Què és un sensor IR: diagrama de circuits i el seu funcionament

Què és un sensor IR: diagrama de circuits i el seu funcionament

La tecnologia IR es fa servir a la vida diària i també a les indústries amb diferents propòsits. Per exemple, els televisors utilitzen un fitxer Sensor IR per entendre els senyals que es transmeten des d’un control remot. Els principals avantatges dels sensors IR són el baix consum d’energia, el seu disseny senzill i les seves característiques convenients. L’ull humà no nota els senyals IR. La radiació IR a espectre electromagnètic es pot trobar a les regions del visible i del microones. Normalment, les longituds d'ona d'aquestes ones oscil·len entre 0,7 µm 5 i 1000 µm. L'espectre IR es pot dividir en tres regions com l'infraroig proper, mitjà i l'infraroig llunyà. La longitud d’ona de la regió IR propera oscil·la entre 0,75 i 3 µm, la longitud d’ona de la regió infraroja mitjana oscil·la entre 3 i 6 µm i la longitud d’ona de la radiació infraroja de la regió IR més llunyana és superior a 6 µm.



Què és un sensor d'infrarojos / sensor IR?

Un sensor d'infrarojos és un dispositiu electrònic que emet per detectar alguns aspectes de l'entorn. Un sensor IR pot mesurar la calor d’un objecte i detectar el moviment. Aquest tipus de sensors només mesuren la radiació infraroja, en lloc d’emetre-la que es denomina a sensor IR passiu . Normalment, a l’espectre infrarojos, tots els objectes irradien alguna forma de radiació tèrmica.


Sensor d

Sensor d'infrarojos





Aquest tipus de radiacions són invisibles als nostres ulls, que poden ser detectats per un sensor d’infrarojos. L'emissor és simplement un LED IR ( Díode emissor de llum ) i el detector és simplement un fotodiode IR sensible a la llum IR de la mateixa longitud d'ona que l'emesa pel LED IR. Quan la llum IR cau sobre el fotodiode, les resistències i els voltatges de sortida canviaran en proporció a la magnitud de la llum IR rebuda.

Principi de funcionament

El principi de funcionament d’un sensor d’infrarojos és similar al sensor de detecció d’objectes. Aquest sensor inclou un LED d’IR i un fotodiode d’IR, de manera que, combinant aquests dos, es pot formar un fotoacoblador en cas contrari. Les lleis físiques utilitzades en aquest sensor són la radiació de taulons, el desplaçament de Stephan Boltzmann i Weins.



El LED IR és un tipus de transmissor que emet radiacions IR. Aquest LED té un aspecte similar al d’un LED estàndard i la radiació que es genera no és visible a l’ull humà. Els receptors d'infrarojos detecten principalment la radiació mitjançant un transmissor d'infrarojos. Aquests receptors d'infrarojos estan disponibles en forma de fotodíodes. Els fotodíodes IR són diferents en comparació amb els fotodíodes habituals perquè detecten simplement radiació IR. Hi ha diferents tipus de receptors d’infrarojos segons la tensió, la longitud d’ona, el paquet, etc.

Un cop s’utilitzi com a combinació d’un transmissor i receptor d’IR, la longitud d’ona del receptor ha de ser igual al transmissor. Aquí, el transmissor és LED IR mentre que el receptor és fotodíode IR. El fotodiode d'infrarojos respon a la llum infraroja que es genera a través d'un LED d'infrarojos. La resistència del foto-díode i el canvi de la tensió de sortida són proporcionals a la llum infraroja obtinguda. Aquest és el principi de funcionament fonamental del sensor IR.


Un cop el transmissor d'infrarojos genera emissió, arriba a l'objecte i part de l'emissió es reflectirà cap al receptor d'infrarojos. El receptor IR pot decidir la sortida del sensor en funció de la intensitat de la resposta.

Tipus de sensor d'infrarojos

Els sensors infrarojos es classifiquen en dos tipus, com ara el sensor IR actiu i el sensor IR passiu.

Sensor IR actiu

Aquest sensor d'infrarojos actius inclou tant el transmissor com el receptor. En la majoria de les aplicacions, el díode emissor de llum s’utilitza com a font. El LED s’utilitza com a sensor d’infrarojos sense imatges, mentre que el díode làser s’utilitza com a sensor d’infrarojos per imatge.

Aquests sensors funcionen a través de la radiació energètica, rebuda i detectada a través de la radiació. A més, es pot processar mitjançant el processador de senyals per obtenir la informació necessària. Els millors exemples d’aquest sensor d’infraroig actiu són el sensor de reflectància i feix de trencament.

Sensor IR passiu

El sensor d’infraroig passiu només inclou detectors, però no inclou un transmissor. Aquests sensors utilitzen un objecte com un transmissor o una font d’IR. Aquest objecte emet energia i es detecta a través dels receptors d'infrarojos. Després d'això, s'utilitza un processador de senyal per entendre el senyal i obtenir la informació necessària.

Els millors exemples d’aquest sensor són el detector piroelèctric, el bolòmetre, el termoparell-termopila, etc. Aquests sensors es classifiquen en dos tipus, com ara el sensor IR tèrmic i el sensor IR quàntic. El sensor IR tèrmic no depèn de la longitud d’ona. La font d'energia utilitzada per aquests sensors s'escalfa. Els detectors tèrmics són lents amb el temps de resposta i detecció. El sensor quàntic d’IR depèn de la longitud d’ona i inclouen un temps de resposta i detecció elevat. Aquests sensors necessiten refrigeració regular per a mesures específiques.

Diagrama del circuit del sensor IR

Un circuit de sensors infrarojos és un dels mòduls de sensor bàsics i populars en un dispositiu electrònic . Aquest sensor és anàleg als sentits visionaris dels humans, que es poden utilitzar per detectar obstacles i és una de les aplicacions habituals en temps real. Aquest circuit comprèn els components següents

  • LM358 IC 2 parells de transmissors i receptors IR
  • Resistències de la gamma de quilos-ohms.
  • Resistències variables.
  • LED (díode emissor de llum).
Diagrama del circuit del sensor d’infrarojos

Diagrama del circuit del sensor d’infrarojos

En aquest projecte, la secció del transmissor inclou un sensor IR, que transmet raigs IR continus que seran rebuts per un mòdul receptor IR. Un terminal de sortida IR del receptor varia segons la seva recepció de rajos IR. Com que aquesta variació no es pot analitzar com a tal, per tant, aquesta sortida es pot alimentar a un circuit comparador. Aquí un amplificador operacional (op-amp) de LM 339 s’utilitza com a circuit de comparació.

Quan el receptor IR no rep cap senyal, el potencial a l’entrada inversora és superior a l’entrada que no inverteix del comparador IC (LM339). Per tant, la sortida del comparador es redueix, però el LED no brilla. Quan el mòdul receptor IR rep un senyal que el potencial de l'entrada inversora baixa. Així, la sortida del comparador (LM 339) augmenta i el LED comença a brillar.

La resistència R1 (100), R2 (10k) i R3 (330) s’utilitzen per assegurar que un mínim de 10 mA de corrent travessi els dispositius LED d’IR, com ara el fotodiode i els LED normals, respectivament. La resistència VR2 (preestablerta = 5k) s'utilitza per ajustar els terminals de sortida. La resistència VR1 (preset = 10k) s’utilitza per configurar la sensibilitat del diagrama del circuit. Llegiu més sobre els sensors IR.

Circuit de sensor IR mitjançant transistor

A continuació es mostra el diagrama del circuit del sensor IR que utilitza transistors, és a dir, la detecció d’obstacles mitjançant dos transistors. Aquest circuit s’utilitza principalment per a la detecció d’obstacles mitjançant un LED IR. Per tant, aquest circuit es pot construir amb dos transistors com NPN i PNP. Per a NPN, s’utilitza el transistor BC547 mentre que per a PNP s’utilitza el transistor BC557. El pinout d’aquests transistors és el mateix.

Circuit de sensor d

Circuit de sensor d'infrarojos mitjançant transistors

En el circuit anterior, sempre s’encén un LED d’infrarojos, mentre que l’altre LED d’infrarojos s’associa al terminal base del transistor PNP perquè aquest LED d’IR actua com a detector. Els components necessaris d’aquest circuit de sensor IR inclouen resistències de 100 ohms i 200 ohms, transistors BC547 i BC557, LED, LED LED-2. El procediment pas a pas de com fer el circuit del sensor IR inclou els passos següents.

  • Connecteu els components segons el diagrama de circuits utilitzant els components necessaris
  • Connecteu un LED d’infrarojos al terminal base del transistor BC547
  • Connecteu un LED d'infrarojos al terminal base del mateix transistor.
  • Connecteu la resistència de 100Ω cap als pins residuals dels LED d'infrarojos.
  • Connecteu el terminal base del transistor PNP al terminal del col·lector del transistor NPN.
  • Connecteu la resistència LED i 220Ω segons la connexió del diagrama del circuit.
  • Un cop feta la connexió del circuit, es dóna l'alimentació del circuit per provar-lo.

Circuit de treball

Un cop detectat el LED d'infrarojos, la llum reflectida de la cosa activarà un petit corrent que es subministrarà a tot el detector de LED IR. Això activarà el transistor NPN i el PNP, per tant, el LED s’encendrà. Aquest circuit és aplicable per a la realització de diferents projectes, com ara les làmpades automàtiques, quan s’acosta una persona a prop de la llum.

Circuit d'alarma antirobatori amb sensor IR

Aquest circuit d'alarma antirobatori s'utilitza a les entrades, portes, etc. Aquest circuit emet un so brunzit per alertar la persona interessada cada vegada que algú travessa el raig IR. Quan els raigs IR no són visibles per als humans, aquest circuit funciona com un dispositiu de seguretat ocult.

Circuit d

Circuit d'alarma antirobatori amb sensor IR

Els components necessaris d’aquest circuit inclouen principalment NE555IC, resistències R1 i R2 = 10k i 560, D1 (fotodiode IR), D2 (LED IR), Condensador C1 (100nF), S1 (interruptor push), B1 (Buzzer) i 6v DC Subministrament.
Aquest circuit es pot connectar disposant el LED d'infrarojos i els sensors d'infrarojos de la porta oposats l'un a l'altre. De manera que els raigs IR poden caure correctament sobre el sensor. En condicions normals, el raig d'infrarojos sempre cau sobre el díode infraroj i la condició de sortida del pin-3 es mantindrà en estat baix.

Aquest raig s’interromprà quan un objecte sòlid creui el raig. Quan el raig IR es trenca, el circuit s’activarà i la sortida es posarà en ON. La condició de sortida es manté fins que es torna a sintonitzar en apagar l’interruptor que significa que, quan es desactiva l’interrupció del raig, l’alarma continua activada. Per evitar que altres desactivin l'alarma, el circuit o el commutador de reinici s'han de situar lluny o fora de la vista del sensor d'infrarojos. En aquest circuit, es connecta un brunzidor 'B1' per produir so amb un so incorporat i aquest so incorporat es pot substituir per una sirena alternativa de campanes que, en cas contrari, es basa en el requisit.

Avantatges

El avantatges del sensor IR inclou el següent

  • Utilitza menys energia
  • La detecció de moviment és possible en presència o absència de llum aproximadament amb la mateixa fiabilitat.
  • No necessiten contacte amb l'objecte per a la seva detecció
  • No hi ha cap fuita de dades a causa de la direcció del raig
  • Aquests sensors no es veuen afectats per l'oxidació i la corrosió
  • La immunitat contra el soroll és molt forta

Desavantatges

El desavantatges del sensor IR inclou el següent

  • Es requereix una línia de visió
  • L'abast és limitat
  • Es poden veure afectats per la boira, la pluja, la pols, etc.
  • Menys velocitat de transmissió de dades

Aplicacions del sensor IR

Els sensors IR es classifiquen en diferents tipus segons les aplicacions. Algunes de les aplicacions típiques de diferents tipus de sensors. El sensor de velocitat s’utilitza per sincronitzar la velocitat de diversos motors. El sensor de temperatura s’utilitza per al control de temperatura industrial. Sensor PIR S'utilitza per a un sistema d'obertura automàtica de portes i el sistema Sensor d'ultrasons s’utilitza per mesurar la distància.

Els sensors IR es fan servir en diversos Projectes basats en sensors i també en diversos dispositius electrònics que mesuren la temperatura que es discuteix a continuació.

Termòmetres de radiació

Els sensors IR es fan servir en termòmetres de radiació per mesurar la temperatura que depèn de la temperatura i del material de l’objecte i aquests termòmetres tenen algunes de les característiques següents

  • Mesura sense contacte directe amb l'objecte
  • Resposta més ràpida
  • Mesures fàcils de patrons

Monitors de flama

Aquest tipus de dispositius s’utilitzen per detectar la llum emesa per les flames i per controlar com s’estan cremant. La llum emesa per les flames s’estén dels tipus de regió UV a IR. PBS, PbSe, detector de dos colors i detector piroelèctric són alguns dels detectors més utilitzats en els monitors de flama.

Analitzadors d’humitat

Els analitzadors d’humitat utilitzen longituds d’ona que són absorbides per la humitat de la regió IR. Els objectes s’irradien amb llum que té aquestes longituds d’ona (1,1 µm, 1,4 µm, 1,9 µm i 2,7 µm) i també amb longituds d’ona de referència.

Les llums reflectides pels objectes depenen del contingut d'humitat i són detectades per l'analitzador per mesurar la humitat (relació de la llum reflectida en aquestes longituds d'ona a la llum reflectida a la longitud d'ona de referència). Als fotodíodes PIN de GaAs, els detectors fotoconductors Pbs s’utilitzen en circuits analitzadors d’humitat.

Analitzadors de gasos

Els sensors IR es fan servir en analitzadors de gasos que utilitzen les característiques d’absorció dels gasos a la regió IR. S'utilitzen dos tipus de mètodes per mesurar la densitat del gas, com el dispersiu i el no dispersiu.

Dispersiu: Una llum emesa es divideix espectroscòpicament i les seves característiques d’absorció s’utilitzen per analitzar els ingredients del gas i la quantitat de mostra.

No dispersiu: És el mètode més utilitzat i utilitza característiques d’absorció sense dividir la llum emesa. Els tipus no dispersors utilitzen filtres de banda òptica discrets, similars a les ulleres de sol que s’utilitzen per protegir els ulls per filtrar la radiació UV no desitjada.

Aquest tipus de configuració es coneix comunament com a tecnologia d’infraroig no dispersiu (NDIR). Aquest tipus d’analitzador s’utilitza per a begudes carbonatades, mentre que un analitzador no dispersiu s’utilitza en la majoria d’instruments IR comercials, per a fugides de combustible de gasos d’escapament d’automòbils.

Dispositius d’imatge IR

El dispositiu d’imatge IR és una de les principals aplicacions de les ones IR, principalment per la seva propietat que no és visible. S'utilitza per a imatges tèrmiques, dispositius de visió nocturna, etc.

Per exemple, l’aigua, les roques, el sòl, la vegetació i l’atmosfera i el teixit humà emeten radiació IR. Els detectors d'infrarojos tèrmics mesuren aquestes radiacions en el rang IR i mapen les distribucions de temperatura espacial de l'objecte / àrea en una imatge. Les imatges tèrmiques solen estar compostes per sensors Sb (antimonit d’indi), Gd Hg (germani dopat amb mercuri), Hg Cd Te (teluriur de mercuri-cadmi).

Un detector electrònic es refreda a baixes temperatures mitjançant heli líquid o nitrogen líquid. A continuació, el refredament dels detectors assegura que l'energia radiant (fotons) enregistrats pels detectors prové del terreny i no de la temperatura ambiental dels objectes dins del propi escàner i dels dispositius electrònics d'imatge IR.

Les principals aplicacions dels sensors infrarojos inclouen principalment les següents.

  • Meteorologia
  • Climatologia
  • Modulació foto-bio
  • Anàlisi de l'aigua
  • Detectors de gas
  • Proves d’anestesiologia
  • Exploració de petroli
  • Seguretat del ferrocarril

Per tant, això és tot sobre el sensor d'infrarojos circuit amb treball i aplicacions. Aquests sensors s’utilitzen en molts sistemes basats en sensors projectes electrònics . Creiem que és possible que hàgiu entès millor aquest sensor IR i el seu principi de funcionament. A més, si teniu dubtes sobre aquest article o projectes, doneu els vostres comentaris comentant a la secció de comentaris següent. Aquí teniu una pregunta: el termòmetre d’infrarojos pot funcionar en plena foscor?

Crèdits fotogràfics: