DigiKey
Avtor: Rolf Horn
Infrardeči valovi so del elektromagnetnega spektra, ki se nahaja med daljšimi valovnimi dolžinami vidne svetlobe in krajšimi valovnimi dolžinami mikrovalov.
Infrardeče sevanje (IR), ki je nevidno za človeško oko, vendar zaznavno kot toplota, pokriva območje valovnih dolžin med 760 nm in 1 mm. IR pas se deli na dodatne komponente, vključno z območjem bližnje infrardeče (NIR) od 760 nm do 1400 nm (slika 1).
Kako NIR aplikacije delujejo
NIR je še posebej uporaben, ker omogoča brezžično komunikacijo. V večini aplikacij brezstično zaznavanje z uporabo NIR deluje tako, da se IR oddajnik seznani s sprejemnikom.
Televizijski daljinski upravljalnik, na primer, uporablja NIR sevanje. Ko pritisnete tipko na daljinskem upravljalniku, notranja vezja pretvorijo dejanje v binarno kodo in ga posredujejo IR oddajniku. Oddajnik nato oddaja kodirane informacije v obliki impulzov NIR svetlobe. Na drugi strani, povezani senzor na televizorju sprejme impulze in jih pretvori nazaj v binarno kodo, da izvede določene ukaze.
Način, na katerega aplikacije uporabljajo kombinacijo oddajnika in sprejemnika, se lahko razlikuje. Kot v primeru daljinskega upravljalnika, sprejemnik dekodira signale iz oddajnika. V drugih primerih lahko sproži signal, ko se oddajanje signala prekine. Takšni vzorci, ki temeljijo na prekinitvah, se uporabljajo v aplikacijah, ki zaznavajo osebe ali predmete.
Da bi se izognili zunanjim motnjam signala, je sprejemnik zasnovan tako, da zazna določeno valovno dolžino, kar zahteva, da ima sevanje, ki ga oddaja oddajnik, ustrezno, natančno valovno dolžino in zadostno intenziteto. HSM8-C120 IR ChipLED oddajnik [1] (slika 2) podjetja Broadcom [2] je primer NIR LED-ice, ki se lahko uporablja v različnih aplikacijah, vključno s širokopotrošno elektroniko, pametnimi števci in drugimi.
HSM8-C120 je IR ChipLED s stranskim sevanjem načrtovan za površinsko montažo z majhno površino ohišja 1,6 mm x 0,93 mm, zaradi česar je primeren za široko paleto aplikacij z omejenim prostorom. Ima vršno valovno dolžino 850 nm, vidni kot 150° in je združljiv z avtomatskim strojnim polaganjem ter IR reflow spajkanjem po industrijskih standardih.
Uporabe NIR LED-ic
Fotoelektrični detektorji dima – IR LED-ice uporabljajo osnovno načelo ob vdoru objekta za zaznavanje prisotnosti dima, pri čemer uporabljajo oddajnik in fotodetektor v isti enoti. V običajnih delovnih pogojih LED-ica oddaja infrardeče sevanje, ki povzroči, da detektor proizvaja električni tok. Prisotnost dima pa moti pot sevanja in ga razprši. Posledica tega je, da se neto tok, ki ga registrira fotodetektor, zmanjša in zato sproži alarm. IR LED-ice so v tej aplikaciji še posebej uporabne zaradi svoje sposobnosti, da prodrejo skozi dim in zaznavajo manjše in gostejše delce.
Fotoelektrični detektorji dima niso edini v tej kategoriji. Obstajajo tudi tisti, ki merijo stopnjo ionizacije zraka. Vendar so ti znani po lažnih alarmih. Zlasti problematični so sprožilci zaradi kuhinjskega dima, zato morajo detektorji dima v stanovanjskih stavbah opraviti »hamburger test«, kar pomeni, da jih ne sme sprožiti dim iz kuhinje. IR LED-ice so odporne na učinke kuhinjskih dimnih delcev in zato povzročajo manj lažnih alarmov. IR LED-ice se lahko integrirajo tudi z drugimi sistemi, kot so detektorji toplote, plina in zračnega toka, kar omogoča več informacij o nevarnih situacijah v realnem času.
Gospodinjski aparati – Poleg uporabe v daljinskih upravljalnikih lahko IR-senzorji v pralnih strojih zaznavajo raven vode, medtem ko robotski čistilci uporabljajo IR-senzorje za izogibanje oviram na načrtovani poti. Podobni senzorji v mikrovalovnih pečicah lahko zaznavajo odprta vrata in sprožijo opozorila. Avtomatske pipe, dozirniki za milo in sušilniki za roke lahko uporabljajo zmogljivosti IR-LED-ic za zaznavanje ovir in bližine.
Varnostne svetlobne zavese – varnost delavcev je vedno ključnega pomena pri delu z velikimi ali nevarnimi industrijskimi napravami v proizvodnih prostorih, skladiščih, na gradbiščih ali v drugih industrijskih okoljih. Fizične ovire so lahko zajetne in težavne za namestitev, zato IR LED-ice, ki so veliko lažje in bolj prenosne od fizičnih ovir, ponujajo učinkovito alternativo. Lahko se jih namesti tudi tako, da se prilagodijo različnim oblikam in velikostim, odvisno od območja, ki ga je treba pokriti.
Varnostna svetlobna IR LED zavesa (slika 3) deluje na principu zaznavanja predmetov, da prepreči nesreče. Sestavljena je iz niza oddajnikov IR LED-ic s fotodiodami, ki delujejo kot sprejemniki. LED-ice oddajajo sinhronizirane in vzporedne IR-svetlobne žarke, ki pokrivajo celotno območje, ki ga je treba nadzorovati. Posledica tega je, da je mreža obsijana z IR-svetlobo, ki je modulirana na specifično in edinstveno frekvenco, ki jo fotodiode zaznavajo. Ko se v polju IR-zavese pojavi predmet, to verjetno kaže na nevarno situacijo in lahko sproži opozorila. Če na primer v polje žarka vstopi dlan ali roka, se lahko stroj samodejno izklopi, da se prepreči poškodba.
Pametni merilniki porabe energije – cilji za varčevanje z energijo in odgovorno rabo vključujejo porabo le toliko električne energije, kolikor jo je potrebne. Pametni merilniki porabe energije imajo pomembno vlogo pri doseganju takšnih rezultatov, saj omogočajo potrošnikom, da v realnem času spremljajo svojo porabo električne energije in jo ustrezno prilagajajo. Pomagajo tudi pri hitrejšem odkrivanju puščanj in napak ter pri določanju cen komunalnih storitev po drseči lestvici glede na vzorce porabe v konicah.
V pametnih števcih se IR LED-ice uporabljajo za dvosmerni prenos podatkov na kratke razdalje. IR LED-ice oddajajo šifrirane infrardeče svetlobne impulze, ki jih sprejema fotodioda na napravi za zajemanje podatkov. Impulzi lahko prenašajo različne digitalne informacije, od odčitkov porabe energije do diagnostičnih podatkov. Za dodatno varnost imajo IR impulzi poseben podpis, ki ga detektorji uporabljajo za preverjanje.
Zaključek
Ne glede na to, ali gre za širokopotrošne naprave ali prenos diagnostičnih podatkov, je HSM8-C120 še posebej primeren za zasnove, ki zahtevajo visoko zmogljiv IR oddajnik. Med njegovimi številnimi prednostmi so majhnost, učinkovita raba energije in stabilna izhodna moč.
Viri:
1: https://www.digikey.com/en/product-highlight/b/broadcom-semi/hsm8-c120-ir-chipled-emitter
2: https://www.digikey.com/en/supplier-centers/broadcom
