Что такое ИК-датчик:принципиальная схема и его работа

ИК-технологии используются в повседневной жизни, а также в различных отраслях промышленности. Например, телевизоры используют ИК-датчик, чтобы понимать сигналы, передаваемые с пульта дистанционного управления. Основными преимуществами ИК-датчиков являются низкое энергопотребление, их простой дизайн и удобные функции. ИК-сигналы не заметны человеческому глазу. ИК-излучение в электромагнитном спектре можно найти в областях видимого и микроволнового диапазона. Обычно длины волн этих волн составляют от 0,7 мкм 5 до 1000 мкм. ИК-спектр можно разделить на три области:ближний, средний и дальний инфракрасный. Длина волны ближнего ИК-диапазона находится в диапазоне 0,75–3 мкм, длина волны среднего инфракрасного диапазона составляет от 3 до 6 мкм, а длина волны инфракрасного излучения в дальнем ИК-диапазоне превышает 6 мкм.

Что такое инфракрасный датчик / инфракрасный датчик?

Инфракрасный датчик - это электронное устройство, которое излучает, чтобы ощущать некоторые аспекты окружающей среды. Инфракрасный датчик может измерять температуру объекта, а также обнаруживать движение. Эти типы датчиков измеряют только инфракрасное излучение, а не излучают его, что называется пассивным ИК-датчиком. Обычно в инфракрасном спектре все объекты излучают тепловое излучение в той или иной форме.

Эти типы излучения невидимы для наших глаз, что может быть обнаружено инфракрасным датчиком. Излучатель - это просто ИК-светодиод (светоизлучающий диод), а детектор - это просто ИК-фотодиод, чувствительный к ИК-свету той же длины волны, что и ИК-светодиод. Когда инфракрасный свет падает на фотодиод, сопротивление и выходное напряжение изменяются пропорционально величине получаемого инфракрасного света.

Принцип работы

Принцип работы инфракрасного датчика аналогичен датчику обнаружения объекта. Этот датчик включает в себя ИК-светодиод и ИК-фотодиод, поэтому, комбинируя эти два, можно сформировать оптопару или оптрон. Законы физики, используемые в этом датчике, - это излучение планки, смещение Стефана Больцмана и Вайнса.

ИК-светодиод - это один из видов передатчиков, излучающий ИК-излучение. Этот светодиод похож на стандартный светодиод, и генерируемое им излучение не видно человеческому глазу. Инфракрасные приемники в основном обнаруживают излучение с помощью инфракрасного передатчика. Эти инфракрасные приемники доступны в виде фотодиодов. ИК-фотодиоды отличаются от обычных фотодиодов, потому что они регистрируют просто ИК-излучение. В основном существуют различные типы инфракрасных приемников в зависимости от напряжения, длины волны, комплектации и т. Д.

Когда он используется как комбинация ИК-передатчика и приемника, длина волны приемника должна равняться длине волны передатчика. Здесь передатчиком является ИК-светодиод, а приемником - ИК-фотодиод. Инфракрасный фотодиод реагирует на инфракрасный свет, который генерируется инфракрасным светодиодом. Сопротивление фотодиода и изменение выходного напряжения пропорциональны полученному инфракрасному свету. Это основной принцип работы ИК-датчика.

Как только инфракрасный передатчик генерирует излучение, он достигает объекта, и часть излучения отражается обратно в инфракрасный приемник. Выходной сигнал датчика может определяться ИК-приемником в зависимости от интенсивности отклика.

Типы инфракрасных датчиков

Инфракрасные датчики подразделяются на два типа:активный ИК-датчик и пассивный ИК-датчик.

Активный ИК-датчик

Этот активный инфракрасный датчик включает в себя как передатчик, так и приемник. В большинстве приложений в качестве источника используется светодиод. Светодиод используется в качестве инфракрасного датчика, не создающего изображения, тогда как лазерный диод используется в качестве инфракрасного датчика изображения.

Эти датчики работают через энергетическое излучение, получаемое и обнаруживаемое посредством излучения. Кроме того, его можно обработать с помощью процессора сигналов для получения необходимой информации. Лучшими примерами этого активного инфракрасного датчика являются датчик отражения и светового пучка.

Пассивный ИК-датчик

Пассивный инфракрасный датчик включает только детекторы, но не включает передатчик. Эти датчики используют такой объект, как передатчик или источник ИК-излучения. Этот объект излучает энергию и обнаруживается через инфракрасные приемники. После этого процессор сигналов используется для понимания сигнала и получения необходимой информации.

Лучшими примерами этого датчика являются пироэлектрический детектор, болометр, термопара-термобатарея и т. Д. Эти датчики подразделяются на два типа, например, тепловой ИК-датчик и квантовый ИК-датчик. Тепловой ИК-датчик не зависит от длины волны. Источник энергии, используемый этими датчиками, нагревается. Тепловые извещатели отличаются медленным срабатыванием и временем обнаружения. Квантовый ИК-датчик зависит от длины волны, и эти датчики обладают высоким временем отклика и обнаружения. Эти датчики нуждаются в регулярном охлаждении для конкретных измерений.

Схема ИК-датчика

Схема инфракрасного датчика - один из основных и популярных сенсорных модулей в электронном устройстве. Этот датчик аналогичен зрительным чувствам человека, которые можно использовать для обнаружения препятствий, и это одно из распространенных приложений в режиме реального времени. Эта схема состоит из следующих компонентов

• Пара ИК-передатчика и приемника LM358 IC 2
• Резисторы диапазона килоом.
• Переменные резисторы.
• Светодиод (светоизлучающий диод).

В этом проекте секция передатчика включает ИК-датчик, который непрерывно передает ИК-лучи, которые принимаются модулем ИК-приемника. Выходной ИК-разъем приемника различается в зависимости от приема ИК-лучей. Поскольку это изменение не может быть проанализировано как таковое, этот выходной сигнал может быть подан на схему компаратора. Здесь в качестве схемы компаратора используется операционный усилитель (ОУ) LM 339.

Когда ИК-приемник не принимает сигнал, потенциал на инвертирующем входе выше, чем на неинвертирующем входе компаратора IC (LM339). Таким образом, выходной сигнал компаратора становится низким, но светодиод не светится. Когда модуль ИК-приемника получает сигнал, потенциал на инвертирующем входе понижается. Таким образом, выходной сигнал компаратора (LM 339) становится высоким, и светодиод начинает светиться.

Резисторы R1 (100), R2 (10 кОм) и R3 (330) используются для обеспечения того, чтобы ток не менее 10 мА проходил через ИК-светодиодные устройства, такие как фотодиоды и обычные. Светодиоды соответственно. Резистор VR2 (предустановка =5 кОм) используется для регулировки выходных клемм. Резистор VR1 (предустановка =10к) используется для установки чувствительности схемы. Подробнее об ИК-датчиках.

Схема ИК-датчика на транзисторе

Принципиальная схема ИК-датчика на транзисторах, а именно обнаружения препятствий на двух транзисторах, показана ниже. Эта схема в основном используется для обнаружения препятствий с помощью ИК-светодиода. Итак, эта схема может быть построена на двух транзисторах, таких как NPN и PNP. Для NPN используется транзистор BC547, тогда как для PNP используется транзистор BC557. Распиновка у этих транзисторов одинаковая.

В приведенной выше схеме один инфракрасный светодиод всегда включен, тогда как другой инфракрасный светодиод связан с базовым выводом PNP-транзистора, поскольку этот инфракрасный светодиод действует как детектор. Необходимые компоненты этой схемы ИК-датчика включают резисторы 100 Ом и 200 Ом, транзисторы BC547 и BC557, светодиоды, ИК-светодиоды-2. Пошаговая процедура как сделать схему ИК-датчика включает следующие шаги.

• Подключите компоненты в соответствии со схемой, используя необходимые компоненты.
• Подключите один инфракрасный светодиод к клемме базы транзистора BC547.
• Подключите инфракрасный светодиод к клемме базы того же транзистора.
• Подключите резистор 100 Ом к остаточным контактам инфракрасных светодиодов.
• Подключите клемму базы PNP-транзистора к клемме коллектора NPN-транзистора.
• Подключите светодиод и резистор 220 Ом в соответствии с подключением на принципиальной схеме.
• После подключения схемы подает питание на схему для тестирования.

Схема работы

Как только инфракрасный светодиод будет обнаружен, отраженный свет от предмета активирует небольшой ток, который будет проходить через детектор инфракрасного светодиода. Это активирует транзистор NPN и PNP; поэтому светодиод загорится. Эта схема применима для создания различных проектов, таких как автоматические лампы, которые активируются, когда человек приближается к источнику света.

Цепь охранной сигнализации с использованием ИК-датчика

Эта цепь ИК-охранной сигнализации используется у входов, дверей и т. Д. Эта схема издает звуковой сигнал, чтобы предупредить заинтересованное лицо, когда кто-то пересекает ИК-луч. Когда инфракрасные лучи не видны людям, эта схема работает как скрытое предохранительное устройство.

Необходимые компоненты этой схемы в основном включают NE555IC, резисторы R1 и R2 =10 кОм и 560, D1 (ИК-фотодиод), D2 (ИК-светодиод), конденсатор C1 (100 нФ), S1 (кнопочный переключатель), B1 (зуммер) и 6 В постоянного тока. Питание.
Эту схему можно подключить, разместив инфракрасный светодиод, а также инфракрасные датчики на двери напротив друг друга. Так что ИК-луч может правильно попадать на датчик. В нормальных условиях инфракрасный луч всегда падает на инфракрасный диод, и выходной сигнал на контакте 3 останется низким.

Этот луч будет прерван, когда твердый объект пересечет луч. Когда ИК-луч разбивается, цепь активируется, и выход переключается в состояние ВКЛ. Состояние выхода сохраняется до его перенастройки путем закрытия переключателя, что означает, что когда прерывание луча отключается, сигнал тревоги остается включенным. Чтобы другие не могли отключить сигнализацию, выключатель цепи или сброса должен быть расположен вдали или вне поля зрения инфракрасного датчика. В этой схеме подключен зуммер «B1» для создания звука со встроенным звуком, и этот встроенный звук можно заменить альтернативным звонком, иначе громкой сиреной, в зависимости от требований.

Преимущества

Преимущества ИК-датчика включить следующее

• Он потребляет меньше энергии.
• Обнаружение движения возможно при наличии или отсутствии света примерно с одинаковой надежностью.
• Им не нужен контакт с объектом для обнаружения
• Нет утечки данных из-за направления луча.
• Эти датчики не подвержены окислению и коррозии.
• Помехозащищенность очень высокая.

Недостатки

Недостатки ИК-датчика включить следующее

• Требуется прямая видимость.
• Диапазон ограничен.
• На них может повлиять туман, дождь, пыль и т. д.
• Меньшая скорость передачи данных.

Приложения для ИК-датчика

ИК-датчики подразделяются на разные типы в зависимости от приложений. Некоторые из типичных применений различных типов датчиков. Датчик скорости используется для синхронизации скорости нескольких двигателей. Датчик температуры используется для промышленного контроля температуры. Датчик PIR используется для системы автоматического открывания дверей, а ультразвуковой датчик используется для измерения расстояния.

ИК-датчики используются в различных проектах на основе датчиков, а также в различных электронных устройствах, которые измеряют температуру, о чем говорится ниже.

Радиационные термометры

ИК-датчики используются в радиационных термометрах для измерения температуры в зависимости от температуры и материала объекта, и эти термометры обладают некоторыми из следующих функций

• Измерение без прямого контакта с объектом
• Более быстрый ответ
• Простые измерения шаблона

Мониторы пламени

Эти типы устройств используются для обнаружения света, излучаемого пламенем, и для отслеживания того, как горит пламя. Свет, излучаемый пламенем, распространяется от УФ-до ИК-диапазонов. PBS, PbSe, двухцветный детектор, пироэлектрический детектор - вот некоторые из наиболее часто используемых детекторов, используемых в мониторах пламени.

Анализаторы влажности

Анализаторы влажности используют длины волн, которые поглощаются влагой в ИК-диапазоне. Объекты облучают светом с этими длинами волн (1,1 мкм, 1,4 мкм, 1,9 мкм и 2,7 мкм), а также с эталонными длинами волн.

Свет, отраженный от объектов, зависит от содержания влаги и определяется анализатором для измерения влажности (отношение отраженного света на этих длинах волн к отраженному свету на эталонной длине волны). В GaAs-PIN фотодиодах, в схемах анализаторов влажности используются Pbs-фотопроводящие детекторы.

Газоанализаторы

ИК-датчики используются в газоанализаторах, которые используют характеристики поглощения газов в ИК-диапазоне. Для измерения плотности газа используются два типа методов:дисперсионный и недисперсный.

Дисперсионный: Излучаемый свет спектроскопически разделяется, и его характеристики поглощения используются для анализа ингредиентов газа и количества пробы.

Нерассеивающий: Это наиболее часто используемый метод, в котором используются характеристики поглощения без разделения излучаемого света. В недисперсных типах используются дискретные оптические полосовые фильтры, аналогичные солнцезащитным очкам, которые используются для защиты глаз от нежелательного УФ-излучения.

Этот тип конфигурации обычно называют технологией недисперсного инфракрасного излучения (NDIR). Этот тип анализатора используется для газированных напитков, тогда как недисперсный анализатор используется в большинстве коммерческих ИК-приборов для выявления утечек топлива из выхлопных газов автомобилей.

Устройства ИК-съемки

Устройство ИК-изображения - одно из основных применений ИК-волн, в первую очередь благодаря своему невидимому свойству. Используется для тепловизоров, приборов ночного видения и т. Д.

Например, вода, камни, почва, растительность и атмосфера, а также ткани человека излучают ИК-излучение. Тепловые инфракрасные детекторы измеряют это излучение в инфракрасном диапазоне и отображают пространственное распределение температуры объекта / области на изображении. Тепловизоры обычно состоят из датчиков Sb (антимонит индия), Gd Hg (германий, легированный ртутью), Hg Cd Te (теллурид ртути и кадмия).

Электронный детектор охлаждается до низких температур с помощью жидкого гелия или жидкого азота. Затем Охлаждение детекторов гарантирует, что лучистая энергия (фотоны), регистрируемая детекторами, исходит от местности, а не от температуры окружающей среды объектов внутри самого сканера и электронных устройств, формирующих инфракрасные изображения.

Основные области применения инфракрасных датчиков в основном следующие.

• Метеорология
• Климатология
• Фото-биомодуляция
• Анализ воды
• Детекторы газа
• Анестезиологическое тестирование
• Разведка нефти
• Безопасность железных дорог

Итак, речь идет о схеме инфракрасного датчика с рабочими и приложениями. Эти датчики используются во многих проектах электроники на основе датчиков. Мы полагаем, что вы могли лучше понять этот ИК-датчик и принцип его работы. Кроме того, любые сомнения относительно этой статьи или проектов, пожалуйста, дайте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, может ли инфракрасный термометр работать в полной темноте?

Авторские фото:

• Газоанализатор от imimg
• ИК-датчик от shopify