Was ist ein IR-Sensor:Schaltplan und seine Funktionsweise

IR-Technologie wird im täglichen Leben und auch in der Industrie zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt. Fernseher verwenden beispielsweise einen IR-Sensor, um die Signale zu verstehen, die von einer Fernbedienung gesendet werden. Die Hauptvorteile von IR-Sensoren sind der geringe Stromverbrauch, ihr einfaches Design und ihre praktischen Funktionen. IR-Signale sind für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar. Die IR-Strahlung im elektromagnetischen Spektrum ist in den Bereichen des sichtbaren &Mikrowellenbereichs zu finden. Üblicherweise reichen die Wellenlängen dieser Wellen von 0,7 µm 5 bis 1000 µm. Das IR-Spektrum kann in drei Bereiche unterteilt werden, wie Nahinfrarot, Mittel und Ferninfrarot. Die Wellenlänge des nahen Infrarotbereichs reicht von 0,75 – 3 µm, die Wellenlänge des mittleren Infrarotbereichs reicht von 3 bis 6 µm und die Wellenlänge der Infrarotstrahlung des fernen Infrarotbereichs ist höher als 6 µm.

Was ist ein IR-Sensor/Infrarotsensor?

Ein Infrarotsensor ist ein elektronisches Gerät, das emittiert, um einige Aspekte der Umgebung wahrzunehmen. Ein IR-Sensor kann sowohl die Wärme eines Objekts messen als auch die Bewegung erkennen. Diese Arten von Sensoren messen nur Infrarotstrahlung, anstatt sie auszusenden, was als passiver IR-Sensor bezeichnet wird. Normalerweise strahlen alle Objekte im Infrarotspektrum irgendeine Form von Wärmestrahlung aus.

Diese Arten von Strahlungen sind für unsere Augen unsichtbar, die von einem Infrarotsensor erfasst werden können. Der Emitter ist einfach eine IR-LED (Light Emitting Diode) und der Detektor ist einfach eine IR-Photodiode, die für IR-Licht der gleichen Wellenlänge wie das von der IR-LED emittierte empfindlich ist. Wenn IR-Licht auf die Fotodiode fällt, ändern sich die Widerstände und die Ausgangsspannungen proportional zur Stärke des empfangenen IR-Lichts.

Arbeitsprinzip

Das Funktionsprinzip eines Infrarotsensors ähnelt dem des Objekterkennungssensors. Dieser Sensor enthält eine IR-LED und eine IR-Fotodiode, sodass durch Kombination dieser beiden als Optokoppler ansonsten Optokoppler gebildet werden kann. Die in diesem Sensor verwendeten physikalischen Gesetze sind Plankenstrahlung, Stephan Boltzmann &Weins Verschiebung.

IR-LED ist eine Art von Sender, der IR-Strahlung aussendet. Diese LED sieht einer Standard-LED ähnlich und die von dieser erzeugte Strahlung ist für das menschliche Auge nicht sichtbar. Infrarotempfänger erfassen die Strahlung hauptsächlich mit einem Infrarotsender. Diese Infrarotempfänger sind in Form von Fotodioden erhältlich. IR-Photodioden unterscheiden sich von herkömmlichen Photodioden, da sie lediglich IR-Strahlung erfassen. Je nach Spannung, Wellenlänge, Gehäuse usw. gibt es hauptsächlich verschiedene Arten von Infrarotempfängern.

Sobald es als Kombination aus IR-Sender und -Empfänger verwendet wird, muss die Wellenlänge des Empfängers der des Senders entsprechen. Hier ist der Sender eine IR-LED, während der Empfänger eine IR-Fotodiode ist. Die Infrarot-Fotodiode reagiert auf das Infrarotlicht, das durch eine Infrarot-LED erzeugt wird. Der Widerstand der Fotodiode und die Änderung der Ausgangsspannung sind proportional zum erhaltenen Infrarotlicht. Dies ist das grundlegende Funktionsprinzip des IR-Sensors.

Sobald der Infrarotsender eine Emission erzeugt, erreicht er das Objekt und ein Teil der Emission wird zum Infrarotempfänger zurückreflektiert. Die Sensorausgabe kann vom IR-Empfänger abhängig von der Intensität der Reaktion bestimmt werden.

Infrarotsensortypen

Infrarotsensoren werden in zwei Typen eingeteilt, wie den aktiven IR-Sensor und den passiven IR-Sensor.

Aktiver IR-Sensor

Dieser Aktiv-Infrarot-Sensor umfasst sowohl den Sender als auch den Empfänger. In den meisten Anwendungen wird die Leuchtdiode als Quelle verwendet. Die LED wird als nicht abbildender Infrarotsensor verwendet, während die Laserdiode als abbildender Infrarotsensor verwendet wird.

Diese Sensoren arbeiten durch Energiestrahlung, die durch Strahlung empfangen und erkannt wird. Außerdem kann sie unter Verwendung des Signalprozessors verarbeitet werden, um die erforderlichen Informationen abzurufen. Die besten Beispiele für diesen aktiven Infrarotsensor sind Reflexions- und Lichtbrechungssensoren.

Passiver IR-Sensor

Der Passiv-Infrarot-Sensor enthält nur Detektoren, aber keinen Sender. Diese Sensoren verwenden ein Objekt wie einen Sender oder eine IR-Quelle. Dieses Objekt sendet Energie aus und erkennt durch Infrarotempfänger. Danach wird ein Signalprozessor verwendet, um das Signal zu verstehen, um die erforderlichen Informationen zu erhalten.

Die besten Beispiele für diesen Sensor sind pyroelektrischer Detektor, Bolometer, Thermoelement-Thermopile usw. Diese Sensoren werden in zwei Typen wie thermischer IR-Sensor und Quanten-IR-Sensor eingeteilt. Der thermische IR-Sensor ist nicht wellenlängenabhängig. Die von diesen Sensoren verwendete Energiequelle wird erhitzt. Thermische Detektoren sind in Bezug auf ihre Ansprech- und Erkennungszeit langsam. Der Quanten-IR-Sensor hängt von der Wellenlänge ab und diese Sensoren verfügen über eine hohe Ansprech- und Detektionszeit. Diese Sensoren müssen für bestimmte Messungen regelmäßig gekühlt werden.

IR-Sensor-Schaltplan

Eine Infrarotsensorschaltung ist eines der grundlegenden und beliebtesten Sensormodule in einem elektronischen Gerät. Dieser Sensor ist analog zu den visionären Sinnen des Menschen, mit denen Hindernisse erkannt werden können und er ist eine der häufigsten Anwendungen in Echtzeit. Diese Schaltung besteht aus den folgenden Komponenten

• LM358 IC 2 IR-Sender- und -Empfängerpaar
• Widerstände im Kiloohmbereich.
• Variable Widerstände.
• LED (Light Emitting Diode).

In diesem Projekt enthält der Senderabschnitt einen IR-Sensor, der kontinuierliche IR-Strahlen aussendet, die von einem IR-Empfängermodul empfangen werden. Ein IR-Ausgangsanschluss des Empfängers variiert abhängig von seinem Empfang von IR-Strahlen. Da diese Variation als solche nicht analysiert werden kann, kann daher dieser Ausgang einer Komparatorschaltung zugeführt werden. Hier wird ein Operationsverstärker (Op-Amp) des LM 339 als Komparatorschaltung verwendet.

Wenn der IR-Empfänger kein Signal empfängt, wird das Potenzial am invertierenden Eingang höher als am nicht invertierenden Eingang des Komparator-ICs (LM339). Somit wird der Ausgang des Komparators niedrig, aber die LED leuchtet nicht. Wenn das IR-Empfängermodul ein Signal empfängt, wird das Potenzial am invertierenden Eingang niedrig. Dadurch geht der Ausgang des Komparators (LM 339) hoch und die LED beginnt zu leuchten.

Widerstand R1 (100 ), R2 (10k ) und R3 (330) werden verwendet, um sicherzustellen, dass mindestens 10 mA Strom durch die IR-LED-Geräte wie Photodiode und normales fließt LEDs bzw. Der Widerstand VR2 (Preset=5k) wird verwendet, um die Ausgangsklemmen einzustellen. Der Widerstand VR1 (Preset=10k) wird verwendet, um die Empfindlichkeit des Schaltplans einzustellen. Lesen Sie mehr über IR-Sensoren.

IR-Sensorschaltung mit Transistor

Das Schaltbild des IR-Sensors mit Transistoren, nämlich der Hinderniserkennung mit zwei Transistoren, ist unten dargestellt. Diese Schaltung wird hauptsächlich zur Hinderniserkennung mit einer IR-LED verwendet. Diese Schaltung kann also mit zwei Transistoren wie NPN und PNP aufgebaut werden. Für NPN wird der Transistor BC547 verwendet, während für PNP der Transistor BC557 verwendet wird. Die Pinbelegung dieser Transistoren ist gleich.

In der obigen Schaltung ist immer eine Infrarot-LED eingeschaltet, während die andere Infrarot-LED mit dem Basisanschluss des PNP-Transistors verbunden ist, da diese IR-LED als Detektor fungiert. Die erforderlichen Komponenten dieser IR-Sensorschaltung umfassen Widerstände 100 Ohm &200 Ohm, BC547 &BC557 Transistoren, LED, IR LEDs-2. Die Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Herstellen der IR-Sensorschaltung beinhaltet die folgenden Schritte.

• Verbinden Sie die Komponenten gemäß Schaltplan mit den erforderlichen Komponenten
• Schließen Sie eine Infrarot-LED an den Basisanschluss des BC547-Transistors an
• Schließe eine Infrarot-LED an den Basisanschluss desselben Transistors an.
• Verbinden Sie den 100Ω-Widerstand mit den restlichen Pins der Infrarot-LEDs.
• Verbinden Sie den Basisanschluss des PNP-Transistors mit dem Kollektoranschluss des NPN-Transistors.
• Schließen Sie die LED und den 220Ω-Widerstand gemäß der Verbindung im Schaltplan an.
• Sobald der Stromkreis angeschlossen ist, wird der Stromkreis zum Testen mit Strom versorgt.

Schaltung funktioniert

Sobald die Infrarot-LED erkannt wird, aktiviert das reflektierte Licht des Dings einen kleinen Strom, der den gesamten IR-LED-Detektor versorgt. Dies aktiviert den NPN-Transistor &den PNP; daher schaltet die LED ein. Diese Schaltung eignet sich für verschiedene Projekte wie automatische Lampen, die aktiviert werden, sobald sich eine Person dem Licht nähert.

Einbruchmeldeschaltung mit IR-Sensor

Diese IR-Einbruchalarmschaltung wird an Eingängen, Türen usw. verwendet. Diese Schaltung gibt einen Summerton aus, um die betroffene Person zu warnen, wenn jemand den IR-Strahl durchquert. Wenn die IR-Strahlen für Menschen nicht sichtbar sind, funktioniert diese Schaltung als versteckte Sicherheitsvorrichtung.

Die erforderlichen Komponenten dieser Schaltung umfassen hauptsächlich NE555IC, Widerstände R1 &R2 =10k &560, D1 (IR-Fotodiode), D2 (IR-LED), C1 Kondensator (100nF), S1 (Druckschalter), B1 (Summer) &6V DC Versorgung.
Dieser Stromkreis kann angeschlossen werden, indem die Infrarot-LED sowie die Infrarotsensoren an der Tür gegenüberliegend angeordnet werden. Damit IR-Strahlen richtig auf den Sensor fallen können. Unter normalen Bedingungen fällt der Infrarotstrahl immer über die Infrarotdiode und der Ausgangszustand an Pin-3 bleibt im niedrigen Zustand.

Dieser Strahl wird unterbrochen, sobald ein fester Gegenstand den Strahl kreuzt. Wenn der IR-Strahl zerschlägt, wird die Schaltung aktiviert und der Ausgang wird in den EIN-Zustand versetzt. Der Ausgangszustand bleibt bestehen, bis er durch Schließen des Schalters neu eingestellt wird, dh wenn die Unterbrechung des Strahls aufgehoben wird, bleibt ein Alarm eingeschaltet. Um zu verhindern, dass andere den Alarm deaktivieren, muss sich der Stromkreis oder der Reset-Schalter vom Infrarotsensor entfernt oder außer Sichtweite befinden. In dieser Schaltung ist ein „B1“-Summer angeschlossen, um einen Ton mit einem eingebauten Ton zu erzeugen, und dieser eingebaute Ton kann je nach Bedarf durch eine alternative Klingel oder eine ansonsten laute Sirene ersetzt werden.

Vorteile

Die Vorteile des IR-Sensors Folgendes einschließen

• Es verbraucht weniger Strom
• Die Bewegungserkennung ist bei An- oder Abwesenheit von Licht ungefähr mit gleicher Zuverlässigkeit möglich.
• Sie brauchen zur Erkennung keinen Kontakt mit dem Objekt
• Es gibt kein Datenleck aufgrund der Strahlrichtung
• Diese Sensoren werden nicht durch Oxidation und Korrosion beeinträchtigt
• Geräuschimmunität ist sehr stark

Nachteile

Die Nachteile des IR-Sensors Folgendes einschließen

• Sichtverbindung ist erforderlich
• Reichweite ist begrenzt
• Diese können durch Nebel, Regen, Staub usw. beeinträchtigt werden
• Weniger Datenübertragungsrate

IR-Sensoranwendungen

IR-Sensoren werden je nach Anwendung in verschiedene Typen eingeteilt. Einige der typischen Anwendungen verschiedener Arten von Sensoren. Der Drehzahlsensor dient zum Synchronisieren der Drehzahl mehrerer Motoren. Der Temperatursensor wird zur industriellen Temperaturregelung verwendet. Der PIR-Sensor wird für ein automatisches Türöffnungssystem verwendet und der Ultraschallsensor wird für die Abstandsmessung verwendet.

IR-Sensoren werden in verschiedenen sensorbasierten Projekten und auch in verschiedenen elektronischen Geräten verwendet, die die Temperatur messen, die unten beschrieben wird.

Strahlungsthermometer

IR-Sensoren werden in Strahlungsthermometern verwendet, um die Temperatur in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Material des Objekts zu messen. Diese Thermometer haben einige der folgenden Funktionen

• Messung ohne direkten Kontakt zum Objekt
• Schnellere Antwort
• Einfache Mustermessungen

Flammenmonitore

Diese Arten von Geräten werden verwendet, um das von den Flammen ausgehende Licht zu erkennen und zu überwachen, wie die Flammen brennen. Das von Flammen emittierte Licht reicht vom UV- bis zum IR-Bereich. PBS, PbSe, Zweifarbendetektor, pyroelektrischer Detektor sind einige der am häufigsten verwendeten Detektoren in Flammenwächtern.

Feuchtigkeitsanalysatoren

Feuchtigkeitsanalysatoren verwenden Wellenlängen, die von der Feuchtigkeit im IR-Bereich absorbiert werden. Objekte werden mit Licht dieser Wellenlängen (1,1 µm, 1,4 µm, 1,9 µm und 2,7 µm) und auch mit Referenzwellenlängen bestrahlt.

Das von den Objekten reflektierte Licht hängt vom Feuchtigkeitsgehalt ab und wird vom Analysator erfasst, um die Feuchtigkeit zu messen (Verhältnis des reflektierten Lichts bei diesen Wellenlängen zum reflektierten Licht bei der Referenzwellenlänge). In GaAs-PIN-Photodioden werden photoleitende Pbs-Detektoren in Feuchtigkeitsanalysatorschaltungen verwendet.

Gasanalysatoren

IR-Sensoren werden in Gasanalysatoren verwendet, die die Absorptionseigenschaften von Gasen im IR-Bereich nutzen. Zur Messung der Gasdichte werden zwei Arten von Methoden verwendet, z. B. dispersive und nicht-dispersive.

Dispersiv: Ein emittiertes Licht wird spektroskopisch geteilt und ihre Absorptionseigenschaften werden verwendet, um die Gasinhaltsstoffe und die Probenmenge zu analysieren.

Nichtdispersiv: Es ist die am häufigsten verwendete Methode und verwendet Absorptionseigenschaften, ohne das emittierte Licht zu teilen. Nichtdispersive Typen verwenden diskrete optische Bandpassfilter, ähnlich wie Sonnenbrillen, die zum Schutz der Augen verwendet werden, um unerwünschte UV-Strahlung herauszufiltern.

Dieser Konfigurationstyp wird allgemein als nichtdispersive Infrarot-Technologie (NDIR) bezeichnet. Dieser Analysatortyp wird für kohlensäurehaltige Getränke verwendet, während ein nichtdispersiver Analysator in den meisten kommerziellen IR-Instrumenten für Kraftstoffleckagen aus Autoabgasen verwendet wird.

IR-Bildgebungsgeräte

IR-Bildgerät ist eine der Hauptanwendungen von IR-Wellen, hauptsächlich aufgrund seiner nicht sichtbaren Eigenschaft. Es wird für Wärmebildkameras, Nachtsichtgeräte usw. verwendet.

Zum Beispiel emittieren Wasser, Felsen, Boden, Vegetation und Atmosphäre sowie menschliches Gewebe alle IR-Strahlung. Die thermischen Infrarot-Detektoren messen diese Strahlungen im IR-Bereich und bilden die räumlichen Temperaturverteilungen des Objekts/Bereichs auf einem Bild ab. Wärmebildkameras bestehen normalerweise aus Sb (Indium-Antimonit), Gd Hg (Quecksilber-dotiertes Germanium), Hg Cd Te (Quecksilber-Cadmium-Tellurid) Sensoren.

Ein elektronischer Detektor wird mit flüssigem Helium oder flüssigem Stickstoff auf niedrige Temperaturen gekühlt. Dann stellt die Kühlung der Detektoren sicher, dass die von den Detektoren aufgezeichnete Strahlungsenergie (Photonen) vom Gelände und nicht von der Umgebungstemperatur von Objekten innerhalb des Scanners selbst und von elektronischen IR-Bildgebungsgeräten stammt.

Zu den Hauptanwendungen der Infrarotsensoren gehören hauptsächlich die folgenden.

• Meteorologie
• Klimatologie
• Photo-Bio-Modulation
• Analyse von Wasser
• Gasmelder
• Anästhesiologische Untersuchung
• Erdölforschung
• Sicherheit der Schiene

Also hier dreht sich alles um die Infrarotsensorschaltung mit Arbeit und Anwendungen. Diese Sensoren werden in vielen sensorbasierten Elektronikprojekten verwendet. Wir glauben, dass Sie diesen IR-Sensor und sein Funktionsprinzip vielleicht besser verstanden haben. Darüber hinaus geben Sie bei Zweifeln in Bezug auf diesen Artikel oder Projekte bitte Ihr Feedback, indem Sie im Kommentarbereich unten kommentieren. Hier ist eine Frage an Sie, kann das Infrarot-Thermometer in völliger Dunkelheit betrieben werden?

Bildnachweis:

• Gasanalysator von imimg
• IR-Sensor von shopify