IR-technologie wordt in het dagelijks leven en ook in industrieën voor verschillende doeleinden gebruikt. Tv's gebruiken bijvoorbeeld een IR-sensor om de signalen te begrijpen die worden verzonden vanaf een afstandsbediening. De belangrijkste voordelen van IR-sensoren zijn een laag stroomverbruik, hun eenvoudige ontwerp en hun handige functies. IR-signalen zijn niet waarneembaar voor het menselijk oog. De IR-straling in de elektromagnetisch spectrum zijn te vinden in de regio's van de zichtbare & microgolf. Gewoonlijk variëren de golflengten van deze golven van 0,7 µm 5 tot 1000 µm. Het IR-spectrum kan worden onderverdeeld in drie gebieden, zoals nabij-infrarood, midden- en ver-infrarood. De golflengte van het nabije IR-gebied varieert van 0,75 - 3 µm, de golflengte van het midden-infraroodgebied van 3 tot 6 µm en de golflengte van de infraroodstraling in het verre IR-gebied is groter dan 6 µm.

Wat is een IR-sensor / infraroodsensor?

Een infraroodsensor is een elektronisch apparaat dat uitzendt om bepaalde aspecten van de omgeving waar te nemen. Een IR-sensor kan de warmte van een object meten en de beweging detecteren. Dit soort sensoren meten alleen infraroodstraling, in plaats van deze uit te zenden, dat wordt een genoemd passieve IR-sensor Gewoonlijk stralen alle objecten in het infraroodspectrum een of andere vorm van thermische straling uit.

Infrarood sensor

“Ripple Carry Adder vs Carry Look Ahead Adder ”

Dit soort stralingen zijn onzichtbaar voor onze ogen en kunnen worden gedetecteerd door een infraroodsensor. De zender is gewoon een IR-led ( Lichtgevende diode ) en de detector is gewoon een IR-fotodiode die gevoelig is voor IR-licht van dezelfde golflengte als dat wordt uitgezonden door de IR-led. Wanneer IR-licht op de fotodiode valt, veranderen de weerstanden en de uitgangsspanningen evenredig met de grootte van het ontvangen IR-licht.

Werkend principe

Het werkingsprincipe van een infraroodsensor is vergelijkbaar met de objectdetectiesensor. Deze sensor bevat een IR-led en een IR-fotodiode, dus door deze twee te combineren kunnen deze worden gevormd als een fotokoppeling, anders een optocoupler. De natuurkundige wetten die in deze sensor worden gebruikt, zijn plankstraling, Stephan Boltzmann & weins verplaatsing.

IR-led is een soort zender die IR-straling uitzendt. Deze led lijkt op een standaard led en de straling die hierdoor ontstaat is voor het menselijk oog niet zichtbaar. Infraroodontvangers detecteren de straling voornamelijk met behulp van een infraroodzender. Deze infraroodontvangers zijn verkrijgbaar in fotodiodevorm. IR-fotodiodes zijn anders dan gewone fotodiodes omdat ze eenvoudig IR-straling detecteren. Er bestaan voornamelijk verschillende soorten infraroodontvangers, afhankelijk van de spanning, golflengte, pakket, enz.

Als het eenmaal wordt gebruikt als de combinatie van een IR-zender en -ontvanger, moet de golflengte van de ontvanger gelijk zijn aan de zender. Hier is de zender IR-LED terwijl de ontvanger IR-fotodiode is. De infrarood fotodiode reageert op het infrarood licht dat wordt gegenereerd door een infrarood LED. De weerstand van de fotodiode en de verandering in uitgangsspanning is evenredig met het verkregen infraroodlicht. Dit is het fundamentele werkingsprincipe van de IR-sensor.

Zodra de infraroodzender emissie genereert, arriveert deze bij het object en wordt een deel van de emissie teruggekaatst naar de infraroodontvanger. De sensoruitgang kan worden bepaald door de IR-ontvanger, afhankelijk van de intensiteit van de respons.

Typen infraroodsensor

Infraroodsensoren worden in twee typen ingedeeld, zoals een actieve IR-sensor en een passieve IR-sensor.

Actieve IR-sensor

Deze actief infrarood sensor omvat zowel de zender als de ontvanger. In de meeste toepassingen wordt de lichtgevende diode als bron gebruikt. LED wordt gebruikt als een niet-beeldvormende infraroodsensor, terwijl de laserdiode wordt gebruikt als een beeldvormende infraroodsensor.

Deze sensoren werken door middel van energiestraling, ontvangen en gedetecteerd door straling. Verder kan het worden verwerkt door de signaalprocessor te gebruiken om de nodige informatie op te halen. De beste voorbeelden van deze actieve infraroodsensor zijn de reflectantie- en breekbundelsensor.

Passieve IR-sensor

De passieve infraroodsensor bevat alleen detectoren, maar geen zender. Deze sensoren gebruiken een object zoals een zender of IR-bron. Dit object zendt energie uit en detecteert via infraroodontvangers. Daarna wordt een signaalprocessor gebruikt om het signaal te begrijpen om de vereiste informatie te verkrijgen.

De beste voorbeelden van deze sensor zijn pyro-elektrische detector, bolometer, thermokoppel-thermozuil, enz. Deze sensoren zijn geclassificeerd in twee typen, zoals thermische IR-sensor en kwantum-IR-sensor. De thermische IR-sensor is niet afhankelijk van de golflengte. De energiebron die door deze sensoren wordt gebruikt, wordt verwarmd. Thermische detectoren zijn traag met hun reactie- en detectietijd. De quantum IR-sensor is afhankelijk van de golflengte en deze sensoren hebben een hoge respons- en detectietijd. Deze sensoren hebben regelmatige koeling nodig voor specifieke metingen.

Circuitschema IR-sensor

Een infraroodsensorcircuit is een van de basis- en populaire sensormodules in een elektronisch apparaat Deze sensor is analoog aan de visionaire zintuigen van de mens, die kan worden gebruikt om obstakels te detecteren en het is een van de meest voorkomende toepassingen in realtime. Dit circuit bestaat uit de volgende componenten

LM358 IC 2 IR-zender en ontvangerpaar
Weerstanden in het bereik van kilo-ohm.
Variabele weerstanden.
LED (Light Emitting Diode).

Schakelschema infraroodsensor

In dit project bevat het zendgedeelte een IR-sensor, die continue IR-stralen uitzendt om te worden ontvangen door een IR-ontvangermodule. Een IR-uitgangsaansluiting van de ontvanger varieert afhankelijk van de ontvangst van IR-stralen. Aangezien deze variatie niet als zodanig kan worden geanalyseerd, kan deze uitgang worden toegevoerd aan een vergelijkingscircuit. Hier een operationele versterker (op-amp) van LM 339 wordt gebruikt als vergelijkingscircuit.

Als de IR-ontvanger geen signaal ontvangt, gaat de potentiaal aan de inverterende ingang hoger dan die niet-inverterende ingang van het comparator-IC (LM339). De output van de comparator wordt dus laag, maar de LED brandt niet. Wanneer de IR-ontvangermodule een signaal ontvangt, wordt het potentiaal op de inverterende ingang laag. Zo wordt de output van de comparator (LM 339) hoog en gaat de LED branden.

Weerstand R1 (100), R2 (10k) en R3 (330) worden gebruikt om ervoor te zorgen dat er minimaal 10 mA stroom door de IR LED-apparaten gaat, zoals respectievelijk fotodiode en normale LED's. Weerstand VR2 (preset = 5k) wordt gebruikt om de uitgangsklemmen af te stellen. Weerstand VR1 (preset = 10k) wordt gebruikt om de gevoeligheid van het schakelschema in te stellen. Lees meer over IR-sensoren.

IR-sensorcircuit met transistor

Het schakelschema van de IR-sensor die transistors gebruikt, namelijk obstakeldetectie met behulp van twee transistors, wordt hieronder weergegeven. Dit circuit wordt voornamelijk gebruikt voor obstakeldetectie met behulp van een IR-led. Dit circuit kan dus worden gebouwd met twee transistors zoals NPN en PNP. Voor NPN wordt de BC547-transistor gebruikt, terwijl voor PNP de BC557-transistor wordt gebruikt. De pinout van deze transistors is hetzelfde.

Infrarood sensorcircuit met behulp van transistors

In het bovenstaande circuit is altijd één infrarood-LED ingeschakeld, terwijl de andere infrarood-LED is verbonden met de basisaansluiting van de PNP-transistor, omdat deze IR-LED fungeert als de detector. De vereiste componenten van dit IR-sensorcircuit omvatten weerstanden 100 ohm en 200 ohm, BC547 en BC557 transistors, LED, IR LED's-2. De stapsgewijze procedure van hoe je het IR-sensorcircuit maakt bevat de volgende stappen.

Verbind de componenten volgens het schakelschema met behulp van de vereiste componenten
Sluit een infrarood-LED aan op de basisaansluiting van de BC547-transistor
Sluit een infrarood-LED aan op de basisaansluiting van dezelfde transistor.
Verbind de 100Ω-weerstand met de resterende pinnen van de infrarood-LED's.
Verbind de basisaansluiting van de PNP-transistor met de collectorklem van de NPN-transistor.
Sluit de LED & 220Ω-weerstand aan volgens de aansluiting in het schakelschema.
Zodra de verbinding van het circuit is voltooid, geeft het de stroomtoevoer aan het circuit om te testen.

Circuit werkt

Zodra de infrarood-LED is gedetecteerd, zal het gereflecteerde licht van het ding een kleine stroom activeren die door de IR-LED-detector zal worden geleverd. Dit activeert de NPN-transistor en de PNP, daarom gaat de LED AAN. Dit circuit is toepasbaar voor het maken van verschillende projecten, zoals automatische lampen die worden geactiveerd zodra een persoon dicht bij het licht komt.

Inbraakalarmcircuit met IR-sensor

Dit IR-inbraakalarmcircuit wordt gebruikt bij ingangen, deuren, enz. Dit circuit geeft een zoemergeluid om de betrokken persoon te waarschuwen wanneer iemand de IR-straal passeert. Wanneer de IR-stralen niet zichtbaar zijn voor mensen, werkt dit circuit als een verborgen veiligheidsapparaat.

Inbraakalarmcircuit met IR-sensor

De vereiste componenten van dit circuit zijn voornamelijk NE555IC, weerstanden R1 & R2 = 10k & 560, D1 (IR-fotodiode), D2 (IR-LED), C1-condensator (100nF), S1 (drukschakelaar), B1 (zoemer) en 6v DC Levering.
Deze schakeling kan worden aangesloten door zowel de infrarood-LED als de infraroodsensoren tegenover elkaar op de deur te plaatsen. Zodat de IR-straal goed op de sensor kan vallen. Onder normale omstandigheden valt de infraroodstraal altijd over de infrarooddiode en blijft de uitgangstoestand op pin-3 in de lage toestand.

Deze straal wordt onderbroken zodra een vast object de straal passeert. Wanneer de IR-straal breekt, wordt het circuit geactiveerd en gaat de uitgang AAN. De uitgangstoestand blijft bestaan totdat deze opnieuw afstemt door de schakelaar te sluiten, wat betekent dat wanneer de onderbreking van de straal wordt losgekoppeld, een alarm AAN blijft. Om te voorkomen dat anderen het alarm deactiveren, moet het circuit of de resetschakelaar ver of uit het zicht van de infraroodsensor worden geplaatst. In dit circuit is een ‘B1’ zoemer aangesloten om geluid te produceren met een ingebouwd geluid en dit ingebouwde geluid kan worden vervangen door een alternatieve bellen, anders een luide sirene op basis van de vereiste.

Voordelen

De voordelen van IR-sensor omvatten de volgende

Het verbruikt minder stroom
Bewegingsdetectie is mogelijk bij aan- of afwezigheid van licht met ongeveer dezelfde betrouwbaarheid.
Ze hebben geen contact met het object nodig voor detectie
Er is geen datalek vanwege de straalrichting
Deze sensoren worden niet beïnvloed door oxidatie en corrosie
Ruisimmuniteit is erg sterk

Nadelen

De nadelen van IR-sensor omvatten de volgende

Zichtlijn is vereist
Bereik is beperkt
Deze kunnen worden aangetast door mist, regen, stof enz
Minder datatransmissiesnelheid

IR-sensortoepassingen

IR-sensoren zijn ingedeeld in verschillende typen, afhankelijk van de toepassingen. Enkele van de typische toepassingen van verschillende soorten sensoren. De snelheidssensor wordt gebruikt voor het synchroniseren van de snelheid van meerdere motoren. De temperatuursensor wordt gebruikt voor industriële temperatuurregeling. PIR-sensor wordt gebruikt voor een automatisch deuropeningssysteem en de Ultrasoon sensor wordt gebruikt voor afstandsmeting.

IR-sensoren worden in verschillende soorten gebruikt Sensor gebaseerde projecten en ook in verschillende elektronische apparaten die de temperatuur meten die hieronder wordt besproken.

Stralingsthermometers

IR-sensoren worden gebruikt in stralingsthermometers om de temperatuur te meten, afhankelijk van de temperatuur en het materiaal van het object en deze thermometers hebben enkele van de volgende kenmerken

Meting zonder direct contact met het object
Snellere reactie
Eenvoudige patroonmetingen

Vlammonitoren

Dit soort apparaten wordt gebruikt om het licht dat door de vlammen wordt uitgestraald te detecteren en om te controleren hoe de vlammen branden. Het door vlammen uitgezonden licht strekt zich uit van UV- tot IR-regiotypes. PBS, PbSe, tweekleurige detector, pyro-elektrische detector zijn enkele van de meest gebruikte detectoren die worden gebruikt in vlambewakers.

Vochtanalysatoren

Vochtanalysatoren gebruiken golflengten die worden geabsorbeerd door het vocht in het IR-gebied. Objecten worden bestraald met licht met deze golflengten (1,1 µm, 1,4 µm, 1,9 µm en 2,7 µm) en ook met referentiegolflengten.

Het door de objecten gereflecteerde licht is afhankelijk van het vochtgehalte en wordt door de analysator gedetecteerd om vocht te meten (verhouding van gereflecteerd licht bij deze golflengten tot gereflecteerd licht bij referentiegolflengte). In GaAs PIN-fotodiodes worden Pbs-fotogeleidende detectoren gebruikt in circuits voor vochtanalyse.

Gasanalysatoren

IR-sensoren worden gebruikt in gasanalysatoren die de absorptiekenmerken van gassen in het IR-gebied gebruiken. Er worden twee soorten methoden gebruikt om de dichtheid van gas te meten, zoals dispersief en niet-dispergerend.

Dispersief: Een uitgezonden licht wordt spectroscopisch verdeeld en hun absorptiekenmerken worden gebruikt om de gasingrediënten en de monsterhoeveelheid te analyseren.

Niet-verspreidend: Het is de meest gebruikte methode en gebruikt absorptiekenmerken zonder het uitgezonden licht te verdelen. Niet-dispersieve typen gebruiken discrete optische banddoorlaatfilters, vergelijkbaar met zonnebrillen die worden gebruikt voor oogbescherming om ongewenste UV-straling uit te filteren.

Dit type configuratie wordt gewoonlijk niet-dispersieve infraroodtechnologie (NDIR) genoemd. Dit type analysator wordt gebruikt voor koolzuurhoudende dranken, terwijl een niet-dispergerende analysator wordt gebruikt in de meeste commerciële IR-instrumenten voor lekkage van uitlaatgassen van auto's.

IR-beeldvormingsapparaten

IR-beeldapparaat is een van de belangrijkste toepassingen van IR-golven, voornamelijk vanwege zijn eigenschap die niet zichtbaar is. Het wordt gebruikt voor warmtebeeldcamera's, nachtkijkers, enz.

Water, rotsen, bodem, vegetatie en atmosfeer, en menselijk weefsel zenden bijvoorbeeld allemaal IR-straling uit. De thermische infrarood detectoren meten deze stralingen in het IR-bereik en brengen de ruimtelijke temperatuurverdelingen van het object / gebied in kaart op een afbeelding. Warmtebeeldcamera's meestal samengesteld uit een Sb (indium-antimoniet), Gd Hg (met kwik gedoteerd germanium), Hg Cd Te (kwik-cadmium-telluride) sensoren.

Een elektronische detector wordt met vloeibaar helium of vloeibare stikstof tot lage temperaturen gekoeld. Vervolgens zorgen de detectoren ervoor dat de stralingsenergie (fotonen) die door de detectoren worden geregistreerd, afkomstig is van het terrein en niet van de omgevingstemperatuur van objecten in de scanner zelf en IR-beeldvormende elektronische apparaten.

De belangrijkste toepassingen van de infraroodsensoren zijn voornamelijk de volgende.

Meteorologie
Klimatologie
Foto-bio-modulatie
Analyse van water
Gasdetectoren
Testen van anesthesiologie
Exploratie van aardolie
Veiligheid van het spoor

Dit is dus alles over de infraroodsensor circuit met werken en toepassingen. Deze sensoren worden in veel sensorgebaseerde elektronica projecten We denken dat u deze IR-sensor en zijn werkingsprincipe wellicht beter begrijpt. Bovendien kunt u bij twijfel over dit artikel of deze projecten uw feedback geven door in het commentaargedeelte hieronder te reageren. Hier is een vraag voor u, kan de infraroodthermometer in volledige duisternis werken?

Fotocredits: