Bài giảng mô đun Điều khiển cảm biến

delocking) 
 80 
 Phương pháp bơm xung (pulsed pumping) 
 e. Độ an toàn và ứng dụng. 
 - Laser với cường độ thấp, chỉ là vài miliwatt, cũng có thể nguy hiểm với mắt 
người. Tại bước sóng mà giác mạc mắt và thủy tinh thể có thể tập trung tốt, nhờ tính 
đồng nhất và sự định hướng cao của laser, một công suất năng lượng lớn có thể tập 
trung vào một điểm cực nhỏ trên võng mạc. Kết quả là một vết cháy tập trung phá hủy 
các tế bào mắt vĩnh viễn trong vài giây, thậm chí có thể nhanh hơn. Độ an toàn của 
laser được xếp từ I đến IV. Với độ I, tia laser tương đối an toàn. Với độ IV, thậm chí 
chùm tia phân kỳ có thể làm hỏng mắt hay bỏng da. Các sản phẩm laser cho đồ dân 
dụng như máy chơi CD và bút laser dùng trong lớp học được xếp hạng an toàn từ I, II, 
hay III. 
 - Ứng dụng: Laser được dùng trên mọi lĩnh vực của xã hội hiện đại, như phẫu 
thuật mắt, hướng dẫn phương tiện trong tàu không gian, trong các phản ứng tổng hợp 
hạt nhân... Laser được cho là một trong những phát minh có ảnh hưởng nhất trong thế 
kỉ 20. 
5.3. Điện trở quang và cảm biến quang, tranzitor quang 
5.3.1. Điện trở quang. 
 a. Giới thiệu chung. 
 - Điện trở quang hay quang trở, photoresistor, photocell, LDR (Light-dependent 
resistor), là linh kiện điện tử chế tạo bằng chất đặc biệt có điện trở thay đổi giảm 
theo ánh sáng chiếu vào. Đó là điện trở phi tuyến, phi ohmic. 
 b. Nguyên lý hoạt động. 
 - Quang trở làm bằng chất bán dẫn trở kháng cao và không có tiếp giáp nào. 
Trong bóng tối, quang trở có điện trở đến vài MΩ. Khi có ánh sáng, điện trở giảm 
xuống mức một vài trăm Ω 
 - Hoạt động của quang trở dựa trên hiệu ứng quang điện trong khối vật chất. 
Khi photon có năng lượng đủ lớn đập vào, sẽ làm bật electron khỏi phân tử, trở thành 
tự do trong khối chất và làm chất bán dẫn thành dẫn điện. Mức độ dẫn điện tuỳ thuộc 
số photon được hấp thụ. 
 - Nghĩa là: Khi ánh sáng chiếu tới làm thay đổi giá trị điện trở nên làm thay đổi 
dòng điện qua nó 
 - Tuỳ thuộc chất bán dẫn mà quang trở phản ứng khác nhau với bước 
sóng photon khác nhau. Quang trở phản ứng trễ hơn điốt quang, cỡ 10 ms, nên nó 
tránh được thay đổi nhanh của nguồn sáng [2]. 
 c. Vật liệu chế tạo. 
 - Cadimi sunfua (CdS) và Cadimi selenua (CdSe), nhưng tại châu Âu đang cấm 
dùng cadmi. 
 - Chì(II) sunfua (PbS) và Indi antimonua (InSb) được sử dụng cho vùng 
phổ hồng ngoại. 
 81 
 - Gecu là cảm biến dò hồng ngoại xa tốt nhất, được sử dụng trong thiên 
văn hồng ngoại và quang phổ hồng ngoại. 
 d. Ứng dụng, ký hiệu. 
 * Ứng dụng 
 - Quang trở được dùng làm cảm biến nhạy sáng trong các mạch dò, như trong 
mạch đóng cắt đèn chiếu bằng kích hoạt của sáng tối 
 - Dàn nhạc có guitar điện thì dùng quang trở để nhận biết độ sáng từ dàn đèn 
màu nhạc để tạo hiệu ứng âm thanh. 
 - Trong thiên văn hồng ngoại và quang phổ hồng ngoại, hợp chất Gecu được 
chế thành bảng photocell làm cảm biến ảnh. 
 - Mắc nối tiếp điện trở quang với cuộn dây của rơ le và đóng ngắt nó như một 
công tắc. Hoặc làm điện trở phân cực cho một Transistor 
 +L +L
 D K
 K K K
 D VR
 T
 H H
 LDR
 N LDR
 N 
 a) Mắc trực tiêp b) Phân cực Transistor 
 Hình 5.3. Mạch điều khiển đèn dùng điện trở quang 
 * Ký hiệu: 
 Hình 5.4. Ký hiệu điện trở quang 
5.3.2. Cảm biến quang 
 a. Cơ bản về ánh sáng 
 - Phản xạ ánh sáng trên bề mặt 
 82 
 Hình 5.5. Phản xạ ánh sáng trên bề mặt 
 - Khúc xạ ánh sáng 
 Hình 5.6. Khúc xạ ánh sáng 
 - Ảnh hưởng của bề mặt lên ánh sáng phản xạ 
 Hình 5.7. Ảnh hưởng của bề mặt lên ánh sáng phản xạ 
b. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 
 * Cấu tạo: Gồm bộ phát, bộ thu, mạch xử lý tín hiệu ra 
 83 
 + Bộ Phát sáng: Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED 
(Light Emitting Diode). Ánh sáng được phát ra theo xung giúp cảm biến phân biệt 
được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời 
hoặc ánh sáng trong phòng). Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng 
ngoại hoặc LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá. 
Ngoài ra cũng có LED vàng. 
 + Bộ Thu sáng: Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito 
quang). Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện 
nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC 
 (Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận 
quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể 
nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thu-phát), hoặc ánh sáng 
phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán). 
 + Mạch xử lý tín hiệu ra: Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ 
tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được 
vượt quá mức ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Mặc dù 
một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm 
rơ-le (relay) vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu ra 
bán dẫn (PNP/NPN). Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho các 
ứng dụng đo đếm. 
 * Nguyên tắc hoạt động 
 Hình 5.8. Sơ đồ nguyên lý 
 - Lượng ánh sáng nhận về sẽ đượcchuyển tỉ lệ thành tín hiệu điện áp (hoặc dòng 
điện) và sau đó được khuếch đại. 
 - Sensor xuất tín hiệu ra báo có vật nếu mức điện áplớn hơn mức ngưỡng 
 c. Phân loại cảm biến quang 
 - Độ tin cậy cao 
 - Khoảng cách phát hiện xa: Tối đa 60m (E3Z) 
 - Không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc vật 
 84 
 Hình 5.9. Cảm biến quang thu phát độc lập 
* Cảm biến thu phát chung – phản xạ gương (Retro Replective) 
- Độ tin cậy cao 
- Giảm bớt dây dẫn, phát hiện tối đa 15m 
- Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng loáng 
 Hình 5.10. Cảm biến thu phát chung – phản xạ gương 
* Cảm biến quang thu phát chung – khuếch tán (Diffuse Replective) 
- Dễ lắp đặt, phát hiện tối đa 2m 
- Bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc vật, ảnh hưởng nền 
 85 
 Hình 5.11. Cảm biến quang Thu Phát Chung – Khuyếch Tán 
 * Cảm biến quang loại phản xạ giới hạn (Limited Reflective) 
 - Chỉ phát hiện vật trong vùng phát hiện giới hạn 
 - Không bị ảnh hưởng bởi màu nền sau vùng cảm biến 
 - Lý tưởng cho nhiều ứng dụng cần triệt tiêu nền 
 Hình 5.12. Cảm biến quang loại phản xạ giới hạn 
 * Cảm biến quang loại phát hiện màu 
 - Độ tin cậy cao 
 - Dễ sử dụng 
 - Có thể dạy cho cảm biến màu của vật (chức năng teach) 
5.3.3. Tranzitor quang 
 - Là loại Transistor NPN nhưng khác là vùng Base được chiếu sáng, không có 
điện áp đặt lên cực B chỉ có điện áp đặt lên cực C và lớp chuyển tiếp BC phân cực 
ngược 
 Dßng ®iÖn tö
 Collector
 C N
 E B P E
 Base
 E N
 Emitter
 Dßng lç trèng
 Hình 4.13. Phân cực Transistor quang 
 86 
 - Để làm việc được người ta phải cung cấp cho nó một nguồn điện E nào đó để 
đảm bảo đủ điều kiện phân cực cho nó 
 BC – phân cực ngược 
 BE – phân cực thuận 
 - Khi có ánh sáng chiếu vào cực B thì tại đó các điện tử và lỗ trống được tạo 
thành. Các điện tử tự do sẽ di chuyển về phía tiếp giáp BC và sang vùng C. Khi đó B 
chỉ còn lại các lỗ trống 
 Vậy: Miền B gồm các lỗ trống, miền E gồm các điện tử, tiếp giáp BE được 
phân cực thuận 
 - Do các điện tử có sẵn ở E sẽ chuyển động sang B theo quán tính nó sẽ vượt 
qua tiếp giáp BC đến C và về cực dương của nguồn. Kết hợp với dòng điện tử do phân 
cực ngược của lớp tiếp giáp BC ta được dòng điện tử chuyển động khi đó Transistor 
mở và dẫn dòng 
 - Trong trường hợp không có ánh sáng chiếu vào cực B, Transistor khóa không 
cho dòng điện chạy qua nó, chỉ có dòng điện dò rât nhỏ do các điện tử tự do được sinh 
ra do nhiệt độ 
 - Khi cường độ sáng chiếu tới biến thiên theo quy luật nào đó thì dòng điện qua 
Transistor cũng biến thiên theo quy luật ấy 
5.4. Các bài tập ứng dụng 
5.4.1. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến thu phát quang. 
5.4.2. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại. 
5.4.3. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến quang trở. 
5.4.4. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến khói. 
 CÂU HỎI ÔN TẬP 
Câu hỏi 1: Nêu tính chất của ánh sáng và các đơn vị đo quang ? 
Câu hỏi 2: Kể tên các nguồn sáng thường sử dụng thông dụng nhất ? 
Câu hỏi 3: Trình bày cấu tạo, nguyên lý, đặc điểm của đèn sợi đốt ? 
Câu hỏi 4: Trình bày cấu tạo, nguyên lý, đặc điểm, ký hiệu của diode phát quang ? 
Câu hỏi 5: Trình bày cấu tạo, nguyên lý, phân loại, các chế độ hoạt động, độ an toàn 
và ứng dụng của Laser ? 
Câu hỏi 6: Trình bày giới thiệu chung, nguyên lý, vật liệu chế tạo, ứng dụng, ký hiệu 
điện trở quang ? 
Câu hỏi 7: Trình bày các bước kết nối, khảo sát cảm biến thu phát quang ? 
Câu hỏi 8: Trình bày các bước kết nối, khảo sát cảm biến quang trở ? 
Câu hỏi 9: Trình bày các bước kết nối, khảo sát cảm biến khói ? 
 87 
 Phần 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 
 a. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến thu phát quang 
 PHIẾU HƯ ỚNG DẪN THỰC HÀNH 
CÔNG VTÊC: Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm biến thu 1/B5/MĐ
 phát quang 20 
Bước Nội dung Yêu cầu kỹ Dụng cụ, trang thiết 
 Ghi chú 
công việc thuật bị 
Bước 1 - Lựa chọn dụng cụ, thiết - Lựa chọn đúng - Nguồn điện xoay chiều 
 bị, vật tư đủ dụng cụ, thiết - Nguồn điện một chiều 
 bị, vật tư - Dây kết nối 
 - Đồng hồ VOM 
 - Cảm biến thu phát quang 
Bước 2 - Kiểm tra dụng cụ, thiết bị, - Lựa chọn phù - Nguồn điện xoay chiều 
 vật tư hợp - Nguồn điện một chiều 
 - Thao tác đúng, - Dây kết nối 
 chuẩn xác - Đồng hồ VOM 
 - Cảm biến thu phát quang 
Bước 3 * Kết nối dây - Dây kết nối - Nguồn điện xoay chiều 
 + Cấp nguồn cho bộ thu: hợp lý, chắc - Nguồn điện một chiều 
 chắn, gọn gàng 
 - Từ +24VDC Panel nguồn - Dây kết nối 
 nối +24V bộ thu 
 - Đồng hồ VOM 
 - Từ GND Panel nguồn nối 
 - Cảm biến thu phát quang 
 GND bộ thu 
 - Rơ le 24VDC 
 + Cấp nguồn cho bộ phát: 
 - Từ +24VDC Panel nguồn 
 nối 12 - 24V bộ phát 
 - Từ GND Panel nguồn nối 
 GND bộ phát 
 - Từ OUT nối với chân số 7 
Bước 4 * Kiểm tra, cấp nguồn, - Dây kết nối - Nguồn điện xoay chiều 
 khảo sát mạch điện hợp lý, chắc - Nguồn điện một chiều 
 - Di chuyển vật chuẩn (kim chắn, gọn gàng - Dây kết nối 
 loại) vào vùng làm việc của - Mạch điện hoạt 
 - Đồng hồ VOM 
 cảm biến rơ le tác động động theo đúng 
 - Cảm biến thu phát quang 
 đóng nguyên lý 
 - Rơ le 24V 
 - Di chuyển vật chuẩn (kim DC
 loại) ra khỏi vùng làm việc 
 của cảm biến rơ le ngắt 
 88 
 b. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại 
 PHIẾU HƯ ỚNG DẪN THỰC HÀNH 
CÔNG VTÊC: Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm biến hồng 1/B5/MĐ
 ngoại 20 
Bước Nội dung Yêu cầu kỹ Dụng cụ, trang thiết 
 Ghi chú 
công việc thuật bị 
Bước 1 - Lựa chọn dụng cụ, thiết - Lựa chọn đúng - Nguồn điện xoay chiều 
 bị, vật tư đủ dụng cụ, thiết - Dây kết nối 
 bị, vật tư - Đồng hồ VOM 
 - Cảm biến hồng ngoại 
Bước 2 - Kiểm tra dụng cụ, thiết bị, - Lựa chọn phù - Nguồn điện xoay chiều 
 vật tư hợp - Dây kết nối 
 - Thao tác đúng, - Đồng hồ VOM 
 chuẩn xác - Cảm biến hồng ngoại 
Bước 3 * Kết nối dây - Dây kết nối - NguRơ leồn 220V điện xoay chiều 
 - Từ 220V Panel nguồn nối hợp lý, chắc - Dây kết nối 
 chắn, gọn gàng 
 L - Đồng hồ VOM 
 - Từ 0V Panel nguồn nối N 
 - Cảm biến hồng ngoại 
 - Từ 220V OUT (đỏ) nối 
 - Rơ le 220VAC 
 với chân số 2 của Rơ le 
 - Từ 220V OUT (xanh) nối 
 với chân số 7 của Rơ le 
 - Từ 2 nối với 8 
Bước 4 * Kiểm tra, cấp nguồn, - Dây kết nối - Nguồn điện xoay chiều 
 khảo sát mạch điện hợp lý, chắc - Dây kết nối 
 - Di chuyển vật chuẩn (kim chắn, gọn gàng - Đồng hồ VOM 
 loại) vào vùng làm việc của - Mạch điện hoạt - Cảm biến hồng ngoại 
 cảm biến còi kêu động theo đúng 
 - Rơ le 220VAC 
 - Di chuyển vật chuẩn (kim nguyên lý 
 loại) ra khỏi vùng làm việc 
 của cảm biến còi ngắt 
 89 
 c. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến quang trở 
 PHIẾU HƯ ỚNG DẪN THỰC HÀNH 
 CÔNG VTÊC: Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm biến 3/B5/MĐ
 quang trở 20 
Bước Nội dung Yêu cầu kỹ Dụng cụ, trang thiết 
 Ghi chú 
công việc thuật bị 
Bước 1 - Lựa chọn dụng cụ, thiết - Lựa chọn đúng - Nguồn điện xoay chiều 
 bị, vật tư đủ dụng cụ, thiết - Dây kết nối 
 bị, vật tư - Đồng hồ VOM 
 - Cảm biến quang trở 
Bước 2 - Kiểm tra dụng cụ, thiết bị, - Lựa chọn phù - Nguồn điện xoay chiều 
 vật tư hợp - Dây kết nối 
 - Thao tác đúng, - Đồng hồ VOM 
 chuẩn xác - Cảm biến quang trở 
Bước 3 * Kết nối dây - Dây kết nối- Nguồn điện xoay chiều 
 - Từ 220V Panel nguồn nối hợp lý, chắc - Dây kết nối 
 chắn, gọn gàng 
 L - Đồng hồ VOM 
 - Từ 0V Panel nguồn nối N 
 - Cảm biến quang trở 
 - Từ xanh lá 220V OUT 
 nối điểm đầu đèn 
 - Từ xanh dương 220V 
 OUT nối điểm cuối đèn 
Bước 4 * Kiểm tra, cấp nguồn, - Dây kết nối - Nguồn điện xoay chiều 
 khảo sát mạch điện hợp lý, chắc - Dây kết nối 
 - Khi không có ánh sáng chắn, gọn gàng - Đồng hồ VOM 
 chiếu vào quang trở thì - Mạch điện hoạt - Cảm biến quang trở 
 bóng đèn sáng động theo đúng 
 - Khi có ánh sáng chiếu vào nguyên lý 
 quang trở thì bóng đèn tắt 
 90 
 d. Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến khói 
 PHIẾU HƯ ỚNG DẪN THỰC HÀNH 
CÔNG VTÊC: Kết nối dây, khảo sát nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm biến 4/B5/MĐ2
 khói 0 
Bước Nội dung Yêu cầu kỹ Dụng cụ, trang thiết 
 Ghi chú 
công việc thuật bị 
Bước 1 - Lựa chọn dụng cụ, thiết - Lựa chọn đúng - Nguồn điện xoay chiều 
 bị, vật tư đủ dụng cụ, thiết - Nguồn điện một chiều 
 bị, vật tư - Dây kết nối 
 - Đồng hồ VOM 
Bước 2 - Kiểm tra dụng cụ, thiết bị, - Lựa chọn phù - Nguồn điện xoay chiều 
 vật tư hợp - Dây kết nối 
 - Thao tác đúng, - Đồng hồ VOM 
 chuẩn xác - Cảm biến khói 
Bước 3 * Kết nối dây - Dây kết nối - Nguồn điện xoay chiều 
 - + 24VDC Modul nguồn hợp lý, chắc - Dây kết nối 
 chắn, gọn gàng 
 nối + 24V Modul khói - Đồng hồ VOM 
 - GND Modul nguồn nối 
 - Cảm biến khói 
 GND Modul khói 
 - Rơ le 24VDC 
 - COM nối + 24VDC 
 - NO nối với chân 2 của rơ 
 le 24VDC 
Bước 4 * Kiểm tra, cấp nguồn, - Dây kết nối - Nguồn điện xoay chiều 
 khảo sát mạch điện hợp lý, chắc - Dây kết nối 
 - Khi cảm biến cảm nhận chắn, gọn gàng - Đồng hồ VOM 
 không có khói đèn led nhấp - Mạch điện hoạt - Cảm biến khói 
 nháy động theo đúng 
 - Rơ le 24VDC 
 - Khi cảm biến cảm nhận nguyên lý 
 có khói đèn led sáng rơ le 
 đóng. 
 - Hêt khói cảm biến re set 
 khoảng 5 – 6 phút 
 91 
 XÁC NHẬN KHOA 
 Bài giảng môn học/mô đun “kỹ thuật cảm biến” đã bám sát các nội dung trong 
chương trình môn học, mô đun. Đáp ứng đầy đủ các nội dung về kiến thức, kỹ năng, năng lực 
tự chủ trong chương trình môn học, mô đun. 
Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho môn học, mô đun kỹ thuật cảm biến thay thế cho giáo 
trình. 
 Người biên soạn Lãnh đạo Khoa 
 ( Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên) 
 Đinh Phương Thùy Đỗ Xuân Sinh 
 92 
93