản như sau: Bất kỳ một vật thể nào cũng phát ra các bước xạ hồng ngoại, nhiều hoặc ít. Với thiết bị này, khi một người hoặc vật thể lại đi ngang qua thiết bị cảm biến hồng ngoại sẽ xuất hiện 1 tín hiệu. Tín hiệu này sẽ được cảm biến thu vào và cho vào mạch xử lý, tạo tác dụng điều khiển hay báo động khi cần thiết.

Ưu nhược điểm của cảm biến hồng ngoại 

Ưu điểm Nhược điểm 
  • Cảm biến hồng ngoại có ưu điểm lớn với độ nhạy cao trong việc xác định vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại trong không gian. 
  • Thiết kế cảm biến đơn giản nhưng rất chính xác, cho phép xác định khoảng cách của vật thể phát bức xạ hồng ngoại.
  • Thiết bị này được chế tạo có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ và cách thức sử dụng rất đơn giản.
  • Khi hoạt động, thiết bị cảm biến hồng ngoại thường phụ thuộc nhiều vào điều kiện nhiệt độ môi trường. Với những môi trường có nhiệt độ cao, cảm biến sẽ hoạt động kém hiệu quả.
  • Góc và phạm vi quét cảm biến hồng ngoại hạn chế, có nhiều góc chết.
  • Độ nhạy cao nên dễ nhầm lẫn khi phát hiện ra chuyển động.

Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại ngày nay thường được sử dụng trong các thiết bị SmartHome có tác dụng để phát hiện chuyển động của con người, từ đó tự động điều khiển các thiết bị hoạt động theo như lập trình. Các ứng dụng nổi bật của cảm biến hồng ngoại gồm có:

Cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm

Cảm biến hồng ngoại trong ứng dụng chống trộm
Cảm biến hồng ngoại trong ứng dụng chống trộm

Nhờ hoạt động của cảm biến hồng ngoại, khi thiết bị này phát hiện ra các vật thể lạ xâm nhập vào nhà ở các vị trí như hàng rào, ban công, cảm biến hồng ngoại sẽ nhận diện được sẽ kết nối với thiết bị âm thanh phát ra tiếng để báo động chủ nhà để đề phòng và có biện pháp xử lý.

Bật tắt đèn tự động

Ứng dụng cảm biến hồng ngoại bật tắt đèn tự động
Ứng dụng cảm biến hồng ngoại bật tắt đèn tự động

Ứng dụng rất thông minh của cảm biến hồng ngoại trong hệ thống chiếu sáng bằng việc phát hiện chuyển động hoặc tia sóng hồng ngoại phát ra từ con người, cảm biến hồng ngoại này sẽ kết nối với đèn để tự động bật tắt nên rất tiện lợi và tiết kiệm điện năng. 

Cảm biến hồng ngoại thường được lắp đặt ở những vị trí như hàng lang, cầu thang để chiếu sáng lối đi, các khu vực cửa ra vào hoặc nhà vệ sinh.

Giúp truyền lệnh điều khiển

Tia hồng ngoại từ lâu đã được ứng dụng trong các thiết bị như remote tivi, máy lạnh để phát ra tín hiệu điều khiển từ xa. 

Hiện nay, với việc tích hợp cảm biến hồng ngoại trên cả điện thoại thông minh có thể phát ra được tia hồng ngoại, người sử dụng hoàn toàn có thể sử dụng điện thoại thông minh để điều khiển các vật dụng trong không gian sống.

Giúp mở cửa tự động

Cảm biến hồng ngoại trong ứng dụng đóng mở cửa tự động
Cảm biến hồng ngoại trong ứng dụng đóng mở cửa tự động

Cảm biến hồng ngoại được lắp đặt ở vị trí phía trên cánh cửa sẽ phát hiện các chuyển động ra vào từ đó điều khiển cửa đóng hoặc mở cho phù hợp. 

Có thể thấy rõ nhất ứng dụng đóng mở tự động này ở các trung tâm thương mại hay văn phòng làm việc.

Cảm biến hồng ngoại giúp sáng tạo thiết bị nhìn đêm

Nhờ nguyên lý chuyển đổi photon ánh sáng xung quanh thành electron, sau đó khuếch đại bằng chất hóa học sẽ tạo nên thiết bị giúp chúng ta nhìn thấy trong môi trường không có ánh sáng khả kiến. 

Thiết bị này được thường được sử dụng nhiều trong lực lượng quân đội, cảnh sát trong các nhiệm vụ chống trộm, bắt tội phạm,…

Ứng dụng phục hồi tranh ảnh

Trong nghệ thuật, cảm biến hồng ngoại cũng được các nhà nghiên cứu ứng dụng phản xạ hồng ngoại để nghiên cứu và phân tích các lớp ẩn trong các bức tranh nghệ thuật.  

Các đặc điểm của bức tranh như tuổi đời, chất liệu sẽ được thiết bị hồng ngoại này phát hiện và từ đó được nhận định bức tranh là thật hay giả. 

Ứng dụng trong thiên văn

Cảm biến hồng ngoại cũng được ứng dụng trong hệ thống cảm biến kính viễn vọng, việc chế tạo kính thiên văn và máy dò trạng thái rắn. 

Các vật thể phát xạ nhiệt hay hồng ngoại sẽ được máy phát hiện được bằng kính, qua đó giúp nhà thiên văn học có thể quan sát các vật thể trong vũ trụ.

Ứng dụng trong một số lĩnh vực quan trọng khác

Bên cạnh những ứng dụng trên, cảm biến hồng ngoại còn được ứng dụng trong một số các lĩnh vực khác như: thăm dò dầu khí,khí hậu học, an toàn đường sắt, khí tượng học, điều chế quang học, máy dò khí, phân tích độ ẩm, phân tích nước, phân tích khí, thử nghiệm gây mê,…

Lưu ý khi lắp đặt và sử dụng cảm biến hồng ngoại

Để đảm bảo cảm biến hồng ngoại hoạt động đúng với ý đồ mong muốn, người dùng hãy lưu ý một số điều sau khi lắp đặt:

  • Tránh lắp đặt cảm biến ở những vị trí gần các nguồn phát nhiệt, dễ gây ra báo động giả như điều hoà, bếp lửa, lỗ thoát khí và ánh sáng mặt trời vì đầu hồng ngoại rất nhạy cảm với năng lượng hồng ngoại.
  • Không lắp đặt cảm biến hồng ngoại ở những vị trí điểm mù, có vật cản khiến đầu báo không thể phát hiện được mục tiêu.
  • Đầu báo hiệu hồng ngoại cần phải đặt ở đúng với độ cao như trong tài liệu kỹ thuật.
  • Kiểm tra đầu báo kỹ càng sau khi lắp đặt để đảm bảo hoạt động hiệu quả.