`TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO MÔN CÔNG NGHỆ CẢM BIẾN Y SINH Đề tài: CẢM BIẾN ĐO NỒNG ĐỘ OXY TRONG MÁU MAX30100 TP HCM, tháng 05 năm 2019 LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian kể từ nghiên cứu đề tài đến nay, nhóm nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ thầy Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Trường Duy tận tâm hướng dẫn nhóm tất tâm huyết mình, tạo điều kiện cho chúng em làm đề tài đóng góp ý kiến cho nhóm suốt thời gian làm đề tài Làm việc với thầy chúng em học hỏi nhiều điều bổ ích Trong q trình nghiên cứu đề tài, nhóm chúng em khơng sót khỏi sơ suất, mong thầy bỏ qua dẫn nhóm em làm tốt Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẢM BIẾN 1.1 Khái niệm cảm biến 1.2 Phân loại cảm biến 1.3 Khảo sát phương pháp đo nước CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THỰC TIỄN 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.2 Quá trình vận chuyển Oxy thể 2.3 Độ bão hòa oxy máu 2.4 Tại cần phải xác định nồng độ oxy bão hòa máu? CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN MAX30100 3.1 Giới thiệu 3.2 Đặc điểm cảm biến 3.3 Sơ đồ chân thông số kỹ thuật 10 3.4 Nguyên lý hoạt động 11 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN MAX30100 14 PHẦN 3: KẾT LUẬN 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 PHẦN 1: TỔNG QUAN Lý chọn đề tài Dấu hiệu sinh tồn sống bao gồm dấu hiệu: mạch, nhiệt độ, huyết áp, nhịp thở Trong ca cấp cứu khẩn cấp người ta luôn phải đo thông số để theo dõi bệnh nhân Ngày nay, khoa học phát triển người ta đưa thêm vào dấu hiệu sinh tồn thứ nồng độ bão hòa Oxy máu Nếu máu thiếu oxy phản ứng oxy hóa thể chậm khơng đủ đáp ứng nhu cầu lượng cho thể, ra, thiếu oxy ảnh hưởng đến trình trao đổi chất, thể khơng thể đào thải chất độc ngồi… Do đó, người bệnh người bình thường, việc xác định nhanh chóng xác nồng độ oxy bão hòa máu cần thiết Báo cáo nhằm tìm hiểu cảm biến đo nồng độ oxy máu MAX30100, phương pháp đo nồng độ bão hòa Oxy máu, cách kết nối sử dụng cảm biến để làm sản phẩm phục vụ cho sống Mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu cấu tạo, đặc điểm kỹ thuật, nguyên lý hoạt động ứng dụng cảm biến đo nồng độ oxy máu MAX30100 Đối tượng, pham vi nghiên cứu Đề tài tập trung chủ yếu vào tìm hiểu nghiên cứu cảm biến MAX30100, không sâu vào thiết kế máy đo nồng độ oxy máu PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẢM BIẾN 1.1 Khái niệm cảm biến Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng khơng có tính chất điện cần đo thành đại lượng đo xử lý Các đại lượng đo (M) thường khơng có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất, trọng lượng…) tác động lên cảm biến cho ta đại lượng đặc trưng (S) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hay trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng Đặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo (M) S = F(M) Người ta gọi (S) đại lượng đầu phản ứng cảm biến (M) đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc đại lượng cần đo) Thông qua đo đạc (S) cho phép nhận biết giá trị (M) 1.2 Phân loại cảm biến Có nhiều loại cảm biến khác chia hai nhóm chính:  Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng, tử ngoại, hồng ngoại, tia X, tia gamma, hạt xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, rung động, khoảng cách, chuyển động, gia tốc, từ trường, trọng trường,  Cảm biến hóa học: độ ẩm, độ PH, ion, hợp chất đặc hiệu, khói, Các loại cảm biến sử dụng phổ biến phân loại dựa số liệu cảm biến điện điện cảm biến từ, cảm biến độ ẩm, cảm biến vận tốc chất lỏng cảm biến dòng chảy, cảm biến mức, cảm biến khí, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt nhiệt nhiệt độ, cảm biến tiệm cận, cảm biến quang học , Cảm biến vị trí, cảm biến hóa học, cảm biến môi trường, cảm biến chuyển đổi từ, vv… 1.3 Khảo sát phương pháp đo ngồi nước Có nhiều phương pháp để đo xác định nhịp tim khác ngồi nước Nhìn chung phương pháp đo giống nhau, khác hình thức đo chia làm ba phương pháp là: thủ công, xâm lấn, không xâm lấn Phương pháp 1: Phương pháp thủ công Đo nhịp tim nhấn ngón tay: Sử dụng măt ngón tay áp sát vào mặt cổ tay bên - chỗ có nếp gấp cổ tay (hai tay ngược nhau) Bấm nhẹ vào cảm thấy nhịp đập Nếu cần thiết, di chuyển ngón tay xung quanh bạn cảm thấy nhịp đập Sau dùng đồng hồ để xác định số nhịp tim Hoặc đặt ngón tay vào bên cổ nơi giao khí quản lớn cổ Bấm nhẹ bạn cảm thấy nhịp đập Hình: Cách đo thủ công tay Đo nhịp tim dùng ống nghe: đeo tai nghe kiểm tra ống nghe, mùa đông cần xoa làm ấm loa nghe trước nghe Đặt ống nghe lên vị trí nghe tim, lần đặt ống nghe 10 -20 giây Sau dùng đồng hồ để xác định số nhịp tim Hình: Đo thủ công ống nghe > Nhận xét: phương pháp phổ biến ,đơn giản, dễ đo Chi phí đo khơng đáng kể Kết đo có độ xác phụ thuộc vào người đo, có sai sót chênh lệch thời gian đếm người đo đồng hồ đếm thời gian Tốn nhiều thời gian, công sức để đo Phương pháp 2: Phương pháp xâm lấn Sử dụng điện cực để đo nhịp tim khoảng thời gian, dòng điện từ nguồn qua điện cực vào thể phản hồi lại thông tin nhịp tim Trước đo phải cần lưu ý vấn đề: không ăn uống, không sử dụng loại phấn, dầu hay mỹ phẩm vùng ngực Các điện cực gắn lên vùng ngực cồn khử trùng, dùng dán cố định dây điện cực, dụng cụ khởi động đo liên tục từ 24-48 tiếng, liệu lưu trữ vào nhớ > Nhận xét: phương pháp có độ xác cao, sử dụng nhiều bệnh viện, trung tâm khám sức khỏe, đo nhiều thơng số khoảng thời gian Nhưng gây tác dụng phụ dị ứng da tiếp xúc dòng điện cực hay chất để dán cố định, gây cảm giác khó chịu Vì thiết bị đại nên sai số trung bình thiết bị đo 1% chi phí trung bình lần đo 150 USD Hình: Đo điện cực Phương pháp 3: Phương pháp không xâm lấn Khi tim đập, máu dồn khắp thể qua động mạch, tạo thay đổi áp suất thành động mạch lượng máu chảy qua động mạch Vì ta đo nhịp tim cách đo thay đổi Khi lượng máu thành động mạch thay đổi làm thay đổi mức hấp thụ ánh sáng động mạch, tia sáng truyền qua động mạch cường độ ánh sáng sau truyền qua biến thiên đồng với nhịp tim Khi nhịp tim giãn ra, lượng máu qua động mạch nhỏ nên hấp thụ ánh sáng, ánh sáng sau truyền qua động mạch có cường độ lớn, ngược lại tim co vào, lượng máu qua động mạch lớn hơn, ánh sáng sau truyền qua động mạch có cường độ nhỏ hơn.Ánh sáng sau truyền qua ngón tay gồm hai thành phần AC DC + Thành phần DC đặc trưng cho cường độ ánh sáng cố định truyền qua mô, xương tĩnh mạch + Thành phần AC đặc trưng cho cường độ ánh sáng thay đổi lượng máu thay đổi truyền qua động mạch, tần số tín hiệu đồng với tần số nhịp tim Hình 2.3: Đo quang học > Nhận xét: có độ xác cao, đơn giản, dễ sử dụng, thiết bị gọn nhẹ, sử dụng thoải mái, khơng gây khó chịu, thời gian đo nhanh Các phương pháp quang học có đánh giá sai số 15% chi phí trung bình 20USD Ngồi nhiều phương pháp khác để đo nhịp tim điện tâm đồ, Phonocardiogram (PCG), huyết dạng sóng áp lực xung mét, phương pháp đo sử dụng nhiều lâm sàng nhìn chung tốn CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THỰC TIỄN 2.1 Cơ sở lý thuyết Sự cần thiết Oxy máu Cơ thể người cần oxy để sống Đối với thể người cần cho trình hơ hấp, cần cho q trình oxy hóa xảy thể Tất quan thể cần oxy để chuyển hóa chất não tim quan nhạy cảm với việc thiếu oxy 2.2 Quá trình vận chuyển Oxy thể Oxy vận chuyển thể nhờ gắn với loại protein có chứa sắt tên hemoglobin (Hb) có hồng cầu Sau nhịp thở vào, Oxy gắn với Hb máu chúng qua mao mạch phổi Tim bơm máu khắp thể để cung cấp Oxy cho mô Oxy vận chuyển máu dạng kết hợp kết loạt phản ứng thuận nghịch xảy oxy Hb để tạo thành oxyhaemoglobin (HbO2) Sự kết hợp O2 Hb tỉ lệ thuận với phân áp oxy máu Khi phân áp oxy tăng dần từ – 100mmHg, tỷ lệ % hòa tan HbO2 tăng dần tói 97% Ngược lại, phân áp oxy giảm từ 100 – 0mmHg tỷ lệ % bão hòa HbO2 giảm dần theo tỉ lệ 2.3 Độ bão hòa oxy máu Do khí oxy vận chuyển dạng hòa tan nhỏ so với dạng kết hợp nên nồng độ oxy bão hòa máu chủ yếu xác định tỷ lệ % hòa tan HbO Một phân tử Hb gắn với phân tử oxy Nếu tất phân tử Hb máu gắn với oxy, lúc ta nói độ bão hòa oxy 100% Hầu hết phân tử Hb gắn với oxy chúng qua phổi Một người khỏe mạnh bình thường thở khơng khí mực nước biển có độ bão hòa oxy động mạch 95 – 100% Độ bão hòa oxy: SpO2 = 𝐶(𝐻𝑏𝑂2 ) × 100% 𝐶(𝐻𝑏𝑂2 )+𝐶(𝐻𝑏) C (Hb): nồng độ hemoglobin khơng bị oxy hóa (nhạy với ánh sáng hồng ngoại) C (HbO2): nồng độ hemoglobin oxy hóa nhạy với ánh sáng đỏ) Các thông số chịu ảnh hưởng độ cao vị trí địa lý Máu tĩnh mạch trở từ mơ có chứa Oxy độ bão hòa thường khoảng 75 % 2.4 Tại cần phải xác định nồng độ oxy bão hòa máu? Khi thể hoạt động tiêu tốn lượng thể đòi hỏi thường xuyên cung cấp lượng qua oxy hóa chất dinh dưỡng, q trình xảy chủ yếu mô tế bào Nếu máu thiếu oxy phản ứng oxy hóa chậm không đủ đáp ứng nhu cầu lượng cho thể, thiếu oxy ảnh hưởng đến trình trao đổi chất thể, thể khó đào thải chất đọc ngồi Do đó, người bệnh người bình thường việc xác định nhanh chóng xác thơng số nồng độ oxy bão hòa máu cần thiết CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN MAX30100 3.1 Giới thiệu Module tích hợp Cảm biến MAX30100 hãng Maxim, có khả đo nồng độ Oxy máu nhịp tim Đó cảm biến quang học, Cảm biến nhịp tim MAX30100 có xử lý tín hiệu tương tự với độ nhiễu thấp giúp cảm biến hoạt động xác ổn định cao Đồng thời thiết kế nhỏ gọn sử dụng làm thiết bị đeo tay dễ dàng giao tiếp với MCU, Arduino Raspberry Pi Cảm biến nhịp tim Oxy máu MAX30100 ứng dụng nhiều lĩnh vực y sinh, đo nồng độ oxi máu đo nhịp tim Cảm biến sử dụng phương pháp đo quang phổ biến nay, với thiết kế chất liệu mắt đo từ hãng Maxim cho độ xác độ bền cao, độ nhiễu thấp Ngoài ra, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C dễ tiếp cận với Arduino Hình1: Module tích hợp Cảm biến MAX30100 3.2 Đặc điểm cảm biến  Tích hợp IC Max30100 Maxim cảm biến quang học gồm led tối ưu giảm nhiễu  Sử dụng nguyên lý đo hấp thụ quang học máu  Tốc độ lấy mẫu trạng thái led lập trình phục vụ cho mục đích tiết kiệm lượng  Giao tiếp thơng qua kết nối thông minh I2C  Siêu tiết kiệm lượng, giúp tăng tuổi thọ pin cho ứng dụng đeo tay  Giải pháp tích hợp đo nhịp tim oxi máu thiết bị 3.3 Sơ đồ chân thông số kỹ thuật Mô tả chân kết nối cảm biến nhịp tim MAX30100: Hình 2: Sơ đồ chân MAX30100 Thứ tự chân Kí hiệu Loại Mô tả VIN Power Nguồn cấp 1.8V - 5.5V (khuyên dùng 5V) SCL Input I2C SCL SDA I/O I2C SDA INT Output Chân INT MAX30100 IRD Chân IR_DRV MAX30100 RD Chân R_DRV MAX30100 GND Power Điện áp đất 0V Thơng số kỹ thuật chính: 10 IC: MAX30100 Điện áp hoạt động: 1.8 - 5.5 VDC (khuyên dùng 5V) Dòng hoạt động thấp: 0.7µA Giao tiếp I2C với chân INT Nhiệt độ hoạt động -400C đến +850C Kích thước: 19 x 14 x (mm) Khối lượng: 5g 3.4 Nguyên lý hoạt động Hình 3: Sơ đồ khối hệ thống Ánh sáng phát từ đèn led, chiếu vào tay sau bị phản xạ lại Các tia phản xạ trở lại từ da phụ thuộc không phổ hấp thụ máu mà cấu trúc sắc tố da Nồng độ Oxy bão hồ đo phân tích tín hiệu ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại thông qua nhịp đập Những ánh sáng thu photodiode sau tán xạ trở lại từ bề mặt da Photodiode hấp thụ ánh sáng chuyển qua chuyển đổi ADC, 11 chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Ánh sáng từ led vào tế bào bị tán xạ chuyển động hồng cầu tế bào không dịch chuyển phần ánh sáng tán xạ đến photodiode máy đo tính tốn đo giá trị Oxy bão hồ máu động mạch Sơ đồ chức năng: Hình 4: Sơ đồ chức Hai Led hấp thụ ánh sáng đỏ ánh sáng hồng ngoại với hai bước sóng 660nm 880nm Một photodiode hấp thụ tổng hợp ánh sáng từ hai đèn Led, chuyển đổi lượng ánh sáng thành dòng điện Sau cho qua ADC chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Bộ xử lý tín hiệu có tích hợp thêm cảm biến nhiệt độ để bù lại thay đổi nồng độ oxy máu SPO2 nhiệt độ mơi trường thay đổi Sau thơng qua khuếch đại tầng với lọc để loại bỏ nhiễu 50 / 60Hz tiếng ồn xung quanh 12 Hình 5: Sơ đồ cho khuếch đại với lọc Bandpass Ta có hàm truyền lọc: 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛 = 𝑅2 +𝑅3 𝑅2 𝑅 𝑅 𝐶 𝐶1 𝑅1 (1+ ) 𝑅2 +𝑅3 (1+𝑅3 𝐶2 )(1+𝑅1 𝐶1 ) Độ lợi: Gain = 𝑅2 +𝑅3 𝑅2 Sau lọc khuếch đại, sau cần đưa qua khối ADC để đọc tín hiệu qua đường I2C ADC với độ phân giải 16 bit Tốc độ liệu đầu ADC lập trình từ 50Hz đến 1kHz Khối Led Drivers cho phép chọn hai chế độ đo nồng độ oxy máu đo nhịp tim MAX30100 hệ thống cảm biến nhịp tim nhịp tim hoàn chỉnh thiết kế cho nhu cầu thiết bị đeo MAX30100 thiết kế có kích thước nhỏ mà không làm giảm hiệu suất quang điện Bộ xử lý tín hiệu cảm biến cho phép kết nối với vi điều khiển vi xử lý qua giao tiếp I2C 13 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN MAX30100 Cảm biến nhịp tim Oxy máu MAX30100 ứng dụng nhiều lĩnh vực y sinh, đo nồng độ oxi máu đo nhịp tim Cảm biến sử dụng phương pháp đo quang phổ biến nay, với thiết kế chất liệu mắt đo từ hãng Maxim cho độ xác độ bền cao, độ nhiễu thấp Ngoài ra, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C dễ tiếp cận với Arduino Cách kết nối module cảm biến nhịp tim MAX30100 với Arduino: Kết nối module MAX30100 Arduino hình bên Chú ý cần mắc điện trở 4.7KΩ kéo lên cho hai đường SCL SDA I2C Hình 6: Cách kết nối module cảm biến MAX30100 với Arduino Module cảm biến nhịp tim MAX30100 cảm biến thiết kế nhỏ gọn ổn định Hoạt động dựa nguyên lý đo nhịp tim phương pháp hấp thụ quang học Khi áp mặt cảm biến vào da, nơi có mạch máu chảy (thường áp vào tai, đầu ngón tay, để dễ kẹp) đầu phát phát ánh sáng vào da Dòng ánh sáng bị khuếch tán xung quanh Do bị ép vào nên lượng máu phần cảm biến thay đổi, cụ thể lượng máu thành động mạch thay đổi mức độ hấp thu ánh sáng động mạch thay 14 đổi Do cường độ ánh sáng di chuyển qua cường độ ánh sáng phản xạ cảm biến biến thiên đồng với nhịp tim Về nguyên tắc đặt nguồn sáng Photodiode nơi cở thể mà có chứa động mạch Nhiễu ánh sáng mơi trường vào Photodiode coi không đổi nên phép đo tin cậy tín hiệu ánh sáng Photodiode nhận lớn Nếu đặt cảm biến khuỷu tay hay cổ tay có lợi áp suất máu động mạch biến động lớn, ánh sáng phải truyền qua bề dày lớn thể nên bị hấp thụ nhiều mô xương, mà độ nhạy Photodiode có giới hạn để thu kết mong muốn, cường độ nguồn sáng phải lớn, hao phí lượng khó ổn định cường độ nguồn sáng Nếu đặt cảm biến vành tai: nơi mà ánh sáng cần qua bề dày nhỏ thể, có lợi cường độ ánh sáng Photodiode nhận lớn động mạch bé, mức độ biến thiên cường độ ánh sáng nhận nhỏ so với tồn ánh sáng nhận được, nên tín hiệu điện nhận khơng đủ độ tin cậy Hình 7: Vị trí đặt nguồn sáng cảm biến Vị trí đặt nguồn sáng Photodide hợp lý nhất: đầu ngón tay Tuy động mạch khơng lớn quãng đường ánh sáng phải truyền qua lại không nhiều nên 15 cần dùng LED để làm nguồn sáng, kết mức độ biến thiên cường độ sáng nhận lớn so với toàn ánh sáng nhận được, tỷ số biên độ tín hiệu với chiều đủ lớn để phần xử lý tín hiệu hoạt động đưa kết xác Khi ánh sáng truyền qua đầu ngón tay, bị hấp phần nhỏ động mạch, phần lớn bị hấp thụ mơ xương điều may mắn hệ số hấp thụ mô xương ánh sáng không đổi theo thời gian, nên cường độ ánh sáng Photodiode nhận biến thiên theo nhịp tim chiều, tín hiệu hình, hồn tồn tin tưởng tính đồng tín hiệu nhận với nhịp tim Đo lượng oxy hòa tan máu người bệnh: + Nếu lượng Oxy máu hòa tan khoảng: 97% - 99%: oxy máu tốt + Nếu lượng Oxy máu hòa tan khoảng: 94%-96%: oxy máu tốt – Cần cho thở thêm Oxy + Nếu lượng Oxy máu hòa tan khoảng: 90%-93%: oxy máu thiếu – Nên có y tá bác sỹ cho tham khảo ý kiến đến bệnh viện gần + Bão hòa oxy thấp 90 % cấp cứu lâm sàng 16 PHẦN 3: KẾT LUẬN Khí oxy cần cho sống lồi người Khí oxy có khí trời Khi thở oxy vào phổi Máu mà thành phần quan trọng máu Hemoglobine (Hb) vận chuyển oxy từ phổi đến nơi cần thiết thể để đảm bảo sống Vì vậy, việc biết nồng độ oxy máu quan trọng Module tích hợp Cảm biến MAX30100 có khả đo nồng độ Oxy máu nhịp tim Đó cảm biến quang học, phát hai bước sóng ánh sáng từ hai đèn LED - LED đỏ LED hồng ngoại sau đo hấp thụ xung huyết (pulsing blood) cách thu tín hiệu thơng qua cảm biến ánh sáng (photodetector) Sự kết hợp màu LED đặc biệt tối ưu hóa để đọc liệu đầu ngón tay ứng dụng nhiều lĩnh vực y sinh, cảm biến sử dụng phương pháp đo quang phổ biến nay, với thiết kế chất liệu mắt đo từ hãng Maxim cho độ xác độ bền cao, độ nhiễu thấp Ngoài ra, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C dễ tiếp cận với Arduino 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Quang Hồi, Gíao trình Kỹ Thuật Cảm Biến, xuất tháng 10 năm 2019 [2] KS Phạm Quang Huy, TS Trương Đình Nhơn, Hướng Dẫn Sử Dụng Arduino, xuất tháng năm 2017 18 ... từ, cảm biến độ ẩm, cảm biến vận tốc chất lỏng cảm biến dòng chảy, cảm biến mức, cảm biến khí, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt nhiệt nhiệt độ, cảm biến tiệm cận, cảm biến quang học , Cảm biến. .. nhanh chóng xác nồng độ oxy bão hòa máu cần thiết Báo cáo nhằm tìm hiểu cảm biến đo nồng độ oxy máu MAX30100, phương pháp đo nồng độ bão hòa Oxy máu, cách kết nối sử dụng cảm biến để làm sản... số nồng độ oxy bão hòa máu cần thiết CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN MAX30100 3.1 Giới thiệu Module tích hợp Cảm biến MAX30100 hãng Maxim, có khả đo nồng độ Oxy máu nhịp tim Đó cảm biến quang học, Cảm biến