Kas yra IR jutiklis: grandinės schema ir jos veikimas

IR technologija naudojama kasdieniame gyvenime, taip pat pramonėje įvairiems tikslams. Pavyzdžiui, televizoriai naudoja IR jutiklis suprasti signalus, kurie perduodami iš nuotolinio valdymo pulto. Pagrindiniai IR jutiklių pranašumai yra mažas energijos naudojimas, paprastas dizainas ir patogios savybės. IR signalų žmogaus akis nepastebi. IR spinduliuotė elektromagnetinis spektras galima rasti matomo ir mikrobangų krosnelės regionuose. Paprastai šių bangų bangos ilgiai svyruoja nuo 0,7 µm 5 iki 1000 µm. IR spektrą galima suskirstyti į tris regionus, tokius kaip artimasis, vidurinis ir tolimasis. Artimojo IR regiono bangos ilgis svyruoja nuo 0,75 - 3 μm, vidurio infraraudonųjų spindulių regiono bangų ilgis yra nuo 3 iki 6 μm, o tolimojo IR regiono infraraudonųjų spindulių bangos ilgis yra didesnis nei 6 μm.

Kas yra IR jutiklis / infraraudonųjų spindulių jutiklis?

Infraraudonųjų spindulių jutiklis yra elektroninis prietaisas, skleidžiantis tam, kad būtų galima suvokti kai kuriuos aplinkos aspektus. IR jutiklis gali išmatuoti objekto šilumą, taip pat aptikti judesį. Šio tipo jutikliai matuoja tik infraraudonąją spinduliuotę, o ne skleidžia ją, vadinamą a pasyvus IR jutiklis . Paprastai infraraudonųjų spindulių spektre visi objektai skleidžia tam tikrą šiluminę spinduliuotę.

Infraraudonųjų spindulių jutiklis

Tokio tipo spinduliai mūsų akims nematomi, kuriuos gali aptikti infraraudonųjų spindulių jutiklis. Emiteris yra tiesiog IR šviesos diodas ( Šviesos diodas ), o detektorius yra tiesiog IR fotodiodas, jautrus tos pačios bangos ilgio IR šviesai, kurią skleidžia IR šviesos diodas. Kai IR šviesa patenka į fotodiodą, varžos ir išėjimo įtampos pasikeis proporcingai gaunamos IR šviesos dydžiui.

Darbo principas

Infraraudonųjų spindulių jutiklio veikimo principas yra panašus į objekto aptikimo jutiklį. Šiame jutiklyje yra IR šviesos diodas ir IR fotodiodas, todėl, sujungus šiuos du, galima suformuoti kaip foto jungtį, kitaip optroną. Šiame jutiklyje naudojami fizikos dėsniai yra lentų spinduliavimas, Stephanas Boltzmannas ir weins poslinkis.

IR LED yra vienos rūšies siųstuvas, skleidžiantis IR spinduliuotę. Šis šviesos diodas atrodo panašus į standartinį šviesos diodą, o jo generuojama spinduliuotė žmogaus akiai nematoma. Infraraudonųjų spindulių imtuvai radiaciją daugiausia nustato naudodami infraraudonųjų spindulių siųstuvą. Šiuos infraraudonųjų spindulių imtuvus galima įsigyti fotodiodų pavidalu. IR fotodiodai skiriasi nuo įprastų fotodiodų, nes jie aptinka tiesiog IR spinduliuotę. Skirtingi infraraudonųjų spindulių imtuvų tipai daugiausia priklauso nuo įtampos, bangos ilgio, paketo ir kt.

Kai jis naudojamas kaip IR siųstuvo ir imtuvo derinys, imtuvo bangos ilgis turi būti lygus siųstuvui. Čia siųstuvas yra IR LED, o imtuvas yra IR fotodiodas. Infraraudonųjų spindulių fotodiodas reaguoja į infraraudonąją šviesą, kuri susidaro per infraraudonųjų spindulių šviesos diodą. Fotodiodo varža ir išėjimo įtampos pokytis yra proporcingi gautai infraraudonajai šviesai. Tai yra pagrindinis IR jutiklio veikimo principas.

Kai infraraudonųjų spindulių siųstuvas generuoja spinduliuotę, jis patenka į objektą, o dalis spinduliuotės atsispindės infraraudonųjų spindulių imtuve. Jutiklio išvestį gali nuspręsti IR imtuvas, atsižvelgdamas į atsako intensyvumą.

Infraraudonųjų spindulių jutiklio tipai

Infraraudonųjų spindulių jutikliai skirstomi į du tipus, tokius kaip aktyvus IR ir pasyvus IR jutikliai.

Aktyvus IR jutiklis

Šis aktyvus infraraudonųjų spindulių jutiklis apima tiek siųstuvą, tiek imtuvą. Daugumoje programų šviesos diodas naudojamas kaip šaltinis. Šviesos diodas naudojamas kaip ne vaizduojantis infraraudonųjų spindulių jutiklis, o lazerinis diodas naudojamas kaip infraraudonųjų spindulių jutiklis.

Šie jutikliai veikia per energijos spinduliavimą, gaunami ir aptinkami per radiaciją. Be to, jį galima apdoroti naudojant signalo procesorių reikalingai informacijai gauti. Geriausi šio aktyvaus infraraudonųjų spindulių jutiklio pavyzdžiai yra atspindžio ir lūžio pluošto jutiklis.

Pasyvus IR jutiklis

Pasyviame infraraudonųjų spindulių jutiklyje yra tik detektoriai, tačiau juose nėra siųstuvo. Šie jutikliai naudoja objektą, pavyzdžiui, siųstuvą ar IR šaltinį. Šis objektas skleidžia energiją ir aptinka per infraraudonųjų spindulių imtuvus. Po to signalo procesorius naudojamas suprasti signalą, norint gauti reikiamą informaciją.

Geriausi šio jutiklio pavyzdžiai yra piroelektrinis detektorius, bolometras, termoelementas-termopile ir kt. Šie jutikliai skirstomi į du tipus, tokius kaip šiluminis IR kvantinis IR jutiklis. Terminis IR jutiklis nepriklauso nuo bangos ilgio. Šių jutiklių naudojamas energijos šaltinis yra šildomas. Terminiai detektoriai reaguoja ir aptikimo laikas yra lėtas. Kvantinis IR jutiklis priklauso nuo bangos ilgio, o šie jutikliai turi didelį atsako ir aptikimo laiką. Šiuos jutiklius reikia reguliariai aušinti atliekant konkrečius matavimus.

IR jutiklio grandinės schema

Infraraudonųjų spindulių jutiklių grandinė yra vienas iš pagrindinių ir populiariausių jutiklių modulių Elektroninis prietaisas . Šis jutiklis yra analogiškas regimiems žmogaus pojūčiams, kuriais galima aptikti kliūtis ir tai yra viena iš dažniausiai naudojamų programų realiuoju laiku. Šią grandinę sudaro šie komponentai

• LM358 IC 2 IR siųstuvo ir imtuvo pora
• Kilometro omų diapazono rezistoriai.
• Kintamieji rezistoriai.
• LED (šviesos diodas).

Infraraudonųjų spindulių jutiklio grandinės schema

Šiame projekte siųstuvo skyriuje yra IR jutiklis, kuris perduoda nuolatinius IR spindulius, kuriuos priima IR imtuvo modulis. Imtuvo IR išvesties terminalas skiriasi priklausomai nuo jo gaunamų IR spindulių. Kadangi šio varianto negalima analizuoti kaip tokio, todėl šį išėjimą galima tiekti į lyginamąją grandinę. Čia ir operacinis stiprintuvas LM 339 (op-amp) naudojamas kaip lyginamoji grandinė.

Kai IR imtuvas negauna signalo, invertuojančios įvesties potencialas eina didesnis nei tas neinvertuojantis palyginamojo IC įvadas (LM339). Taigi palyginamojo išėjimo galia yra maža, tačiau šviesos diodas nešviečia. Kai infraraudonųjų spindulių imtuvo modulis gauna signalą į potencialą invertuojančiame įėjime, žemas lygis. Taigi komparatoriaus išėjimas (LM 339) tampa aukštas ir šviesos diodas pradeda šviesti.

Rezistoriai R1 (100), R2 (10k) ir R3 (330) naudojami norint užtikrinti, kad mažiausiai 10 mA srovė pereitų per IR šviesos diodų įtaisus, pavyzdžiui, fotodiodą ir įprastus šviesos diodus. Rezistorius VR2 (iš anksto nustatytas = 5k) naudojamas išvesties gnybtams sureguliuoti. Rezistorius VR1 (iš anksto nustatytas = 10k) naudojamas grandinės schemos jautrumui nustatyti. Skaitykite daugiau apie IR jutiklius.

IR jutiklio grandinė naudojant tranzistorių

IR jutiklio, naudojant tranzistorius, schema, būtent kliūčių aptikimas naudojant du tranzistorius, parodyta žemiau. Ši grandinė daugiausia naudojama kliūčių aptikimui naudojant IR šviesos diodą. Taigi, šią grandinę galima sukurti dviem tranzistoriais, tokiais kaip NPN ir PNP. NPN atveju naudojamas BC547 tranzistorius, o PNP atveju - BC557 tranzistorius. Šių tranzistorių kištukas yra tas pats.

Infraraudonųjų spindulių jutiklio grandinė naudojant tranzistorius

Minėtoje grandinėje vienas infraraudonųjų spindulių šviesos diodas visada įjungiamas, o kitas infraraudonųjų spindulių šviesos diodas yra susietas su PNP tranzistoriaus baziniu terminalu, nes šis IR šviesos diodas veikia kaip detektorius. Reikalingi šios IR jutiklių grandinės komponentai yra rezistoriai 100 omų ir 200 omų, BC547 ir BC557 tranzistoriai, LED, IR LED-2. Žingsnis po žingsnio kaip padaryti IR jutiklio grandinę apima šiuos veiksmus.

• Prijunkite komponentus pagal schemą, naudodami reikalingus komponentus
• Prijunkite vieną infraraudonųjų spindulių šviesos diodą prie tranzistoriaus BC547 pagrindo gnybto
• Prijunkite infraraudonųjų spindulių šviesos diodą prie to paties tranzistoriaus pagrindo gnybto.
• Prijunkite 100Ω rezistorių link likusių infraraudonųjų spindulių šviesos diodų kaiščių.
• Prijunkite pagrindinį PNP tranzistoriaus gnybtą prie NPN tranzistoriaus kolektoriaus gnybto.
• Prijunkite LED ir 220Ω rezistorių pagal jungimą schemoje.
• Atlikus grandinės prijungimą, grandinei tiekiamas maitinimas, kad būtų galima išbandyti.

Grandinės darbas

Aptikus infraraudonųjų spindulių šviesos diodą, atspindėta daikto šviesa suaktyvins nedidelę srovę, kuri bus tiekiama visame IR LED detektoriuje. Tai suaktyvins NPN tranzistorių ir PNP, todėl šviesos diodas įsijungs. Ši grandinė tinka įvairiems projektams, pvz., Automatinėms lempoms, įjungti, kai žmogus artėja prie šviesos.

Apsaugos nuo įsilaužimo grandinė naudojant IR jutiklį

Ši apsaugos nuo įsilaužimo signalizacijos grandinė naudojama prieigose, prie durų ir pan. Ši grandinė skleidžia garsinį signalą, kuris įspėja atitinkamą asmenį, kai kas nors kirsta per IR spindulį. Kai IR spinduliai žmonėms nematomi, ši grandinė veikia kaip paslėptas saugos įtaisas.

Apsaugos nuo įsilaužimo grandinė naudojant IR jutiklį

Reikalingi šios grandinės komponentai daugiausia apima NE555IC, rezistorius R1 ir R2 = 10k & 560, D1 (IR fotodiodas), D2 (IR LED), C1 kondensatorių (100nF), S1 (stūmimo jungiklį), B1 (buzeris) ir 6v DC Tiekimas.
Šią grandinę galima sujungti, priešais vienas kitą išdėstant infraraudonųjų spindulių šviesos diodą ir infraraudonųjų spindulių jutiklius ant durų. Kad IR spindulys galėtų tinkamai nukristi ant jutiklio. Įprastomis sąlygomis infraraudonųjų spindulių lašai visada virš infraraudonųjų spindulių diodo, o išėjimo sąlyga ties kaiščiu-3 išliks prasta.

Šis spindulys bus nutrauktas, kai spindulį kirs kietas daiktas. Sugadinus IR spindulį, grandinė suaktyvės, o išėjimas įsijungs. Išvesties sąlyga išlieka tol, kol ji persijungia, išjungdama jungiklį, o tai reiškia, kad kai spindulio pertraukimas atjungiamas, signalas lieka ĮJUNGTAS. Kad kiti neišjungtų žadintuvo, grandinės arba atstatymo jungiklis turi būti nutolęs arba matomas nuo infraraudonųjų spindulių jutiklio. Šioje grandinėje „B1“ garsinis signalas yra prijungtas, kad būtų sukurtas garsas su įmontuotu garsu, ir šį įtaisytą garsą galima pakeisti alternatyviais varpais, kitaip garsia sirena, atsižvelgiant į reikalavimą.

Privalumai

The IR jutiklio pranašumai įtraukti šiuos dalykus

• Jis naudoja mažiau energijos
• Judesį galima aptikti esant ar be šviesos, maždaug vienodai patikimai.
• Jiems aptikti nereikia kontakto su objektu
• Duomenų nutekėjimas nėra dėl spindulių krypties
• Šių jutiklių neveikia oksidacija ir korozija
• Triukšmo imunitetas yra labai stiprus

Trūkumai

The IR jutiklio trūkumai įtraukti šiuos dalykus

• Reikalinga matymo linija
• Diapazonas ribotas
• Juos gali paveikti rūkas, lietus, dulkės ir kt
• Mažesnis duomenų perdavimo greitis

IR jutiklių programos

IR jutikliai skirstomi į skirtingus tipus, priklausomai nuo taikymo. Kai kurie iš tipiškų skirtingų taikymo būdų jutiklių tipai. Greičio jutiklis naudojamas kelių variklių greičiui sinchronizuoti. The temperatūros jutiklis naudojamas pramoninei temperatūros kontrolei. PIR jutiklis yra naudojamas automatinei durų atidarymo sistemai ir Ultragarsinis jutiklis naudojamas atstumui matuoti.

IR jutikliai naudojami įvairiuose Sensoriniai projektai taip pat įvairiuose elektroniniuose prietaisuose, matuojančiuose toliau aptartą temperatūrą.

Radiaciniai termometrai

IR jutikliai naudojami radiacijos termometruose matuoti temperatūrą, priklausančią nuo temperatūros ir objekto medžiagos, ir šie termometrai turi keletą šių savybių

• Matavimas be tiesioginio kontakto su objektu
• Greitesnis atsakas
• Lengvas modelio matavimas

Liepsnos monitoriai

Šio tipo prietaisai naudojami aptikti liepsnos skleidžiamą šviesą ir stebėti, kaip liepsnos dega. Liepsnos skleidžiama šviesa tęsiasi nuo UV iki IR tipo. PBS, PbSe, dviejų spalvų detektorius, piroelektrinis detektorius yra keletas dažniausiai naudojamų detektorių, naudojamų liepsnos monitoriuose.

Drėgmės analizatoriai

Drėgmės analizatoriuose naudojami bangos ilgiai, kuriuos sugeria IR regiono drėgmė. Objektai apšvitinami šviesa, turinčia šiuos bangos ilgius (1,1 µm, 1,4 µm, 1,9 µm ir 2,7 µm), taip pat su referenciniais bangos ilgiais.

Nuo objektų atsispindintys žiburiai priklauso nuo drėgmės kiekio ir yra analizatoriaus aptikti, norint išmatuoti drėgmę (atspindimos šviesos santykis šiuose bangos ilgiuose ir atsispindėjusios šviesos santykis bangos ilgiu). GaAs PIN fotodioduose drėgmės analizatoriaus grandinėse naudojami fotolaidūs detektoriai Pbs.

Dujų analizatoriai

IR jutikliai naudojami dujų analizatoriuose, kurie naudoja dujų absorbcijos charakteristikas IR regione. Dujų tankiui matuoti naudojami dviejų tipų metodai, tokie kaip dispersinės ir nedispersinės.

Dispersinis: Spinduliuojama šviesa yra spektroskopiškai padalyta, o jų absorbcijos charakteristikos naudojamos analizuojant dujų sudedamąsias dalis ir mėginio kiekį.

Nedispersinis: Tai dažniausiai naudojamas metodas ir naudojamas absorbcijos charakteristikos, neskirstant skleidžiamos šviesos. Nedispersiniai tipai naudoja atskirus optinius juostos filtrus, panašius į saulės akinius, kurie naudojami akių apsaugai, norint filtruoti nepageidaujamą UV spinduliuotę.

Šio tipo konfigūracija paprastai vadinama nedispersine infraraudonųjų spindulių (NDIR) technologija. Šio tipo analizatoriai naudojami gazuotiems gėrimams, o nedispersinis analizatorius naudojamas daugumoje komercinių IR prietaisų - automobilių išmetamųjų dujų nutekėjimui.

IR vaizdavimo prietaisai

IR vaizdo įtaisas yra vienas iš pagrindinių IR bangų pritaikymų, visų pirma dėl savo savybės, kurios nematyti. Jis naudojamas termovizoriams, naktinio matymo prietaisams ir kt.

Pavyzdžiui, vanduo, uolos, dirvožemis, augmenija, atmosfera ir žmogaus audiniai skleidžia IR spinduliuotę. Terminiai infraraudonųjų spindulių detektoriai matuoja šiuos spindulius IR diapazone ir atvaizduoja objekto / zonos erdvinius temperatūros pasiskirstymus atvaizde. Termovizoriai paprastai susideda iš Sb (indžio antimonito), Gd Hg (su gyvsidabriu legiruoto germanio), Hg Cd Te (gyvsidabrio-kadmio-telurido) jutiklių.

Elektroninis detektorius aušinamas iki žemos temperatūros naudojant skystą helį arba skystą azotą. Tada aušinimo detektoriai užtikrina, kad detektorių užregistruota spinduliuotės energija (fotonai) būtų gaunama iš vietovės, o ne iš paties skenerio ir IR vaizdavimo elektroninių prietaisų objektų aplinkos temperatūros.

Pagrindinės infraraudonųjų spindulių jutiklių taikymo sritys yra šios.

• Meteorologija
• Klimatologija
• Foto-bio moduliacija
• Vandens analizė
• Dujų detektoriai
• Anesteziologijos testavimas
• Naftos žvalgymas
• Geležinkelio sauga

Taigi, viskas apie infraraudonųjų spindulių jutiklį grandinė su veikimu ir pritaikymu. Šie jutikliai naudojami daugelyje jutiklių pagrindu elektronikos projektai . Manome, kad galbūt geriau supratote šį IR jutiklį ir jo veikimo principą. Be to, jei turite abejonių dėl šio straipsnio ar projektų, pateikite savo atsiliepimą komentuodami toliau pateiktame komentarų skyriuje. Štai jums klausimas, ar infraraudonųjų spindulių termometras gali veikti visiškoje tamsoje?

Nuotraukų kreditai:

• Dujų analizatorius imimg
• IR jutiklis apsipirkti