Che cos'è un sensore IR: schema del circuito e suo funzionamento

Che cos'è un sensore IR: schema del circuito e suo funzionamento

La tecnologia IR viene utilizzata nella vita quotidiana e anche nelle industrie per scopi diversi. Ad esempio, i televisori utilizzano un file Sensore IR per capire i segnali che vengono trasmessi da un telecomando. I principali vantaggi dei sensori IR sono il basso consumo energetico, il loro design semplice e le loro comode funzioni. I segnali IR non sono percepibili dall'occhio umano. La radiazione IR in spettro elettromagnetico può essere trovato nelle regioni del visibile e del microonde. Di solito, le lunghezze d'onda di queste onde vanno da 0,7 µm 5 a 1000 µm. Lo spettro IR può essere suddiviso in tre regioni come il vicino infrarosso, il medio e il lontano infrarosso. La lunghezza d'onda della regione IR vicino varia da 0,75 - 3 µm, la lunghezza d'onda della regione del medio infrarosso varia da 3 a 6 µm e la lunghezza d'onda della radiazione infrarossa della regione IR lontana è superiore a 6 µm.



Che cos'è un sensore IR / sensore a infrarossi?

Un sensore a infrarossi è un dispositivo elettronico che emette per rilevare alcuni aspetti dell'ambiente circostante. Un sensore IR può misurare il calore di un oggetto e rilevare il movimento. Questi tipi di sensori misurano solo la radiazione infrarossa, invece di emetterla chiamata a sensore IR passivo . Di solito, nello spettro infrarosso, tutti gli oggetti irradiano una qualche forma di radiazione termica.


Sensore a infrarossi

Sensore a infrarossi





Questi tipi di radiazioni sono invisibili ai nostri occhi, che possono essere rilevati da un sensore a infrarossi. L'emettitore è semplicemente un LED IR ( Diodo ad emissione luminosa ) e il rivelatore è semplicemente un fotodiodo IR sensibile alla luce IR della stessa lunghezza d'onda di quella emessa dal LED IR. Quando la luce IR cade sul fotodiodo, le resistenze e le tensioni di uscita cambieranno in proporzione all'ampiezza della luce IR ricevuta.

Principio di funzionamento

Il principio di funzionamento di un sensore a infrarossi è simile al sensore di rilevamento di oggetti. Questo sensore include un LED IR e un fotodiodo IR, quindi combinando questi due può essere formato come un fotoaccoppiatore altrimenti fotoaccoppiatore. Le leggi fisiche utilizzate in questo sensore sono la radiazione dei plank, Stephan Boltzmann e lo spostamento di weins.



IR LED è un tipo di trasmettitore che emette radiazioni IR. Questo LED ha un aspetto simile a un LED standard e la radiazione generata da questo non è visibile all'occhio umano. I ricevitori a infrarossi rilevano principalmente la radiazione utilizzando un trasmettitore a infrarossi. Questi ricevitori a infrarossi sono disponibili sotto forma di fotodiodi. I fotodiodi IR sono dissimili dai normali fotodiodi perché rilevano semplicemente la radiazione IR. Esistono diversi tipi di ricevitori a infrarossi principalmente a seconda della tensione, lunghezza d'onda, pacchetto, ecc.

Una volta utilizzato come combinazione di un trasmettitore e un ricevitore IR, la lunghezza d'onda del ricevitore deve essere uguale al trasmettitore. Qui, il trasmettitore è LED IR mentre il ricevitore è fotodiodo IR. Il fotodiodo a infrarossi risponde alla luce a infrarossi generata tramite un LED a infrarossi. La resistenza del fotodiodo e la variazione della tensione di uscita sono proporzionali alla luce infrarossa ottenuta. Questo è il principio di funzionamento fondamentale del sensore IR.


Una volta che il trasmettitore a infrarossi genera l'emissione, arriva all'oggetto e parte dell'emissione si rifletterà verso il ricevitore a infrarossi. L'uscita del sensore può essere decisa dal ricevitore IR in base all'intensità della risposta.

Tipi di sensori a infrarossi

I sensori a infrarossi sono classificati in due tipi come sensore IR attivo e sensore IR passivo.

Sensore IR attivo

Questo sensore a infrarossi attivi include sia il trasmettitore che il ricevitore. Nella maggior parte delle applicazioni, il diodo a emissione di luce viene utilizzato come sorgente. Il LED viene utilizzato come sensore a infrarossi non di imaging mentre il diodo laser viene utilizzato come sensore a infrarossi di imaging.

Questi sensori funzionano attraverso la radiazione di energia, ricevuta e rilevata attraverso la radiazione. Inoltre, può essere elaborato utilizzando il processore di segnale per recuperare le informazioni necessarie. I migliori esempi di questo sensore a infrarossi attivi sono la riflettanza e il sensore a fascio di rottura.

Sensore IR passivo

Il sensore a infrarossi passivo include solo rilevatori ma non includono un trasmettitore. Questi sensori utilizzano un oggetto come un trasmettitore o una sorgente IR. Questo oggetto emette energia e rileva tramite ricevitori a infrarossi. Successivamente, viene utilizzato un processore di segnale per comprendere il segnale per ottenere le informazioni richieste.

I migliori esempi di questo sensore sono rilevatore piroelettrico, bolometro, termocoppia-termopila, ecc. Questi sensori sono classificati in due tipi come sensore IR termico e sensore IR quantistico. Il sensore IR termico non dipende dalla lunghezza d'onda. La fonte di energia utilizzata da questi sensori viene riscaldata. I rilevatori termici sono lenti con la loro risposta e il tempo di rilevamento. Il sensore IR quantistico dipende dalla lunghezza d'onda e questi sensori includono tempi di risposta e rilevamento elevati. Questi sensori necessitano di un raffreddamento regolare per misurazioni specifiche.

Schema del circuito del sensore IR

Un circuito sensore a infrarossi è uno dei moduli sensore di base e popolari in un dispositivo elettronico . Questo sensore è analogo ai sensi visionari umani, che possono essere utilizzati per rilevare ostacoli ed è una delle applicazioni comuni in tempo reale. Questo circuito comprende i seguenti componenti

  • LM358 IC 2 Coppia di trasmettitore e ricevitore IR
  • Resistori della gamma di kilo-ohm.
  • Resistenze variabili.
  • LED (diodo ad emissione luminosa).
Schema del circuito del sensore a infrarossi

Schema del circuito del sensore a infrarossi

In questo progetto, la sezione del trasmettitore include un sensore IR, che trasmette raggi IR continui che devono essere ricevuti da un modulo ricevitore IR. Un terminale di uscita IR del ricevitore varia a seconda della ricezione dei raggi IR. Poiché questa variazione non può essere analizzata come tale, questa uscita può essere inviata ad un circuito comparatore. Qui un amplificatore operazionale (amplificatore operazionale) di LM 339 viene utilizzato come circuito comparatore.

Quando il ricevitore IR non riceve un segnale, il potenziale all'ingresso invertente è superiore a quello dell'ingresso non invertente del comparatore IC (LM339). Pertanto l'uscita del comparatore si abbassa, ma il LED non si accende. Quando il modulo ricevitore IR riceve un segnale, il potenziale all'ingresso invertente diventa basso. Così l'uscita del comparatore (LM 339) diventa alta e il LED inizia a lampeggiare.

I resistori R1 (100), R2 (10k) e R3 (330) vengono utilizzati per garantire che una corrente minima di 10 mA passi attraverso i dispositivi LED IR come il fotodiodo e i LED normali rispettivamente. Il resistore VR2 (preimpostato = 5k) viene utilizzato per regolare i terminali di uscita. Il resistore VR1 (preset = 10k) viene utilizzato per impostare la sensibilità dello schema del circuito. Ulteriori informazioni sui sensori IR.

Circuito sensore IR che utilizza transistor

Di seguito è mostrato lo schema del circuito del sensore IR che utilizza i transistor, ovvero il rilevamento degli ostacoli utilizzando due transistor. Questo circuito viene utilizzato principalmente per il rilevamento di ostacoli tramite un LED IR. Quindi, questo circuito può essere costruito con due transistor come NPN e PNP. Per NPN, viene utilizzato il transistor BC547 mentre, per PNP, viene utilizzato il transistor BC557. Il pinout di questi transistor è lo stesso.

Circuito del sensore a infrarossi che utilizza transistor

Circuito del sensore a infrarossi che utilizza transistor

Nel circuito sopra, un LED a infrarossi è sempre acceso mentre l'altro LED a infrarossi è associato al terminale di base del transistor PNP perché questo LED IR funge da rilevatore. I componenti richiesti di questo circuito sensore IR includono resistori da 100 ohm e 200 ohm, transistor BC547 e BC557, LED, LED IR-2. La procedura passo passo di come realizzare il circuito del sensore IR include i seguenti passaggi.

  • Collegare i componenti secondo lo schema elettrico utilizzando i componenti richiesti
  • Collegare un LED a infrarossi al terminale di base del transistor BC547
  • Collegare un LED a infrarossi al terminale di base dello stesso transistor.
  • Collegare il resistore da 100 Ω verso i pin residui dei LED a infrarossi.
  • Collegare il terminale di base del transistor PNP verso il terminale del collettore del transistor NPN.
  • Collegare il LED e la resistenza da 220 Ω come da collegamento nello schema del circuito.
  • Una volta effettuato il collegamento del circuito, fornisce l'alimentazione al circuito per il test.

Circuito funzionante

Una volta rilevato il LED a infrarossi, la luce riflessa dall'oggetto attiverà una piccola corrente che fornirà a tutto il rilevatore LED IR. Questo attiverà il transistor NPN e il PNP, quindi il LED si accenderà. Questo circuito è applicabile per realizzare diversi progetti come le lampade automatiche da attivare quando una persona si avvicina alla luce.

Circuito di allarme antifurto con sensore IR

Questo circuito di allarme antifurto IR viene utilizzato agli ingressi, alle porte, ecc. Questo circuito emette un segnale acustico per avvisare la persona interessata ogni volta che qualcuno attraversa il raggio IR. Quando i raggi IR non sono visibili agli esseri umani, questo circuito funziona come un dispositivo di sicurezza nascosto.

Circuito antifurto

Circuito di allarme antifurto con sensore IR

I componenti richiesti di questo circuito includono principalmente NE555IC, resistori R1 e R2 = 10k e 560, D1 (fotodiodo IR), D2 (LED IR), condensatore C1 (100nF), S1 (interruttore a pulsante), B1 (cicalino) e 6v CC Fornitura.
Questo circuito può essere collegato disponendo il LED infrarosso così come i sensori infrarossi sulla porta uno di fronte all'altro. In modo che il raggio IR possa cadere correttamente sul sensore. In condizioni normali, il raggio infrarosso cade sempre sul diodo infrarosso e la condizione di uscita sul pin-3 rimarrà nella condizione bassa.

Questo raggio verrà interrotto quando un oggetto solido attraverserà il raggio. Quando il raggio IR si rompe, il circuito si attiverà e l'uscita si porterà in condizione ON. La condizione di uscita rimane finché non si risintonizza chiudendo l'interruttore, ciò significa che quando l'interruzione del raggio viene staccato, un allarme rimane ON. Per evitare che altri disattivino l'allarme, il circuito o l'interruttore di ripristino deve essere posizionato lontano o fuori dalla vista dal sensore a infrarossi. In questo circuito, un cicalino 'B1' è collegato per produrre un suono con un suono integrato e questo suono integrato può essere sostituito con una sirena alternativa altrimenti forte in base al requisito.

Vantaggi

Il vantaggi del sensore IR include il seguente

  • Utilizza meno energia
  • La rilevazione del movimento è possibile in presenza o in assenza di luce approssimativamente con uguale affidabilità.
  • Non hanno bisogno del contatto con l'oggetto per il rilevamento
  • Non c'è perdita di dati a causa della direzione del raggio
  • Questi sensori non sono influenzati da ossidazione e corrosione
  • L'immunità al rumore è molto forte

Svantaggi

Il svantaggi del sensore IR include il seguente

  • È necessaria la linea di vista
  • La portata è limitata
  • Questi possono essere influenzati da nebbia, pioggia, polvere, ecc
  • Meno velocità di trasmissione dati

Applicazioni del sensore IR

I sensori IR sono classificati in diversi tipi a seconda delle applicazioni. Alcune delle applicazioni tipiche di diversi tipi di sensori. Il sensore di velocità viene utilizzato per sincronizzare la velocità di più motori. Il termometro è utilizzato per il controllo della temperatura industriale. Sensore PIR è utilizzato per un sistema di apertura automatica della porta e il Sensore ultrasonico viene utilizzato per la misurazione della distanza.

I sensori IR sono utilizzati in vari Progetti basati su sensori e anche in vari dispositivi elettronici che misurano la temperatura discussa di seguito.

Termometri a radiazione

I sensori IR vengono utilizzati nei termometri a radiazione per misurare la temperatura in base alla temperatura e al materiale dell'oggetto e questi termometri hanno alcune delle seguenti caratteristiche

  • Misura senza contatto diretto con l'oggetto
  • Risposta più rapida
  • Misurazioni facili del modello

Monitor di fiamma

Questi tipi di dispositivi vengono utilizzati per rilevare la luce emessa dalle fiamme e per monitorare come le fiamme stanno bruciando. La luce emessa dalle fiamme si estende dai tipi di regione UV a IR. PBS, PbSe, rilevatore a due colori, rilevatore piroelettrico sono alcuni dei rilevatori comunemente utilizzati nei monitor di fiamma.

Analizzatori di umidità

Gli analizzatori di umidità utilizzano lunghezze d'onda che vengono assorbite dall'umidità nella regione IR. Gli oggetti vengono irradiati con luce avente queste lunghezze d'onda (1,1 µm, 1,4 µm, 1,9 µm e 2,7 µm) e anche con lunghezze d'onda di riferimento.

Le luci riflesse dagli oggetti dipendono dal contenuto di umidità e vengono rilevate dall'analizzatore per misurare l'umidità (rapporto tra la luce riflessa a queste lunghezze d'onda e la luce riflessa alla lunghezza d'onda di riferimento). Nei fotodiodi GaAs PIN, i rivelatori fotoconduttivi Pbs sono impiegati nei circuiti degli analizzatori di umidità.

Analizzatori di gas

I sensori IR vengono utilizzati negli analizzatori di gas che utilizzano le caratteristiche di assorbimento dei gas nella regione IR. Per misurare la densità del gas vengono utilizzati due tipi di metodi, come dispersivo e non dispersivo.

Dispersivo: Una luce emessa viene suddivisa spettroscopicamente e le loro caratteristiche di assorbimento vengono utilizzate per analizzare gli ingredienti del gas e la quantità di campione.

Non dispersivo: È il metodo più comunemente utilizzato e utilizza le caratteristiche di assorbimento senza dividere la luce emessa. I tipi non dispersivi utilizzano filtri passa-banda ottici discreti, simili agli occhiali da sole utilizzati per la protezione degli occhi per filtrare le radiazioni UV indesiderate.

Questo tipo di configurazione è comunemente indicato come tecnologia a infrarossi non dispersivi (NDIR). Questo tipo di analizzatore viene utilizzato per le bevande gassate, mentre un analizzatore non dispersivo viene utilizzato nella maggior parte degli strumenti IR commerciali, per le perdite di carburante dei gas di scarico delle automobili.

Dispositivi di imaging IR

Il dispositivo di immagine IR è una delle principali applicazioni delle onde IR, principalmente in virtù della sua proprietà che non è visibile. Viene utilizzato per termocamere, dispositivi per la visione notturna, ecc.

Ad esempio, acqua, rocce, suolo, vegetazione e atmosfera e tessuti umani emettono tutti radiazioni IR. I rivelatori a infrarossi termici misurano queste radiazioni nella gamma IR e mappano le distribuzioni della temperatura spaziale dell'oggetto / area su un'immagine. Le termocamere solitamente sono composte da sensori Sb (antimonito di indio), Gd Hg (germanio drogato con mercurio), Hg Cd Te (mercurio-cadmio-tellururo).

Un rilevatore elettronico viene raffreddato a basse temperature utilizzando elio liquido o azoto liquido. Quindi il Raffreddamento dei rivelatori garantisce che l'energia radiante (fotoni) registrata dai rivelatori provenga dal terreno e non dalla temperatura ambiente degli oggetti all'interno dello scanner stesso e dei dispositivi elettronici di imaging IR.

Le applicazioni chiave dei sensori a infrarossi includono principalmente le seguenti.

  • Meteorologia
  • Climatologia
  • Foto-bio modulazione
  • Analisi dell'acqua
  • Rivelatori di gas
  • Test di anestesiologia
  • Esplorazione del petrolio
  • Sicurezza della ferrovia

Quindi, questo è tutto sul sensore a infrarossi circuito con funzionamento e applicazioni. Questi sensori sono utilizzati in molti basati su sensori progetti di elettronica . Riteniamo che potresti avere una migliore comprensione di questo sensore IR e del suo principio di funzionamento. Inoltre, qualsiasi dubbio riguardante questo articolo o progetti si prega di dare il vostro feedback commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, il termometro a infrarossi può funzionare nella completa oscurità?

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