红外传感器

介绍

红外技术解决了各种各样的无线应用。主要领域是传感和远程控制。在电磁波谱中,红外部分分为三个区域:近红外区域、中红外区域和远红外区域。

这些区域的波长及其应用如下所示。

  • 近红外区域- 700nm到1400nm -红外传感器,光纤
  • 中红外区域- 1400nm ~ 3000nm -热感测
  • 远红外区域- 3000nm到1mm -热成像

红外线的频率范围比微波高,比可见光小。

对于光学传感和光通信而言,近红外区域采用光导技术,因为光作为信号源比射频的复杂程度低。光学无线通信是通过红外数据传输实现的,适用于近程应用。

红外传感器发射和/或探测红外辐射来感知周围环境。

任何红外传感器的工作都受三个定律支配:普朗克辐射定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律和维恩位移定律。

普朗克定律说:“每个物体在不等于00K”。斯蒂芬-玻尔兹曼定律指出:“在所有波长,黑体发射的总能量与绝对温度的四次方成正比。”根据维恩位移定律,“黑体在不同温度下的辐射曲线会在与温度成反比的波长处达到峰值”。

作为障碍物探测器的红外传感器的基本概念是发射一个红外信号,这个红外信号从物体表面反射回来,然后被红外接收器接收。

在一个典型的红外探测系统中有五个基本要素:红外源、传输介质、光学元件、红外探测器或接收器和信号处理。特定波长的红外激光器和红外LED可以作为红外源。用于红外传输的三种主要介质是真空、大气和光纤。光学元件用于聚焦红外辐射或限制光谱响应。

由石英、锗和硅制成的光学透镜用于聚焦红外辐射。红外接收器可以是光电二极管、光电晶体管等,红外接收器的一些重要指标是光敏性、探测性和噪声等效功率。由于红外探测器的输出非常小,信号处理由放大器完成。

红外传感器类型

红外传感器可以是被动的或主动的。被动红外传感器基本上就是红外探测器。被动红外传感器不使用任何红外源,探测视野内障碍物发射的能量。它们有两种类型:量子和热中子。热红外传感器采用红外能量作为热源,与波长无关。热电偶、热释电探测器和测辐射热计是热红外探测器的常见类型。

量子型红外探测器比热型红外探测器具有更高的探测性能和更快的速度。量子型探测器的光敏性与波长有关。量子型探测器进一步分为两类:固有型和外在型。本征型量子探测器包括光导电池和光伏电池。

主动红外传感器由红外源和红外探测器两部分组成。红外光源包括LED或红外激光二极管。红外探测器包括光电二极管或光电晶体管。红外源发射的能量被物体反射并落在红外探测器上。

1.红外传感器

红外发射机

红外发射器是一种发射红外辐射的发光二极管(LED)。因此,它们被称为IR LED。尽管红外线LED看起来和普通LED一样,但它发出的辐射人眼是看不见的。

下图是一个典型的红外LED。

红外LED

有不同类型的红外发射器,取决于它们的波长,输出功率和响应时间。

一个简单的红外发射器可以构造使用一个红外LED,一个限流电阻和电源。一个典型的红外发射机的原理图如下所示。

2.红外发射机

当工作在5V电源,IR发射器消耗约3至5毫安的电流。亚博彩票下载红外发射器可以被调制以产生特定频率的红外光。最常用的调制是OOK (ON - OFF - KEYING)调制。

红外发射机有几种应用。一些应用需要红外热,最好的红外源是红外发射机。当红外发射器与石英一起使用时,可以制成太阳能电池。

红外接收器

红外线接收器也被称为红外传感器,因为它们可以探测红外发射器的辐射。红外线接收器有光电二极管和光电晶体管的形式。红外线光电二极管不同于普通的光电二极管,因为它们只探测红外辐射。下图是一个典型的红外接收机或光电二极管。

红外接收器

根据波长、电压、封装等不同,有不同类型的红外接收器。在红外发射-接收组合中使用时,接收端波长应与发射端波长相匹配。

一个典型的使用光电晶体管的红外接收电路如下所示。

3.红外接收器

它由一个红外光电晶体管、一个二极管、一个场效应晶体管、一个电位器和一个LED组成。当光电晶体管接收到任何红外辐射时,电流流过它,MOSFET打开。这反过来照亮了作为负载的LED。电位器是用来控制光电晶体管的灵敏度的。

工作原理

红外传感器作为物体探测传感器工作的原理可以用下图来解释。一种红外传感器,包括红外LED和红外光电二极管;它们统称为Photo - Coupler或Opto - Coupler。

4.红外传感器的工作原理

当红外发射器发出辐射时,它到达目标物体,部分辐射反射回红外接收器。根据红外接收机的接收强度,定义传感器的输出。

障碍物感应电路或红外感应电路

典型的红外传感电路如下图所示。

5.红外传感器电路

它由一个红外LED、一个光电二极管、一个电位器、一个IC运算放大器和一个LED组成。

红外线LED发出红外光。光电二极管检测红外光。一个IC运放用作电压比较器。用电位器按要求对传感器的输出进行校准。

当红外LED发出的光在击中物体后入射到光电二极管上时,光电二极管的电阻从一个巨大的值下降。运放的一个输入处于电位计设定的阈值。运放的另一个输入来自光电二极管的串联电阻。当入射辐射在光电二极管上较多时,串联电阻上的电压降就会很高。在集成电路中,对阈值电压和串联电阻上的电压进行了比较。如果通过电阻串联到光电二极管的电压大于阈值电压,IC运放的输出是高的。当IC的输出连接到LED时,它就会亮起来。阈值电压可以根据环境条件通过调整电位器来调整。

红外LED和红外接收机的定位是一个重要的因素。当IR LED被直接放在IR接收器的前面时,这个设置被称为直接入射。在这种情况下,几乎所有来自红外LED的辐射都会落在红外接收器上。因此,在红外发射器和接收器之间有一条视线通信线。如果一个物体落在这条直线上,它通过反射辐射或吸收辐射来阻碍辐射到达接收者。

区分黑白颜色

黑色吸收入射到其上的全部辐射,白色反射入射到其上的全部辐射,这是普遍现象。基于此原理,可以对传感器偶进行二次定位。红外LED和光电二极管并排放置。当红外发射器发射红外辐射时,由于发射器和接收器之间没有直接接触线,发射的辐射必须在击中任何物体后反射回光电二极管。物体的表面可分为两类:反射面和非反射面。如果物体表面具有反射性质,即白色或其他浅色,大部分入射到物体上的辐射会被反射回来,并到达光电二极管。根据反射回来的辐射的强度,电流在光电二极管中流动。

如果物体的表面在本质上是不反射的,即它是黑色或其他深色,它吸收几乎所有入射到它上的辐射。由于没有反射辐射,所以没有辐射入射到光电二极管上,光电二极管的电阻仍然较高,不允许电流流动。这种情况类似于根本没有对象。

上述场景的图示如下所示。

6.区分黑白颜色

红外收发机的定位和封装非常重要。发射机和接收机都必须放置在一定的角度,这样才能正确地探测到物体。这个角度是传感器的方向性,正/负45度。

方向性如下图所示。

7.方向性

为了避免物体以外的其他物体的反射,红外发射器和红外接收器都必须适当地封装。外壳一般用塑料制成,并涂上黑色。

29日回复

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