Co to jest czujnik podczerwieni: schemat obwodu i jego działanie

Co to jest czujnik podczerwieni: schemat obwodu i jego działanie

Technologia IR jest wykorzystywana w życiu codziennym, a także w przemyśle do różnych celów. Na przykład telewizory używają rozszerzenia Czujnik podczerwieni rozumieć sygnały, które są przesyłane z pilota. Główne zalety czujników podczerwieni to niskie zużycie energii, prosta konstrukcja i wygodne funkcje. Sygnały IR nie są zauważalne dla ludzkiego oka. Promieniowanie podczerwone w widmo elektromagnetyczne można znaleźć w regionach światła widzialnego i mikrofalowego. Zwykle długości fal tych fal wahają się od 0,7 µm 5 do 1000 µm. Widmo IR można podzielić na trzy obszary, takie jak bliską podczerwień, średnią i daleką podczerwień. Długość fali obszaru bliskiej podczerwieni wynosi od 0,75 do 3 µm, długość fali regionu średniej podczerwieni od 3 do 6 µm, a długość fali promieniowania podczerwonego dalekiej podczerwieni jest większa niż 6 µm.



Co to jest czujnik podczerwieni / czujnik podczerwieni?

Czujnik podczerwieni to urządzenie elektroniczne, które emituje, aby wyczuć pewne aspekty otoczenia. Czujnik podczerwieni może mierzyć ciepło obiektu, a także wykrywać ruch. Tego typu czujniki mierzą tylko promieniowanie podczerwone, a nie emitują je, co nazywa się a pasywny czujnik podczerwieni . Zwykle w zakresie podczerwieni wszystkie obiekty emitują jakąś formę promieniowania cieplnego.


Czujnik podczerwieni

Czujnik podczerwieni





Tego typu promieniowanie jest niewidoczne dla naszych oczu, co można wykryć za pomocą czujnika podczerwieni. Emiter to po prostu dioda podczerwieni ( Dioda LED ), a detektor to po prostu fotodioda IR, która jest wrażliwa na światło podczerwone o tej samej długości fali, jak emitowane przez diodę IR LED. Kiedy światło podczerwone pada na fotodiodę, rezystancje i napięcia wyjściowe zmieniają się proporcjonalnie do wielkości odbieranego światła podczerwonego.

Zasada działania

Zasada działania czujnika podczerwieni jest podobna do czujnika wykrywania obiektów. Ten czujnik zawiera diodę podczerwieni i fotodiodę IR, więc łącząc te dwa elementy można utworzyć jako foto-sprzęgacz, w przeciwnym razie transoptor. Prawa fizyki stosowane w tym czujniku to promieniowanie desek, przemieszczenie Stephana Boltzmanna i Weinsa.



Dioda podczerwieni to jeden z rodzajów nadajników emitujących promieniowanie podczerwone. Ta dioda LED wygląda podobnie do standardowej diody LED, a generowane przez nią promieniowanie nie jest widoczne dla ludzkiego oka. Odbiorniki podczerwieni wykrywają promieniowanie głównie za pomocą nadajnika podczerwieni. Te odbiorniki podczerwieni są dostępne w postaci fotodiod. Fotodiody IR różnią się od zwykłych fotodiod, ponieważ wykrywają po prostu promieniowanie podczerwone. Istnieją różne rodzaje odbiorników podczerwieni w zależności od napięcia, długości fali, opakowania itp.

Gdy jest używany jako połączenie nadajnika i odbiornika podczerwieni, wówczas długość fali odbiornika musi być równa nadajnikowi. Tutaj nadajnik jest diodą podczerwieni, a odbiornikiem jest fotodioda IR. Fotodioda podczerwieni reaguje na światło podczerwone generowane przez diodę podczerwieni. Rezystancja fotodiody i zmiana napięcia wyjściowego są proporcjonalne do uzyskanego światła podczerwonego. To jest podstawowa zasada działania czujnika podczerwieni.


Gdy nadajnik podczerwieni wygeneruje emisję, dociera do obiektu, a część emisji odbija się z powrotem w kierunku odbiornika podczerwieni. O mocy czujnika decyduje odbiornik podczerwieni w zależności od intensywności odpowiedzi.

Rodzaje czujników podczerwieni

Czujniki podczerwieni dzieli się na dwa typy, takie jak aktywny czujnik podczerwieni i pasywny czujnik podczerwieni.

Aktywny czujnik podczerwieni

Ten aktywny czujnik podczerwieni obejmuje zarówno nadajnik, jak i odbiornik. W większości zastosowań jako źródło używana jest dioda elektroluminescencyjna. Dioda LED jest używana jako nieobrazowy czujnik podczerwieni, podczas gdy dioda laserowa jest używana jako obrazowy czujnik podczerwieni.

Czujniki te działają poprzez promieniowanie energii, odbierane i wykrywane przez promieniowanie. Ponadto może być przetwarzany przy użyciu procesora sygnału w celu pobrania niezbędnych informacji. Najlepszymi przykładami tego aktywnego czujnika podczerwieni są czujnik odbicia i zerwania wiązki.

Pasywny czujnik podczerwieni

Pasywny czujnik podczerwieni obejmuje tylko detektory, ale nie zawierają nadajnika. Czujniki te wykorzystują obiekt, taki jak nadajnik lub źródło podczerwieni. Obiekt ten emituje energię i jest wykrywany przez odbiorniki podczerwieni. Następnie używany jest procesor sygnałowy do zrozumienia sygnału w celu uzyskania wymaganych informacji.

Najlepszymi przykładami tego czujnika są detektor piroelektryczny, bolometr, termopara-termoelement itp. Czujniki te dzieli się na dwa typy, takie jak termiczny czujnik podczerwieni i kwantowy czujnik podczerwieni. Termiczny czujnik podczerwieni nie zależy od długości fali. Źródło energii używane przez te czujniki jest podgrzewane. Detektory termiczne są powolne w odpowiedzi i czasie wykrywania. Kwantowy czujnik podczerwieni zależy od długości fali, a czujniki te charakteryzują się wysoką reakcją i czasem wykrywania. Te czujniki wymagają regularnego chłodzenia do określonych pomiarów.

Schemat obwodu czujnika podczerwieni

Obwód czujnika podczerwieni jest jednym z podstawowych i popularnych modułów czujników w systemie urządzenie elektroniczne . Ten czujnik jest analogiczny do ludzkich zmysłów wizyjnych, które mogą być używane do wykrywania przeszkód i jest jednym z powszechnych zastosowań w czasie rzeczywistym. Ten obwód składa się z następujących elementów

  • LM358 IC 2 para nadajnika i odbiornika podczerwieni
  • Rezystory w zakresie kiloomów.
  • Rezystory zmienne.
  • LED (dioda elektroluminescencyjna).
Schemat obwodu czujnika podczerwieni

Schemat obwodu czujnika podczerwieni

W tym projekcie sekcja nadajnika zawiera czujnik podczerwieni, który przesyła ciągłe promienie podczerwone do odbioru przez moduł odbiornika podczerwieni. Końcówka wyjściowa podczerwieni odbiornika różni się w zależności od odbioru promieni podczerwonych. Ponieważ tej zmiany nie można analizować jako takiej, to wyjście może być doprowadzone do obwodu komparatora. Tutaj plik wzmacniacz operacyjny (wzmacniacz operacyjny) LM 339 jest używany jako obwód komparatora.

Gdy odbiornik podczerwieni nie odbiera sygnału, potencjał na wejściu odwracającym jest wyższy niż na wejściu nieodwracającym układu scalonego komparatora (LM339). W ten sposób wyjście komparatora spada, ale dioda LED nie świeci. Gdy moduł odbiornika podczerwieni odbiera sygnał do potencjału na wejściu odwracającym, spada. W ten sposób wyjście komparatora (LM 339) staje się wysokie i dioda LED zaczyna świecić.

Rezystory R1 (100), R2 (10k) i R3 (330) służą do zapewnienia, że ​​prąd o natężeniu co najmniej 10 mA przepływa przez urządzenia LED IR, takie jak odpowiednio fotodioda i normalne diody LED. Rezystor VR2 (ustawienie fabryczne = 5k) służy do regulacji zacisków wyjściowych. Rezystor VR1 (ustawienie wstępne = 10k) służy do ustawiania czułości schematu obwodu. Przeczytaj więcej o czujnikach podczerwieni.

Obwód czujnika podczerwieni wykorzystujący tranzystor

Schemat obwodu czujnika podczerwieni wykorzystującego tranzystory, a mianowicie wykrywania przeszkód za pomocą dwóch tranzystorów, pokazano poniżej. Ten obwód jest używany głównie do wykrywania przeszkód za pomocą diody LED IR. Tak więc obwód ten można zbudować z dwoma tranzystorami, takimi jak NPN i PNP. W przypadku NPN stosuje się tranzystor BC547, natomiast w przypadku PNP stosuje się tranzystor BC557. Układ pinów tych tranzystorów jest taki sam.

Obwód czujnika podczerwieni wykorzystujący tranzystory

Obwód czujnika podczerwieni wykorzystujący tranzystory

W powyższym obwodzie jedna dioda podczerwieni jest zawsze włączona, podczas gdy druga dioda podczerwieni jest połączona z terminalem bazowym tranzystora PNP, ponieważ ta dioda podczerwieni działa jako detektor. Wymagane elementy tego obwodu czujnika podczerwieni obejmują rezystory 100 omów i 200 omów, tranzystory BC547 i BC557, diody LED, diody LED podczerwieni-2. Procedura krok po kroku jak wykonać obwód czujnika podczerwieni zawiera następujące kroki.

  • Podłączyć komponenty zgodnie ze schematem połączeń, używając wymaganych komponentów
  • Podłącz jedną diodę LED na podczerwień do zacisku bazowego tranzystora BC547
  • Podłącz podczerwoną diodę LED do zacisku bazowego tego samego tranzystora.
  • Podłącz rezystor 100Ω w kierunku szczątkowych styków diod LED na podczerwień.
  • Podłącz końcówkę bazową tranzystora PNP do końcówki kolektora tranzystora NPN.
  • Podłączyć rezystor LED i rezystor 220Ω zgodnie z połączeniem na schemacie obwodu.
  • Po podłączeniu obwodu dostarcza zasilanie do obwodu w celu przetestowania.

Obwód działa

Po wykryciu diody LED podczerwieni odbite światło od przedmiotu aktywuje niewielki prąd, który będzie zasilał detektor IR LED. Spowoduje to aktywację tranzystora NPN i PNP, a dioda LED zaświeci się. Ten obwód ma zastosowanie do wykonywania różnych projektów, takich jak automatyczne lampy, które włączają się, gdy osoba zbliży się do światła.

Obwód alarmu włamaniowego wykorzystujący czujnik podczerwieni

Ten obwód alarmu antywłamaniowego na podczerwień jest używany przy wejściach, drzwiach itp. Obwód ten emituje dźwięk brzęczyka, aby ostrzec zainteresowaną osobę, gdy ktoś przechodzi przez promień podczerwieni. Kiedy promienie podczerwone nie są widoczne dla ludzi, wówczas obwód ten działa jako ukryte urządzenie zabezpieczające.

Obwód alarmu włamaniowego

Obwód alarmu włamaniowego wykorzystujący czujnik podczerwieni

Wymagane elementy tego obwodu obejmują głównie NE555IC, rezystory R1 i R2 = 10k i 560, D1 (fotodioda IR), D2 (dioda IR), kondensator C1 (100nF), S1 (przełącznik wciskany), B1 (brzęczyk) i 6v DC Dostawa.
Ten obwód można podłączyć, umieszczając diodę podczerwieni oraz czujniki podczerwieni na drzwiach naprzeciwko siebie. Aby promień podczerwieni mógł prawidłowo padać na czujnik. W normalnych warunkach promień podczerwony spada zawsze na diodę podczerwieni, a stan wyjściowy na pinie-3 pozostanie w stanie niskim.

Ten promień zostanie przerwany, gdy ciało stałe przejdzie przez promień. Gdy promień podczerwieni rozbije się, obwód zostanie aktywowany, a wyjście przejdzie w stan WŁ. Stan wyjścia utrzymuje się do jego przywrócenia poprzez zamknięcie przełącznika, co oznacza, że ​​po odłączeniu przerwania promienia alarm pozostaje włączony. Aby inne osoby nie mogły dezaktywować alarmu, obwód lub przełącznik resetowania muszą być umieszczone w pewnej odległości lub poza zasięgiem wzroku od czujnika podczerwieni. W tym obwodzie brzęczyk „B1” jest podłączony, aby wytwarzać dźwięk z wbudowanym dźwiękiem, a ten wbudowany dźwięk można zastąpić alternatywnymi dzwonkami, w przeciwnym razie głośna syrena w zależności od wymagań.

Zalety

Plik zalety czujnika podczerwieni obejmują następujące elementy

  • Zużywa mniej energii
  • Wykrywanie ruchu jest możliwe w obecności lub przy braku światła w przybliżeniu z taką samą niezawodnością.
  • Nie potrzebują kontaktu z obiektem w celu wykrycia
  • Nie ma wycieku danych z powodu kierunku promienia
  • Na czujniki te nie ma wpływu utlenianie i korozja
  • Odporność na hałas jest bardzo silna

Niedogodności

Plik wady czujnika podczerwieni obejmują następujące elementy

  • Wymagana jest linia wzroku
  • Zasięg jest ograniczony
  • Może na nie wpływać mgła, deszcz, kurz itp
  • Mniejsza szybkość transmisji danych

Zastosowania czujnika podczerwieni

Czujniki podczerwieni są podzielone na różne typy w zależności od aplikacji. Niektóre z typowych zastosowań różnych plików rodzaje czujników. Czujnik prędkości służy do synchronizacji prędkości wielu silników. Plik czujnik temperatury służy do przemysłowej regulacji temperatury. Czujnik PIR służy do automatycznego otwierania drzwi i Czujnik ultradźwiękowy służy do pomiaru odległości.

Czujniki podczerwieni są używane w różnych Projekty oparte na czujnikach a także w różnych urządzeniach elektronicznych, które mierzą temperaturę omówioną poniżej.

Termometry radiacyjne

Czujniki podczerwieni są używane w termometrach radiacyjnych do pomiaru temperatury w zależności od temperatury i materiału obiektu, a te termometry mają niektóre z następujących cech

  • Pomiar bez bezpośredniego kontaktu z obiektem
  • Szybsza odpowiedź
  • Łatwe pomiary wzoru

Monitory płomienia

Tego typu urządzenia są używane do wykrywania światła emitowanego przez płomienie oraz do monitorowania sposobu spalania płomieni. Światło emitowane przez płomienie obejmuje obszary od UV do IR. PBS, PbSe, detektor dwukolorowy, detektor piroelektryczny to tylko niektóre z powszechnie stosowanych detektorów stosowanych w monitorach płomienia.

Analizatory wilgoci

Wagosuszarki wykorzystują długości fal, które są absorbowane przez wilgoć w obszarze IR. Obiekty naświetlane są światłem o tych długościach fal (1,1 µm, 1,4 µm, 1,9 µm i 2,7 µm), a także referencyjnymi długościami fal.

Światła odbijane od obiektów zależą od zawartości wilgoci i są wykrywane przez analizator w celu pomiaru wilgotności (stosunek światła odbitego przy tych długościach fal do światła odbitego przy długości fali odniesienia). W fotodiodach GaAs PIN w obwodach wagosuszarek stosowane są fotoprzewodzące detektory Pbs.

Analizatory gazów

Czujniki IR są stosowane w analizatorach gazów, które wykorzystują charakterystykę absorpcji gazów w obszarze IR. Do pomiaru gęstości gazu stosuje się dwa rodzaje metod: dyspersyjną i niedyspersyjną.

Dyspersyjny: Emitowane światło jest dzielone spektroskopowo, a ich charakterystyka absorpcyjna jest wykorzystywana do analizy składników gazu i ilości próbki.

Niedyspersyjne: Jest to najczęściej stosowana metoda wykorzystująca charakterystykę absorpcji bez dzielenia emitowanego światła. Typy niedyspersyjne wykorzystują dyskretne optyczne filtry pasmowe, podobne do okularów przeciwsłonecznych, które służą do ochrony oczu w celu odfiltrowania niepożądanego promieniowania UV.

Ten typ konfiguracji jest powszechnie określany jako technologia niedyspersyjnej podczerwieni (NDIR). Ten typ analizatora jest używany do napojów gazowanych, podczas gdy niedyspersyjny analizator jest używany w większości komercyjnych przyrządów IR do wycieków paliwa z samochodowych spalin.

Urządzenia do obrazowania w podczerwieni

Obraz w podczerwieni jest jednym z głównych zastosowań fal IR, głównie ze względu na swoją niewidoczną właściwość. Służy do kamer termowizyjnych, noktowizorów itp.

Na przykład woda, skały, gleba, roślinność i atmosfera oraz ludzkie tkanki emitują promieniowanie podczerwone. Detektory termiczne na podczerwień mierzą to promieniowanie w zakresie IR i mapują przestrzenne rozkłady temperatury obiektu / obszaru na obrazie. Kamery termowizyjne zwykle składające się z czujników Sb (antymonit indu), Gd Hg (germanu domieszkowanego rtęcią), Hg Cd Te (tellurek rtęciowo-kadmowy).

Elektroniczny detektor jest schładzany do niskich temperatur za pomocą ciekłego helu lub ciekłego azotu. Wówczas chłodzenie detektorów zapewnia, że ​​energia promieniowania (fotony) rejestrowana przez detektory pochodzi z terenu, a nie z temperatury otoczenia obiektów znajdujących się w samym skanerze i elektronicznych urządzeniach obrazujących w podczerwieni.

Główne zastosowania czujników podczerwieni obejmują głównie poniższe.

  • Meteorologia
  • Klimatologia
  • Fotobiomodulacja
  • Analiza wody
  • Detektory gazu
  • Badanie anestezjologii
  • Poszukiwanie ropy naftowej
  • Bezpieczeństwo kolei

A więc to wszystko o czujniku podczerwieni obwód z działaniem i aplikacjami. Czujniki te są używane w wielu opartych na czujnikach projekty elektroniczne . Uważamy, że możesz lepiej zrozumieć ten czujnik podczerwieni i jego zasadę działania. Ponadto wszelkie wątpliwości dotyczące tego artykułu lub projektów prosimy o wyrażenie opinii, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, czy termometr na podczerwień może działać w całkowitej ciemności?

Kredyty fotograficzne: