Mis on IR-andur: vooluringi skeem ja selle töö

Mis on IR-andur: vooluringi skeem ja selle töö

Infrapunatehnoloogiat kasutatakse igapäevaelus ja ka tööstustes erinevatel eesmärkidel. Näiteks kasutavad telerid IR-andur puldist edastatavate signaalide mõistmiseks. IR-andurite peamised eelised on vähene energiatarbimine, nende lihtne disain ja mugavad funktsioonid. IR-signaale inimsilm ei märka. IR-kiirgus elektromagnetiline spekter võib leida nähtava & mikrolaineahju piirkondadest. Tavaliselt on nende lainete lainepikkused vahemikus 0,7 µm 5 kuni 1000 µm. IR-spektri võib jagada kolmeks piirkonnaks, nagu lähi- ja kaug-infrapuna. Lähi-IR piirkonna lainepikkus on vahemikus 0,75 - 3 µm, keskmise infrapuna piirkonna lainepikkus on 3–6 µm ja kaugema IR-piirkonna infrapunakiirguse lainepikkus on üle 6 µm.



Mis on IR-andur / infrapunaandur?

Infrapunaandur on elektrooniline seade, mis kiirgab ümbruse mõningate aspektide tajumiseks. IR-andur saab mõõta nii objekti soojust kui ka tuvastada liikumist. Seda tüüpi andurid mõõdavad ainult infrapunakiirgust, mitte ei eralda seda, mida nimetatakse a-ks passiivne IR-andur . Tavaliselt kiirgavad kõik objektid infrapunaspektris mingisugust soojuskiirgust.


Infrapunaandur

Infrapunaandur





Seda tüüpi kiirgus on meie silmadele nähtamatu, mida saab tuvastada infrapunaanduri abil. Emitter on lihtsalt IR-LED ( Valgusdiood ) ja detektor on lihtsalt IR-fotodiood, mis on tundlik IR-valguse suhtes sama lainepikkusega IR-valguse suhtes. Kui IR-valgus langeb fotodioodile, muutuvad takistused ja väljundpinged proportsionaalselt vastuvõetud IR-valguse suurusega.

Tööpõhimõte

Infrapunaanduri tööpõhimõte sarnaneb objekti tuvastamise anduriga. See andur sisaldab IR-valgusdioodi ja IR-fotodioodi, nii et nende kahe kombineerimisel saab moodustada fotoühenduse, muidu optroni. Selles anduris kasutatavad füüsikaseadused on plangu kiirgus, Stephan Boltzmann ja weinsi nihe.



IR LED on ühte tüüpi saatja, mis kiirgab IR-kiirgust. See valgusdiood näeb välja sarnane tavalise valgusdioodiga ja selle tekitatud kiirgus ei ole inimsilmale nähtav. Infrapunavastuvõtjad tuvastavad kiirguse peamiselt infrapunasaatja abil. Need infrapuna vastuvõtjad on saadaval fotodioodide kujul. IR-fotodioodid on tavaliste fotodioodidega võrreldes erinevad, kuna nad tuvastavad lihtsalt IR-kiirgust. Erinevad infrapunavastuvõtjad eksisteerivad peamiselt sõltuvalt pingest, lainepikkusest, paketist jne.

Kui seda kasutatakse IR-saatja ja vastuvõtja kombinatsioonina, peab vastuvõtja lainepikkus olema saatjaga võrdne. Siin on saatja IR LED, vastuvõtja aga IR fotodiood. Infrapuna-fotodiood reageerib infrapunavalgusele, mis tekib infrapuna-LED-i kaudu. Fotodioodi takistus ja väljundpinge muutus on võrdeline saadud infrapunavalgusega. See on IR-anduri peamine tööpõhimõte.


Kui infrapunasaatja tekitab kiirgust, jõuab see objektini ja osa kiirgusest peegeldub tagasi infrapunavastuvõtja suunas. Anduri väljundi saab IR-vastuvõtja otsustada sõltuvalt vastuse intensiivsusest.

Infrapunaanduri tüübid

Infrapunaandurid on jagatud kahte tüüpi, nagu aktiivne IR-andur ja passiivne IR-andur.

Aktiivne IR-andur

See aktiivne infrapunaandur sisaldab nii saatjat kui ka vastuvõtjat. Enamikus rakendustes kasutatakse valgusdioodi allikana. LED-d kasutatakse mittepilditava infrapunaandurina, laserdioodi aga infrapunaandurina.

Need andurid töötavad läbi energiakiirguse, saavad ja tuvastavad kiirguse kaudu. Lisaks saab seda töödelda, kasutades signaaliprotsessorit vajaliku teabe hankimiseks. Selle aktiivse infrapunaanduri parimad näited on peegeldus- ja murdekiireandur.

Passiivne IR-andur

Passiivne infrapunaandur sisaldab ainult detektoreid, kuid ei sisalda saatjat. Need andurid kasutavad sellist objekti nagu saatja või infrapunaallikas. See objekt kiirgab energiat ja tuvastab infrapuna vastuvõtjate kaudu. Pärast seda kasutatakse signaaliprotsessorit signaali mõistmiseks vajaliku teabe saamiseks.

Selle anduri parimad näited on püroelektriline detektor, boolomeeter, termopaar-termopiil jne. Need andurid on jagatud kahte tüüpi nagu termiline IR-andur ja kvant-IR-andur. Termiline IR-andur ei sõltu lainepikkusest. Nende andurite kasutatavat energiaallikat kuumutatakse. Termodetektorid on reageerimise ja tuvastamisajaga aeglased. Kvant-IR-andur sõltub lainepikkusest ja need andurid hõlmavad suurt reageerimis- ja tuvastamisaega. Need andurid vajavad konkreetsete mõõtmiste jaoks regulaarset jahutamist.

IR-anduri vooluahela skeem

Infrapunaandurite ahel on üks põhilisi ja populaarseid andurimooduleid elektrooniline seade . See andur on analoogne inimese nägemismeeltega, mida saab kasutada takistuste tuvastamiseks ja see on reaalajas üks levinumaid rakendusi. See vooluring sisaldab järgmisi komponente

  • LM358 IC 2 infrapunasaatja ja vastuvõtja paar
  • Takistid vahemikus kilo-oomi.
  • Muutuvad takistid.
  • LED (valgusdiood).
Infrapunaanduri vooluahela skeem

Infrapunaanduri vooluahela skeem

Selles projektis sisaldab saatjaosa IR-andurit, mis edastab IR-vastuvõtja mooduli poolt vastuvõetavaid pidevaid IR-kiiri. Vastuvõtja IR-väljundterminal varieerub sõltuvalt IR-kiirte vastuvõtmisest. Kuna seda variatsiooni ei saa sellisena analüüsida, saab selle väljundi viia võrdlusahelasse. Siin an operatiivvõimendi LM 339 (op-amp) kasutatakse võrdlusahelana.

Kui IR-vastuvõtja signaali ei võta, läheb inverteeriva sisendi potentsiaal kõrgemaks kui võrdlus-IC mitteinverteeriv sisend (LM339). Seega läheb komparaatori väljund madalaks, kuid LED ei põle. Kui infrapuna-vastuvõtja moodul saab signaali inverteeriva sisendi potentsiaalile, läheb see madalaks. Seega läheb komparaatori (LM 339) väljund kõrgeks ja LED hakkab põlema.

Takisteid R1 (100), R2 (10k) ja R3 (330) kasutatakse tagamaks, et IR-LED-seadmeid nagu fotodioodi ja tavalisi LED-e läbib vähemalt 10 mA vool. Takisti VR2 (eelseadistatud = 5k) kasutatakse väljundklemmide reguleerimiseks. Takisti VR1 (eelseadistatud = 10k) kasutatakse vooluahela tundlikkuse seadmiseks. Lisateavet IR-andurite kohta.

IR-anduri ahel transistori abil

Allpool on toodud transistore kasutava IR-anduri skeem, nimelt takistuste tuvastamine kahe transistori abil. Seda vooluahelat kasutatakse peamiselt takistuste tuvastamiseks IR-valgusdioodi abil. Niisiis, seda vooluahelat saab ehitada kahe transistoriga nagu NPN ja PNP. NPN jaoks kasutatakse BC547 transistorit, PNP puhul aga BC557 transistorit. Nende transistoride tihvt on sama.

Transistoreid kasutav infrapunaandurite ahel

Transistoreid kasutav infrapunaandurite ahel

Ülaltoodud vooluahelas on üks infrapuna-LED alati sisse lülitatud, samas kui teine ​​infrapuna-LED on ühendatud PNP-transistori baasklemmiga, kuna see IR-LED toimib detektorina. Selle IR-anduri ahela vajalike komponentide hulka kuuluvad takistid 100 oomi ja 200 oomi, BC547 ja BC557 transistorid, LED, IR LED-2. Samm-sammuline menetlus kuidas teha IR-anduri ahelat sisaldab järgmisi samme.

  • Ühendage komponendid vastavalt skeemile, kasutades vajalikke komponente
  • Ühendage üks infrapuna-LED BC547 transistori baasklemmiga
  • Ühendage infrapuna-LED sama transistori baasklemmiga.
  • Ühendage takistus 100Ω infrapuna-LED-ide jääknõelte suunas.
  • Ühendage PNP-transistori baasklemm NPN-transistori kollektoriklemmi suunas.
  • Ühendage LED ja 220Ω takisti vastavalt skeemil olevale ühendusele.
  • Kui vooluahel on ühendatud, antakse vooluallikas testimiseks.

Vooluring töötab

Kui infrapuna-LED on tuvastatud, aktiveerib asjast peegelduv valgus väikese voolu, mis toidab kogu IR-LED-detektorit. See aktiveerib NPN transistori ja PNP, seetõttu lülitub LED sisse. Seda vooluringi saab kasutada erinevate projektide, näiteks automaatlampide, käivitamiseks, kui inimene läheneb valguse lähedale.

Infrapunaandurit kasutav sissemurdmishäire ahel

Seda IR-sissemurdmishäire ahelat kasutatakse sissepääsude, uste jms juures. See vooluahel annab helisignaali, et hoiatada asjaomast isikut alati, kui keegi IR-kiirguse kaudu ristub. Kui infrapunakiired pole inimestele nähtavad, töötab see vooluring varjatud ohutusseadmena.

Sissemurdmishäire ahel

Infrapunaandurit kasutav sissemurdmishäire ahel

Selle vooluahela nõutavad komponendid hõlmavad peamiselt NE555IC, takistid R1 ja R2 = 10k & 560, D1 (IR-fotodiood), D2 (IR-LED), C1-kondensaatorit (100nF), S1 (survelüliti), B1 (summeri) ja 6v DC Varustus.
Selle vooluringi saab ühendada nii infrapuna-LED-i kui ka infrapunaandurite paigutamisega uksele üksteise vastas. Selleks, et IR-kiirgus saaks andurile korralikult kukkuda. Tavatingimustes langeb infrapunakiir alati infrapunadioodi kohale ja pin-3 väljundtingimus jääb madalaks.

See kiir katkestatakse, kui tahke objekt ületab kiiri. Kui IR-kiir puruneb, lülitub vooluring sisse ja väljund lülitub ON-olekusse. Väljundi seisund jääb kuni selle ümberhäälestamiseni lüliti välja lülitades, mis tähendab, et kui kiirte katkestus on lahti, siis jääb alarm sisse. Et teised ei saaks alarmi deaktiveerida, peab vooluahela või lähtestamise lüliti asuma infrapunaandurist kaugel või silmapiiril. Selles vooluringis on sisseehitatud heliga heli tekitamiseks ühendatud „B1” summer ja selle sisseehitatud heli võib nõudest lähtuvalt asendada muidu tugeva sireeniga.

Eelised

The IR-anduri eelised sisaldama järgmist

  • See kasutab vähem energiat
  • Liikumist on võimalik tuvastada valguse olemasolul või puudumisel ligikaudu sama usaldusväärselt.
  • Nad ei vaja tuvastamiseks kontakti objektiga
  • Kiire suuna tõttu andmeid ei lekita
  • Oksüdatsioon ja korrosioon neid andureid ei mõjuta
  • Müraimmuunsus on väga tugev

Puudused

The IR-anduri puudused sisaldama järgmist

  • Vaateväli on vajalik
  • Vahemik on piiratud
  • Neid võivad mõjutada udu, vihm, tolm jne
  • Väiksem andmeedastuskiirus

IR-anduri rakendused

Infrapunaandurid liigitatakse erinevat tüüpi sõltuvalt rakendustest. Mõned tüüpilised rakendused erinevad andurite tüübid. Kiiruseandurit kasutatakse mitme mootori kiiruse sünkroniseerimiseks. The temperatuuriandur kasutatakse tööstusliku temperatuuri reguleerimiseks. PIR-andur kasutatakse ukse automaatse avamise süsteemi jaoks ja Ultraheliandur kasutatakse kauguse mõõtmiseks.

IR-andureid kasutatakse erinevates Sensoripõhised projektid ja ka erinevates elektroonikaseadmetes, mis mõõdavad allpool käsitletud temperatuuri.

Kiirgustermomeetrid

IR-andureid kasutatakse kiirgustermomeetrites temperatuuri mõõtmiseks sõltuvalt objekti temperatuurist ja materjalist ning neil termomeetritel on mõned järgmised omadused

  • Mõõtmine ilma otsese kokkupuuteta objektiga
  • Kiirem reageerimine
  • Lihtsad mustrimõõtmised

Leegimonitorid

Seda tüüpi seadmeid kasutatakse leekidest eralduva valguse tuvastamiseks ja leekide põlemise jälgimiseks. Leekidest eralduv valgus ulatub UV-tüüpi IR-tüüpi piirkondadeni. PBS, PbSe, kahevärviline detektor, püroelektriline detektor on mõned leegimonitorides tavaliselt kasutatavad detektorid.

Niiskuse analüsaatorid

Niiskuse analüsaatorites kasutatakse lainepikkusi, mis neelduvad IR-piirkonna niiskuses. Esemeid kiiritatakse valgusega, mille lainepikkused on (1,1 um, 1,4 um, 1,9 um ja 2,7 um), samuti võrdluslainepikkustega.

Objektidelt peegelduvad tuled sõltuvad niiskusesisaldusest ja niiskuse mõõtmiseks tuvastatakse analüsaatori abil (nendel lainepikkustel peegelduva valguse suhe lainepikkusel peegelduva valgusega). GaAs PIN-fotodioodides kasutatakse Pbs fotojuhtivaid detektoreid niiskuse analüsaatorite ahelates.

Gaasianalüsaatorid

IR-andureid kasutatakse gaasianalüsaatorites, mis kasutavad gaaside neeldumisomadusi IR-piirkonnas. Gaasitiheduse mõõtmiseks kasutatakse kahte tüüpi meetodeid, näiteks dispergeerivat ja mittedispersiivset.

Hajutav: Emitatud valgus jagatakse spektroskoopiliselt ja nende neeldumiskarakteristikuid kasutatakse gaasikomponentide ja proovi koguse analüüsimiseks.

Hajutamatu: See on kõige sagedamini kasutatav meetod ja see kasutab neeldumistunnuseid ilma eraldatud valgust jagamata. Mittehajutavad tüübid kasutavad diskreetseid optilisi ribalaiusfiltreid, mis on sarnased päikeseprillidega, mida kasutatakse silmade kaitsmiseks soovimatu UV-kiirguse filtreerimiseks.

Seda tüüpi konfiguratsiooni nimetatakse tavaliselt mittedisperssiivseks infrapuna (NDIR) tehnoloogiaks. Seda tüüpi analüsaatoreid kasutatakse gaseeritud jookide jaoks, samas kui mittehajutavat analüsaatorit kasutatakse enamikus kaubanduslikes infrapunariistades autode heitgaasikütuse lekkimiseks.

IR-pildiseadmed

IR-pildiseade on üks peamisi IR-lainete rakendusi, peamiselt tänu oma omadusele, mis pole nähtav. Seda kasutatakse termokaamerate, öönägemisseadmete jms jaoks.

Näiteks vesi, kivid, pinnas, taimestik ja atmosfäär ning inimese kude kiirgavad IR-kiirgust. Termilised infrapunadetektorid mõõdavad neid kiirgusi IR-vahemikus ja kaardistavad objekti / ala ruumilised temperatuuri jaotused pildil. Termokaamerad koosnevad tavaliselt Sb (indiumantimoniit), Gd Hg (elavhõbedaga legeeritud germaanium), Hg Cd Te (elavhõbeda-kaadmiumtelluriid) anduritest.

Elektrooniline detektor jahutatakse madalale temperatuurile, kasutades vedelat heeliumi või vedelat lämmastikku. Seejärel tagavad detektorite jahutamine, et detektorite poolt registreeritud kiirgusenergia (footonid) pärineb maastikust, mitte skanneri enda ja infrapuna kujutavate elektroonikaseadmete objektide ümbritsevast temperatuurist.

Infrapunaandurite peamised rakendused hõlmavad peamiselt järgmist.

  • Meteoroloogia
  • Klimatoloogia
  • Foto-bio modulatsioon
  • Vee analüüs
  • Gaasiandurid
  • Anestesioloogia testimine
  • Nafta uurimine
  • Raudtee ohutus

Seega on see kõik infrapunaanduri kohta töötamise ja rakendustega vooluring. Neid andureid kasutatakse paljudes anduritel elektroonika projektid . Usume, et olete sellest IR-andurist ja selle tööpõhimõttest paremini aru saanud. Lisaks sellele, kui teil on kahtlusi selle artikli või projektide suhtes, andke tagasisidet, kommenteerides allolevas kommentaaride jaotises. Siin on teile küsimus, kas infrapuna-termomeeter võib töötada täielikus pimeduses?

Foto autorid: