Podczerwień jest częścią widma elektromagnetycznego, umiejscowioną pomiędzy światłem widzialnym o dłuższej długości fali a mikrofalą o krótszej długości fali. Zakres długości fali promieniowania podczerwonego (IR) mieści się w zakresie od 760 nm do 1 mm i jest niewidoczny dla ludzkiego oka, ale można wykryć jego ciepło. Pasmo podczerwieni jest podzielone na wiele części, w tym zakres bliskiej podczerwieni (NIR) od 760 nm do 1400 nm (rysunek 1).
Obraz widma elektromagnetycznego z uwydatnieniem obszaru podczerwieni
Rysunek 1: Zaznacz widmo elektromagnetyczne w obszarze podczerwieni. Długość fali spektroskopii w bliskiej podczerwieni wynosi od 760 nm do 1400 nm i jest odpowiednia do różnych zastosowań. (Źródło obrazu: Broadcom)
Jak działają aplikacje NIR
NIR jest szczególnie przydatny, ponieważ ułatwia komunikację bezprzewodową. W większości zastosowań bezkontaktowe wykrywanie za pomocą NIR polega na sparowaniu nadajnika podczerwieni z odbiornikiem.
Na przykład pilot telewizora wykorzystuje technologię promieniowania NIR. Po naciśnięciu przycisku na pilocie obwód wewnętrzny konwertuje działanie przycisku na kod binarny i przekazuje go do nadajnika podczerwieni. Następnie nadajnik emituje zakodowaną informację w postaci impulsów światła NIR. Z drugiej strony sparowane czujniki w telewizorze odbierają impulsy i przekształcają je z powrotem w kod binarny w celu wykonania określonych poleceń.
Użycie kombinacji nadajnika i odbiornika jest różne w różnych zastosowaniach. Podobnie jak pilot, odbiornik dekoduje sygnał emitowany przez nadajnik. W innych przypadkach wyzwalacz jest wyzwalany, gdy promieniowanie jest utrudnione. Ten tryb oparty na przerwaniach może być używany do wykrywania ludzi lub obiektów.
Aby uniknąć zakłóceń sygnału zewnętrznego, odbiornik zaprojektowano tak, aby wykrywał tylko określone długości fal, co wymaga, aby światło emitowane przez nadajnik miało odpowiednią długość fali i odpowiednią intensywność. Na przykład emiter chipLED HSM8-C120 IR firmy Broadcom (rysunek 2) to dioda LED podczerwieni, która może być używana w różnych zastosowaniach, w tym w elektronice użytkowej, inteligentnych licznikach i nie tylko.
Emiter LED podczerwieni Broadcom HSM8-C120 ChipLED
Rysunek 2: Emiter LED IR LED HSM8-C120 ChipLED firmy Broadcom ma szczytową długość fali 850 nm i jest niewielkich rozmiarów, dzięki czemu idealnie nadaje się do obwodów PCB o dużej gęstości. (Źródło obrazu: DigiKey)
HSM8-C120 to dioda LED IR do montażu powierzchniowego, emitująca światło boczne, o kompaktowych wymiarach zaledwie 1,6 mm x 0,93 mm, odpowiednia do różnych zastosowań w ograniczonej przestrzeni.
Szczytowa długość fali tej diody LED wynosi 850 nm, a kąt widzenia 150 °, jest kompatybilny ze standardowymi branżowymi automatycznymi maszynami do montażu powierzchniowego i lutowaniem rozpływowym w podczerwieni.
Zastosowanie diody NIR
Fotoelektryczny czujnik dymu - IR LED wykorzystuje podstawową zasadę wtargnięcia obiektu do wykrywania dymu, integrując emiter i detektor fotoelektryczny w tej samej czujce. W normalnych warunkach pracy diody LED emitują promieniowanie podczerwone, powodując, że czujnik generuje prąd. Jednakże obecność dymu zakłóca ścieżkę emisji podczerwieni i powoduje rozproszenie. Dlatego też prąd netto rejestrowany przez fotodetektor zmniejszy się i wywoła alarm. Dioda IR może przenikać przez dym i wykrywać mniejsze i gęstsze cząsteczki, dzięki czemu szczególnie nadaje się do tego zastosowania.
Fotoelektryczne czujki dymu nie są jedynym typem czujki w tej kategorii, inne czujki mierzą np. poziom jonizacji powietrza. Są to jednak dobrze znane detektory, które mogą dawać fałszywe alarmy (fałszywie pozytywne). Problem wywołany dymem kuchennym jest szczególnie poważny, dlatego czujniki dymu w budynkach mieszkalnych muszą przejść „test hamburgera”, co oznacza, że dym kuchenny nie uruchomi alarmu. Cząsteczki dymu kuchennego nie mają wpływu na diodę podczerwieni, dlatego wskaźnik fałszywych alarmów jest stosunkowo niski. Diody podczerwieni można także zintegrować z innymi systemami, takimi jak detektory ciepła, gazu i przepływu powietrza, aby uzyskać w czasie rzeczywistym więcej informacji o niebezpiecznych sytuacjach.
Urządzenia gospodarstwa domowego – oprócz zdalnego sterowania czujniki podczerwieni w pralkach mogą również wykrywać poziom wody, a roboty sprzątające wykorzystują czujniki podczerwieni do omijania przeszkód na ścieżce mapowania. Podobne czujniki znajdują się również w kuchenkach mikrofalowych, które mogą wykryć, czy drzwi są otwarte i wywołać odpowiedni alarm. Automatyczne krany, dozowniki mydła i suszarki mogą wykorzystywać diody IR LED do wykrywania przeszkód i wykrywania z bliskiej odległości.
Kurtyna świetlna bezpieczeństwa — podczas korzystania z dużych lub niebezpiecznych urządzeń przemysłowych w warsztatach produkcyjnych, magazynach, na budowach lub w innych środowiskach przemysłowych bezpieczeństwo pracowników jest zawsze najwyższym priorytetem. Bariery fizyczne są nieporęczne i ich ustawienie wymaga wiele wysiłku, natomiast diody LED na podczerwień są lżejsze i bardziej przenośne niż bariery fizyczne, co czyni je skuteczną alternatywą. Diody podczerwieni IR można również ustawić w różnych kształtach i rozmiarach, aby w razie potrzeby pokryć różne obszary.