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红外传感器:工作原理和电路图

    红外技术广泛应用于包括远程控制和传感器在内的无线应用中。电磁光谱中的红外部分可以分为三个主要区域:近红外、中红外和远红外。这三个区域的波长因应用而异。对于近红外区域,波长范围为 700 nm - 1400 nm,中红外区域的波长范围为 1400 nm - 3000 nm,最后对于远红外区域,波长范围为 3000 nm - 1 mm。

    近红外区域用于光纤和红外传感器,中红外区域用于热传感,远红外区域用于热成像。红外的频率范围比微波最大,比可见光最小。


什么是红外传感器?

    红外传感器是一种电子元件,用于发射后或直接检测物体周围红外辐射的特定特征。这些传感器还可用来检测或测量目标及其运动的热量。在许多电子设备中,红外传感器电路是一个非常重要的部分,它与人类用视觉感官来检测障碍物类似。

    简单地测量红外辐射而不是发射的传感器称为PIR或被动红外。一般在红外光谱中,所有物体的辐射和有些热辐射对人眼是不可见的,但可以通过红外传感器感知。

    在该传感器中,红外LED作为发射器,而光电二极管作为检测器。一旦红外光照在光电二极管上,输出的电压和电阻与接收到的红外光强度成比例变化。


红外传感器电路

    红外传感器的应用电路如下图所示。该电路由光电二极管、红外 LED、运算放大器、LED 和电位器组成,红外 LED 的主要功能是发射红外光,光电二极管用于感应红外光。该电路采用运算放大器作为电压比较器,传感器的输出可以通过电位器根据需要进行调节。

    一旦红外 LED 产生的光照到光电二极管上,那么光电二极管的电阻就会下降。

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    这里运算放大器的输入之一作为阈值,可以通过电位器设置,而另一个输入可以通过改变光电二极管的串联电阻来设置。光电二极管上的辐射越多,则串联电阻上的电压降越大。运算放大器的两个电压都需要考虑。

    如果串联电阻的电压高于阈值电压,则 IC 输出为高。当 IC 输出提供给 LED 时,则会闪烁。因此使用电位器,可以根据环境条件调整阈值电压。

    在该电路中,红外接收器和红外发射 LED 的位置是非常重要的因素。如果红外发射 LED 直接置于在红外接收器的前面,这种布置就可以称为直接照射。因此这种情况下,红外发射 LED 发出的几乎全部辐射都会落在红外接收器上。因此,在红外发射和接收之间放置一排挡板,以避免直接照射。


优点

    ● 低功耗
    ● 抗噪能力强
    ● 无论光线是否存在都可检测运动
    ● 不受生锈影响
    ● 非接触物体进行检测
    ● 红外辐射方向性强,无数据泄漏
    ● 尺寸适中
    ● 与热电偶相比,响应速度非常快
    ● 高可靠性


缺点

    ● 必须视线之内
    ● 可能会受到雾、雨、污染、灰尘等环境条件的影响
    ● 会受到普通物体的遮挡
    ● 数据速率传输慢
    ● 范围有限
    ● 强红外对人眼有害


应用

    ● 铁路安全
    ● 红外成像设备
    ● 红外天文学
    ● 光功率计
    ● 夜视设备
    ● 分拣设备
    ● 水分测定仪
    ● 导弹制导
    ● 火焰监测器
    ● 遥感
    ● 气候学
    ● 气体分析仪
    ● 气象
    ● 光生物调节
    ● 石油勘探
    ● 气体探测器
    ● 水质分析


如果需要给传感器增加无线传输功能,可以通过增加无线物联网控制器实现。

无线物联网控制器支持电池或外接5V电源供电,无线传输方式支持4G、NB、WIFI、LORA等。

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【单片机-传感器】项目定制开发

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