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红外传感器

介绍

红外技术解决了各种各样的无线应用。主要的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- 700 nm至1400 nm -红外传感器，光纤
  • 中红外区- 1400nm至3000nm -热感测
  • 远红外区域- 3000 nm到1毫米-热成像

红外的频率范围比微波高，比可见光小。

在光学传感和光通信方面，由于光作为信号源的实现不像射频那么复杂，光光学技术被用于近红外区域。光学无线通信是通过红外数据传输来实现短程应用。

红外传感器发射和/或检测红外辐射，以感知其周围环境。

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。

普朗克定律指出，“每个物体发出的辐射的温度都不等于。00K”。斯蒂芬-玻尔兹曼定律指出:“在所有波长下，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”。

红外传感器作为障碍物探测器的基本概念是发射红外信号，该红外信号从物体表面反射出来，在红外接收器上接收信号。

典型的红外探测系统有五个基本要素: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。可采用特定波长的红外激光器和红外LED作为红外光源。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。红外接收机可以是光电二极管、光电晶体管等，红外接收机的重要指标有光敏性、探测性和噪声等效功率。红外探测器的输出功率很小，信号处理由放大器完成。

红外传感器的类型

红外传感器可以是被动的或主动的。被动式红外传感器基本上是红外探测器。被动红外传感器不使用任何红外源，检测视野中障碍物发出的能量。它们有两种类型:量子的和热的。热红外传感器以红外能量为热源，与波长无关。热电偶、热释电探测器和热辐射计是常见的热红外探测器类型。

量子型红外探测器提供更高的探测性能，比热型红外探测器更快。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:内禀型和外禀型。本征型量子探测器分为光导电池和光伏电池。

有源红外传感器由红外源和红外探测器两部分组成。红外光源包括一个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。红外源发出的能量被物体反射，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LED看起来像普通的LED，但它发出的辐射是肉眼看不见的。

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其波长，输出功率和响应时间。

利用红外LED、限流电阻和电源，可以构造一个简单的红外发射机。下图是一个典型的红外发射机的原理图。

2.红外发射机

当电源为5V时，红外发射机消耗约3至5 mA的电流。红外线发射器可以被调制以产生特定频率的红外光。最常用的调制是开-关-键(OOK)调制。

红外发射机有多种用途。一些应用需要红外加热，最好的红外源是红外发射器。当红外发射器与石英结合使用时，就可以制造太阳能电池。

红外接收器

红外接收器也被称为红外传感器，因为它们检测红外发射器的辐射。红外接收器以光电二极管和光电晶体管的形式出现。红外光电二极管不同于普通的光电二极管，因为它们只检测红外辐射。下图是一个典型的红外接收器或光电二极管。

红外接收器

根据波长、电压、封装等不同类型的红外接收器存在。当使用红外收发组合时，接收机的波长应与发射机的波长相匹配。

使用光电晶体管的典型红外接收电路如下图所示。

3.红外接收器

它由一个红外光电晶体管、一个二极管、一个MOSFET、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，电流通过它，MOSFET就会打开。这反过来点亮了作为负载的LED。电位器是用来控制光电晶体管的灵敏度的。

工作原理

红外传感器作为目标检测传感器的原理可以用下图来说明。一种红外传感器，由红外LED和红外光电二极管组成;它们统称为光耦合器或光耦合器。

4.红外传感器工作原理

当红外发射器发射辐射时，它到达物体，部分辐射反射回红外接收器。根据红外接收机接收的强度，定义传感器的输出。

障碍物感应电路或红外感应电路

一个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LED发射红外线。光电二极管探测红外光。采用集成电路运放作为电压比较器。电位器用于根据要求校准传感器的输出。

当红外LED发出的光撞击物体后入射到光电二极管上，光电二极管的电阻从一个很大的值下降。运算放大器的一个输入是在电位器设定的阈值处。运算放大器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，串联电阻上的压降就会很高。在集成电路中，对阈值电压和串联电阻之间的电压进行了比较。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。当集成电路的输出连接到LED上时，它就会变亮。阈值电压可以根据环境条件调节电位器。

红外LED和红外接收机的定位是影响红外接收机性能的重要因素。当红外LED直接放在红外接收器的前面时，这种设置称为直接入射。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线上，它通过反射辐射或吸收辐射来阻止辐射到达接收器。

区分黑色和白色

黑色吸收入射到它上面的全部辐射，白色反射入射到它上面的全部辐射，这是具有普遍性的。根据这一原理，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的接触线，发射的辐射必须在击中任何物体后反射回光电二极管。物体表面可分为反射面和非反射面两种。如果物体表面是反射的，即它是白色或其他颜色的光，大部分入射到它上的辐射会被反射回来，到达光电二极管。根据反射回来的辐射强度，电流在光电二极管中流动。

如果物体的表面是不反光的，即它是黑色或其他深色，它几乎吸收所有入射到它上面的辐射。由于没有反射辐射，所以没有辐射入射到光电二极管上，因此光电二极管的电阻较高，不允许有电流流过。这种情况类似于没有任何物体。

下面显示了上述场景的图形表示。

6.区分黑色和白色

红外发射机和接收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。这个角是传感器的指向性，为+/- 45度。

方向性如下图所示。

7.方向性

为了避免来自周围物体的反射，红外发射器和红外接收器都必须封闭。一般来说，外壳由塑料制成，并涂成黑色。

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28岁的反应

  6. 你好，先生，请帮助?????我想在家里做一个红外线感应器的夜视装置，所以请告诉我红外线感应器类型瓦n伏容量????????????

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  7. 亲爱的先生，您给出了关于障碍物探测器的明确信息。但是这种类型的红外led可以适应更小的距离。也就是30厘米左右。对于远距离，哪种类型的红外led可以使用?请给我建议。
    谢谢

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  10. 你好，先生，我想让自动开闸电路没有任何遥控。它会探测到车门应该是开着的。我该怎么做呢?

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