Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Industrial Internet of Things >> Sensor

Wat is een IR-sensor:schakelschema en zijn werking

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 door een afstandsbediening worden verzonden. De belangrijkste voordelen van IR-sensoren zijn een laag stroomverbruik, hun eenvoudige ontwerp en hun handige functies. IR-signalen zijn niet waarneembaar door het menselijk oog. De IR-straling in het elektromagnetische spectrum is te vinden in de gebieden van het zichtbare en microgolf. Gewoonlijk variëren de golflengten van deze golven van 0,7 µm 5 tot 1000 µm. Het IR-spectrum kan worden onderverdeeld in drie regio's, namelijk nabij-infrarood, midden- en ver-infrarood. De golflengte van het nabije IR-gebied varieert van 0,75 - 3 µm, de golflengte van het midden-infrarode gebied van 3 tot 6 µm en de golflengte van de infraroodstraling van het verre IR-gebied is hoger dan 6 µm.


Wat is een IR-sensor/infraroodsensor?

Een infraroodsensor is een elektronisch apparaat dat zendt 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, wat een passieve IR-sensor wordt genoemd. Gewoonlijk stralen alle objecten in het infraroodspectrum een ​​of andere vorm van thermische straling uit.

Infraroodsensor

Dit soort stralingen zijn onzichtbaar voor onze ogen, die kunnen worden gedetecteerd door een infraroodsensor. De zender is gewoon een IR-LED (Light Emitting Diode) en de detector is gewoon een IR-fotodiode die gevoelig is voor IR-licht van dezelfde golflengte als dat van de IR-LED. Wanneer IR-licht op de fotodiode valt, veranderen de weerstanden en de uitgangsspanningen in verhouding tot de grootte van het ontvangen IR-licht.

Werkingsprincipe

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 kan een foto-coupler worden gevormd, anders een optocoupler. De natuurkundige wetten die in deze sensor worden gebruikt, zijn plankenstraling, 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 niet zichtbaar voor het menselijk oog. Infraroodontvangers detecteren de straling voornamelijk met een infraroodzender. Deze infraroodontvangers zijn verkrijgbaar in de vorm van fotodiodes. IR-fotodiodes zijn anders dan gewone fotodiodes omdat ze eenvoudigweg IR-straling detecteren. Er bestaan ​​voornamelijk verschillende soorten infraroodontvangers, afhankelijk van het voltage, de golflengte, het pakket, enz.

Zodra het 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 een IR-LED, terwijl de ontvanger een 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 in verhouding tot het verkregen infrarood licht. Dit is het fundamentele werkingsprincipe van de IR-sensor.

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

Soorten infraroodsensoren

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

Actieve IR-sensor

Deze actieve infraroodsensor omvat zowel de zender als de ontvanger. In de meeste toepassingen wordt de lichtemitterende 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 benodigde informatie op te halen. De beste voorbeelden van deze actieve infraroodsensor zijn de reflectie- en breekstraalsensor.

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 straalt 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-thermopile, enz. Deze sensoren worden ingedeeld 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 regelmatig koeling nodig voor specifieke metingen.


IR-sensorschakelschema

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

  • LM358 IC 2 IR zender en ontvanger paar
  • Weerstanden van het bereik van kilo-ohm.
  • Variabele weerstanden.
  • LED (Light Emitting Diode).
Infraroodsensor Schakelschema

In dit project bevat het zendergedeelte 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 als zodanig niet kan worden geanalyseerd, kan deze uitgang daarom naar een comparatorschakeling worden gevoerd. Hier wordt een operationele versterker (op-amp) van LM 339 gebruikt als comparatorschakeling.

Als de IR-ontvanger geen signaal ontvangt, wordt de potentiaal op de inverterende ingang hoger dan die niet-inverterende ingang van het comparator-IC (LM339). Dus de output van de comparator wordt laag, maar de LED gloeit niet. Wanneer de IR-ontvangermodule een signaal ontvangt, wordt de potentiaal op de inverterende ingang laag. Dus de output van de comparator (LM 339) wordt hoog en de LED begint te gloeien.

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 zoals fotodiode en normaal gaat respectievelijk LED's. Weerstand VR2 (preset=5k ) wordt gebruikt om de uitgangsklemmen aan te passen. 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 met behulp van transistors, namelijk obstakeldetectie met behulp van twee transistors, wordt hieronder weergegeven. Deze schakeling 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 pin-out van deze transistors is hetzelfde.

Infraroodsensor Circuit met transistors

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

  • Sluit de componenten aan volgens het schakelschema met behulp van de vereiste componenten
  • Sluit één infrarood-LED aan op de basisterminal van de BC547-transistor
  • Sluit een infrarood-LED aan op de basisterminal van dezelfde transistor.
  • Sluit de 100Ω-weerstand aan op de resterende pinnen van de infrarood-LED's.
  • Sluit de basisterminal van de PNP-transistor aan op de collectorterminal van de NPN-transistor.
  • Sluit de LED &220Ω weerstand aan volgens de aansluiting in het schakelschema.
  • Zodra de aansluiting van het circuit is voltooid, wordt de stroomtoevoer naar het circuit gegeven om te testen.

Circuit werkt

Zodra de infrarood-LED is gedetecteerd, activeert het gereflecteerde licht van het ding een kleine stroom die door de IR-LED-detector zal worden geleverd. Dit activeert de NPN-transistor &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 door de IR-straal gaat. Wanneer de IR-stralen niet zichtbaar zijn voor mensen, werkt dit circuit als een verborgen veiligheidsapparaat.

Inbraakalarm Circuit met IR-sensor

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

Deze straal wordt onderbroken zodra een vast object de straal kruist. Wanneer de IR-straal breekt, wordt het circuit geactiveerd en gaat de uitgang naar de AAN-toestand. De uitgangstoestand blijft bestaan ​​totdat deze opnieuw wordt afgestemd door de schakelaar te sluiten, wat betekent dat wanneer de onderbreking van de straal wordt losgemaakt, een alarm AAN blijft. Om te voorkomen dat anderen het alarm deactiveren, moet het circuit of de resetschakelaar op een afstand 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 bel, anders luide sirene op basis van de vereiste.

Voordelen

De voordelen van IR-sensor omvatten het volgende

  • Het verbruikt minder stroom
  • De detectie van beweging is mogelijk in de aan- of afwezigheid van licht, ongeveer even betrouwbaar.
  • Ze hebben geen contact met het object nodig voor detectie
  • Er is geen datalek vanwege de straalrichting
  • Deze sensoren worden niet aangetast door oxidatie en corrosie
  • Ruisimmuniteit is erg sterk

Nadelen

De nadelen van IR-sensor omvatten het volgende

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

IR-sensortoepassingen

IR-sensoren worden 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 ultrasone sensor wordt gebruikt voor afstandsmeting.

IR-sensoren worden gebruikt in verschillende op sensoren 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
  • Sneller reactie
  • Eenvoudige patroonmetingen

Vlammonitors

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

Vochtanalysers

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

Gasanalysers

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

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

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

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

IR-beeldapparatuur

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

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

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

De belangrijkste toepassingen van de infraroodsensoren zijn voornamelijk de volgende.

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

Dit gaat dus allemaal over het infraroodsensorcircuit met werking en toepassingen. Deze sensoren worden gebruikt in veel op sensoren gebaseerde elektronicaprojecten. Wij zijn van mening dat u deze IR-sensor en het werkingsprincipe misschien beter hebt begrepen. Bovendien, eventuele twijfels over dit artikel of projecten, geef uw feedback door commentaar te geven in de commentaarsectie hieronder. Hier is een vraag voor u, kan de infraroodthermometer in volledige duisternis werken?

Fotocredits:

  • Gasanalysator door imimg
  • IR-sensor van shopify

Sensor

  1. Wat is een radarsensor:werking en toepassingen
  2. Wat is de werking van een afstandssensor en zijn toepassingen
  3. Wat is een IMX586-sensor:werking en zijn functies
  4. Wat is de werking van de gewichtssensor en zijn specificaties
  5. Wat is AD8232 ECG-sensor:werken en zijn toepassingen
  6. Wat is de HC-SR04 ultrasone sensor:werking en zijn toepassingen
  7. Virtuele sensorwerking en zijn toepassingen
  8. Werking van de spanningssensor en zijn toepassingen
  9. Lambdasensor – werking en toepassingen
  10. IMU-sensorwerking en zijn toepassingen
  11. Bezettingssensor werkt en zijn toepassingen