Светодиод инфракрасного спектра излучения

Содержание

Инфракрасное излучение. Применение ИК светодиодов.

Инфракрасное излучение – это электромагнитное излучение энергии в области спектра между красной областью видимого спектра излучения (начиная с длины волны 0,74 мкм) и микроволновым излучением (заканчивая длиной волны 1—2 мм). Инфракрасное излучение было открыто в 1800 г. английским астрономом У. Гершелем при исследовании излучения солнца. Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения подразделяют на три области:

  • коротковолновая область: 0,74 – 2,5 мкм;
  • средневолновая область: 2,5 – 50 мкм;
  • длинноволновая область: 50-2000 мкм.

Последнее время длинноволновую часть инфракрасного излучения выделяют в отдельный, независимый диапазон электромагнитных волн — терагерцовое (субмиллиметровое) излучение.

Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как все тела, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры излучают энергию в инфракрасной области спектра. При этом, излучаемые длины волн зависят от температуры тела, чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких температурах (до пятисот градусов) лежит именно в этом диапазоне. При дальнейшем нагревании тела, оно начинает излучать энергию в видимой области спектра и можно увидеть сначала темно-красное, а затем яркое белое свечение.

Способность полупроводниковых материалов испускать инфракрасное излучение была впервые замечена в 1955 году Р. Браунштейном из Radio Corporation of America. Браунштейн исследовал инфракрасное излучение диодной полупроводниковой структуры на основе антимонида галлия (GaSb), арсенида галлия (GaAs), фосфида индия (InP) и кремниево – германиевого сплава (SiGe) при прохождении электрического тока. В 1961 году Р.Бард и Г.Питман из компании Texas Instruments получили патент на инфракрасный полупроводниковый светодиод на базе арсенида галлия.

В 1976 году Т.Пирсэлл получил первый сверхъяркий инфракрасный светодиод для оптоволоконных телекоммуникаций, исследуя новые полупроводниковые материалы.

Инфракрасные (ИК) светодиоды и фотодиоды повсеместно применяются в пультах дистанционного управления (телевизора или табло часов), системах автоматики, охранных системах и т.д. Такое применение объясняется тем, что инфракрасные излучатели не отвлекают и не привлекают внимание человека в следствие невидимости. Интересно применение инфракрасных приемопередатчиков для передачи звука.

Инфракрасные устройства применяют в промышленности для сушки лакокрасочных покрытий. Инфракрасный метод сушки имеет преимущества перед традиционным конвекционным методом. Скорость и затрачиваемая энергия при инфракрасной сушке существенно меньше тех же показателей при традиционных методах.

Инфракрасное излучение также обладает стерилизующим эффектом, что применяется при обработке продуктов питания. преимуществом использования инфракрасного метода обработки продуктов в пищевой промышленности, стала способность проникновения электромагнитного излучения в капиллярно-пористые продукты, такие как зерно, крупа, мука и т.д. на глубину до 10 мм. Величина проникновения зависит от свойств объекта воздействия и частотной характеристики излучения. Электромагнитная волна определенного частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических процессов в продуктах. Конвейерные сушильные транспортеры с успехом используются в зернохранилищах и в мукомольной промышленности.

Инфракрасное излучение применяется в медицинских целях. Некоторые исследования позволяют считать, что неинтенсивное инфракрасное излучение повышает кровоток, усиливать обмен веществ.

Инфракрасное излучение используется в детекторах валют, в датчиках пожарной сигнализации, в телекоммуникациях.

Разновидности, характеристики и сфера применения инфракрасных светодиодов

Одним из распространенных и широко применяемых в различных областях радиоэлектроники лед-элементов является инфракрасный светодиод. Спектр его свечения находится в невидимом человеческому глазу диапазоне длин волн электромагнитного излучения. Рассмотрим, какие разновидности светоисточников подобного типа бывают, каковы их главные технические характеристики, какие самые мощные их модификации существуют и в каких сферах все они используются.

Разновидности ИК излучающих диодов

На современном рынке радиодеталей светодиодные излучатели представлены в достаточно широком ассортименте. Существует несколько десятков позиций, различающихся по следующим основным параметрам:

  1. Мощности излучаемого потока света (или, как вариант, наибольшему проходящему через лэд-кристалл току).
  2. Прямому назначению.
  3. Форм-фактору.

Инфракрасные светодиоды светосилой до 100 мВт работают на номинале тока, не превышающем значение в 50 мА. Импортные аналоги несколько отличаются от отечественных. Их лед-кристаллы заключены в 3- или 5-милиметровый корпус овальной формы. Внешне они похожи на стандартный led-элемент с двумя выводами. По цвету линзы модели различаются от чисто прозрачного до желтого и голубого оттенка.

Российские компании уже много лет изготавливают инфракрасные светодиоды в характерном мини-корпусе. Примером являются экземпляры: 3Л107А или АЛ118А. В противоположность им более мощные версии диодов производят на DIP-матрице по технологии smd, как например, модель SFH4715S линейки Osram.

Обратите внимание! Ввиду того, что ИК диод излучает в незаметном невооруженному глазу диапазоне, проверить его работоспособность можно посредством изображения, полученного съемкой цифровой видеокамеры, например, через мобильный телефон.

Технические характеристики

Так как инфракрасное излучение невидно зрению человека и диапазон его длин волн распространен достаточно широко – 0,75-2000 микрометров – то характерный для обычных светодиодов набор технических параметров не применяется для них. Вместо этого для лед-элементов, работающих в ИК-сегменте спектра, используются следующие главные обозначения их свойств:

  1. Мощность в единицу времени (Вт/ч), либо дополнительно указывается на какую площадь излучателя она приходится.
  2. Интенсивность потока в пределах пространственного/телесного угла, выражаемая в Вт/ср (стерадианах).

Однако далеко не всегда требуется постоянное инфракрасное излучение, поэтому для светодиодов конкретного применения указываются характеристики не только в непрерывном, но и в импульсном режиме функционирования. При этом в последнем случае мощность сигнала на выходе может в несколько раз превышать аналогичный показатель, свойственный для первого варианта.

Помимо выше рассмотренных специфических параметров, для инфракрасных светодиодов характерны и общие показатели эксплуатации, также указываемые в паспортных данных:

  1. Диапазон длин волн.
  2. Номинальный прямой ток.
  3. Наивысший импульсный ток.
  4. Величина падения напряжения.
  5. Значение обратного напряжения.

Следует знать! Все существующие виды лед-элементов (лампы, светодиоды), в том числе излучающие в инфракрасной области, характеризуются различным углом рассеивания, даже в рамках одной серии – от узкого в 15 до широкого в 80 . Поэтому при их выборе для конкретного применения нужно обращать внимание и на этот параметр, указанный в маркировке.

Мощные инфракрасные светодиоды

Для изготовления мощного инфракрасного светодиода требуется большой лед-кристалл. В связи с этим возникает несколько технологических проблем:

  1. С увеличением площади лэд-кристалла существенно возрастает его стоимость.
  2. При работе на полную мощность такого led-элемента выделяется настолько много энергии, что возникает сильный перегрев его основания и, как следствие, последующее быстрое разрушение.

Если же объединить несколько близко установленных лед-кристаллов, возникает значительная потеря мощности из-за повышения нерабочей боковой площади. Ввиду выше рассмотренных обстоятельств, разработчики предложили несколько компромиссных вариантов:

  1. На данный момент допустимо изготавливать кристаллы размером до 1 мм 2 . До этого порогового значения можно существенно повысить силу тока, а значит, и мощность – в результате снижения сопротивления в лэд-материале из-за его нагрева.
  2. Внедряются все более совершенные рефлекторы, собирающие боковое излучение к центру.
  3. Производятся линзы с высоким коэффициентом преломления, что заставляет лучше собирать и направлять в пучок боковые волны.

Важно! Инфракрасные светодиоды и лазерные их модификации – это совершенно различные по принципу действия и техническим характеристикам светильники. В основе последних применяются квантоворазмерные гетероструктуры.

Область применения

Инфракрасные светодиоды применяют далеко не только для дистанционных пультов управления бытовыми и технологическими приборами (телевизорами, кондиционерами, котельной аппаратурой), но также во многих других областях:

  1. В создании направленной системы подсветки медицинского оборудования.
  2. В видеонаблюдении – для скрытого или дополнительного освещения охраняемых объектов и территорий. Здесь применяются различные типы инфракрасных прожекторов.
  3. В приборах ночного видения.
  4. В устройствах передачи данных посредством оптоволоконной сети.
  5. В научно-исследовательских направлениях (твердотельный лазер, подсветка и т. д.).
  6. В военно-промышленной сфере.
  7. В детекторах, датчиках, сигнализациях.
  8. В конвейерных сушилках на мукомольных и зерноперерабатывающих предприятиях.
  9. Для стерилизации капиллярно-пористых пищевых продуктов.
  10. В качестве компонентов контрольно-измерительного и прочего оборудования.
Читайте также:  Простой регулятор температуры

Добиться максимально качественно инфракрасного излучения от светодиодов, работающих в импульсном режиме, можно только при строгом контроле параметров напряжения. Небольшое отклонение от нормы приведет к изменениям мощности излучения в несколько раз! Так, например, если на приборах, работающих в непрерывном режиме, указывается 5 Вт/ср, то при переходе их в импульсный режим – порядка 125 Вт/ср. Поэтому для стабильности работы таких систем рекомендуется периодически уделять внимание их сервису и необходимому обслуживанию.

Основные выводы

Инфракрасные светодиоды излучают в невидимой для глаза человека области спектра, и потому для обозначения их главных параметров используют несколько отличные от обычных лед-элементов характеристики:

  1. Мощность за период времени или с конкретной площади излучателя.
  2. Интенсивность в границах определенного пространственного угла.

Существуют десятки модификаций инфракрасных светодиодов. Все они различаются не только по силе излучения, но также назначению и форм-фактору. Чем мощнее лед-кристалл, тем больше он нагревается и разрушается. Поэтому производители при изготовлении мощных моделей прибегают к некоторым ухищрениям, а не идут по пути прямого увеличения их размеров. Сфера применения ИК-диодов обширна – от индикации в пультах ДУ бытовой техники до сложных военно-промышленных и медицинских приборов.

Если вы владеете информацией о том, какие еще инфракрасные светодиоды существуют и где они применяются, обязательно напишите об этом в комментариях.

Диоды излучающие ИК диапазона

Излучающие диоды инфракрасного диапазона нашли широкое применение в аппаратуре ночного видения, инфракрасного освещения, видеонаблюдения, дистанционного управления, в оптической связи в телевизионных системах, и др.

Важнейший параметр всех ИК-диодов – это величины мощности и силы излучения в сочетании со значениями длины волны. Основные длины волн излучения ИК-диодов: 805±10, 870±20 и 940±10 нм.

На принципиальных схемах ИК диоды обозначают так же, как и светодиоды, с которыми по своей сути они имеют много общего. Рассмотрим их основные справочные характеристики и параметры.

Максимальный импульсный ток – токовый номинал, обычно в мА, который можно пропускать через ИК диод с коэффициентом заполнения не более 10%. Его значение может в десять и даже более раз превышать постоянный прямой ток.
Рабочая длина волны – наверное главный параметр любого светодиода, в том числе инфракрасного. В справочнике на ИК диод указывается её значение в нм, при котором будет осуществляться максимальная амплитуда излучения. Так как ИК диод не способен работать строго на одной длине волны, принято указывать ширину спектра ИК излучения, которая говорит об имеющемся отклонении от заявленной частоты. Чем уже диапазон, тем больше мощности собирается на рабочей частоте.
Номинальный прямой ток – номинал постоянного ток, гарантирующий заявленную мощность излучения. Он же является максимально допустимым током.
Обратное напряжение – максимум напряжения обратной полярности, которое можно приложить к p-n-переходу, чтоб он оказался под обратным смещением. Имеются экземпляры с обратным напряжением не более 1В.
Прямое напряжение – падение напряжения на ИК-диоде в открытом состоянии при протекании через него номинального тока. Для ИК диодов его значение обычно не превышает 2 Вольт и зависит от химического состава полупроводника. Например, UПР АЛ118А=1,7 В, UПР L-53F3BT=1,2 В.

ИК излучающие диоды одной серии выпускаются с разным углом рассеивания, что отображается на их маркировке. Необходимость в однотипных ИК диодах с узким (15°) и широким (70°) углом распределения светового потока вызвана их различной сферой использования в науке и технике. Кроме основных характеристик ИК диодов, имеется ряд дополнительных параметров, на которые необходимо обратить пристальное внимание при проектировании схем работающих в импульсном режиме, а также в экстремальных условиях окружающей среды. О допустимых временных и температурных интервалах для пайки можно узнать из справочника на инфракрасный светодиод.

Тип
прибора
Значения параметров при Т=25°СI пр.мах.
mA
U обр.max.
B
Т к.мах
(Т п. )
°С
Рису-
нок
P изл.
mBт
U пр.
B
I пр.ном.
mA
t нар.изл.
нС
t сп.изл.
нС
l мах.
mkM
1234567891011
АЛ103А11,6503005000,9552285
АЛ103Б0,61,6503008000,9550285
3Л103А11,6503008000,9550285
3Л103Б0,61,6503008000,9550285
АЛ106А0,21,710010200,92. 0,93512085
АЛ106Б0,41,710010200,92. 0,93512085
АЛ106В0,61,710010200,92. 0,93512085
АЛ106Г11,710010200,92. 0,93512085
АЛ106Д1,51,710010200,92. 0,93512085
АЛ107А621000,9. 1,2100685
АЛ107Б1021000,9. 1,2100685
3Л107А621000,9. 1,2100685
3Л107Б1021000,9. 1,2100685
АЛ108А1,51,35100240020000,94110285
АЛ108АМ21,6100240020000,94110285
3Л108А1,51,35100240020000,94110285
3Л108АМ21,6100240020000,94110285
АЛ109А0,21,2200,942285
АЛ109А-10,41,7200,942285
3Л109А-10,21,2200,942285
АЛ115А1025010006000,9. 150485
3Л115А1025010006000,9. 150485
АЛ118А21,7501001500,9. 150185
3Л118А21,7501001500,91. 0,9550185
АЛ119А403300100015000,93. 0,9630085
АЛ119Б40330035015000,93. 0,9630085
3Л119А403300100015000,93. 0,9630085
3Л119Б40330035015000,93. 0,9630085
АЛ120А0,825010100,8855185
АЛ120Б125020200,8855185
3Л120А0,825010100,8855185
3Л120Б125020200,8855185
АЛ123А50023003505000,94400285
3Л123А50023003505000,94400285
АЛ124А4210020200,86110285
3Л124А4210020200,86110285
АЛС126А-514002860000,8. 0,8125006070
3Л127А-10,062100,7515485
3Л127А-50,062100,7515485
3Л128А-111,82040400,8625285
3Л129А1,325010100,87100185
3Л130А35033000150015000,953000185
АЛ132А0,0125020201,2650185
3Л132А0,0125020201,2650185
3Л135А0,15210020200,82. 0,9100285
АЛ136А-50,61,95014140,8260570
3Л136А0,625014140,8160570
3Л136А-50,625014140,8260570
АЛ137А0,22350770,8160570
3Л137А0,52,450770,8160570
3Л138А0,42,450550,8160570
АЛ402А0,051025450,69. 0,71255
АЛ402Б0,0251025450,69. 0,71255
АЛ402В0,0151025450,69. 0,71255

При ремонте часто возникает необходимость проверки работоспособности ИК-светодиодов. Если ИК-диод потерял мощность, то обыкновенная прозвонка мультиметром, ни­чего не даст. Методика проверки следующая:

ИК светодиодов в современной электронике огромная куча. Каждому отдельному экземпляру присущи свои особенности и черты. Но в целом, все ИК диоды инфракрасного диапазона можно разделить на следующие группы:

Слаботочные ИК диоды используются для работы на токах не превышающих 50 мА и их мощность излучения до 100 мВт. Зарубежные образцы изготавливаются в овальном корпусе 3 и 5 мм, который в точности повторяет размеры стандартного двух выводного индикаторного светодиода. Цвет линзы – от полностью прозрачного до полупрозрачного жёлтого или голубого оттенка. ИК диоды российского производства до настоящего времени выпускают в миниатюрном корпусе: 3Л107А, АЛ118А. Более мощные ИК диоды изготавливают как в DIP корпусе, так и в smd исполнении. Например, SFH4715S от Osram в smd варианте.

Как просто проверить работоспособность инфракрасных диодов

Сегодня в радиоэлектронике имеются самые разнообразные изделия, применяемые для создания качественной и эффективной подсветки. Одним из таких изделий является инфракрасный тип диода.

Чтобы использовать его для создания подсветки, необходимо знать не только то, где они применяются, но и их особенности. Разобраться в данном вопросе поможет эта статья.

Особенности диодов, работающих в инфракрасном диапазоне

Инфракрасные светодиоды (сокращенно называются ИК диоды) — это полупроводниковые элементы электронных схем, которые при прохождении через них тока излучают свет, находящийся в инфракрасном диапазоне.

Обратите внимание! Инфракрасное излучение является невидимым для человеческого глаза. Это излучение можно засечь только путем применения стационарных видеокамер или же видеокамер мобильных телефонов. Это один из способов проверить, работает ли диод в инфракрасном спектре излучения.

Мощные светодиоды (например, лазерный вид) инфракрасного спектрального диапазона производятся на базе квантоворазмерных гетероструктур. Здесь применяется лазер FP-типа. В результате чего мощность светодиодов стартует с отметки 10мВ, а ограничивающим порогом служит 1000мВ. Корпуса для данного рода изделий подходят как 3-pin-типа, так и HHL. Излучение в результате этого оказывается в спектре от 1300 до 1550нм.

В результате такой структуры лазерный мощный диод служит отличным источником излучения, благодаря чему его часто используют в волоконно-оптической системе передачи информации, а также во многих других сферах, о которых речь пойдет немного ниже.
Лазерный инфракрасный тип диода является источником мощного и концентрированного лазерного излучения. В его работе применяется, соответственно, лазерный принцип работы.
Мощные диоды (лазерный тип) имеют следующие технические характеристики:

Обратите внимание! Из-за того, что изделие излучает свет в инфракрасном диапазоне, то такие привычные характеристики, как освещенность, мощность испускаемого светового потока и т.п. здесь не подходят.

  • такие светодиоды способны генерировать волны, находящиеся в диапазоне 0,74- 2000 мкм. Этот диапазон служит той гранью, когда излучение и свет имеют условное деление;
  • мощности генерируемого излучения. Этот параметр отражает количество энергии в единицу времени. Такая мощность дополнительно привязывается к габаритам излучателя. Данный параметр измеряется в Вт с единицы имеющейся площади;
  • интенсивность излучаемого потока в рамке сегмента объемного угла. Это достаточно условная характеристика. Она связана с тем, что с помощью оптических систем испускаемое диодом излучение собирается и потом направляется в требуемую сторону. Данный параметр измеряется в ВТ на стерадианы (Вт/ср).

В некоторых ситуациях, когда нет необходимости в наличии постоянного потока энергии, а достаточны импульсные сигналы, вышеописанное строение и характеристики позволяют увеличить мощность энергии, излучаемой элементом радиосхемы, в несколько раз.

Обратите внимание! Иногда в характеристиках инфракрасных диодов выделяют показатели для непрерывного и импульсного режима работы.

Как проверить работоспособность

Проверка ИК диода

При работе с данным элементом электросхемы нужно знать, как проверить его работу. Так, как уже говорилось, визуально проверить наличие этого излучения можно с помощью видеокамер. Здесь можно оценивать работоспособность при помощи обычных видеокамер мобильных телефонов.
Обратите внимание! Использование видеокамер является самым простым способом проверки.

Такой ИК-элемент в дистанционном пульте проверяется легко, его просто следует направить на телевизор и нажать на кнопку. При исправности системы, диод вспыхнет и телевизор включится.
А вот эмпирически проверить работоспособность подобного светодиода можно с помощью специального оборудования. Для этих целей подойдет тестер. Чтобы проверить светодиод, тестер следует подключить к его выводам и установить на пределе измерения mOm. После этого смотрим на него через камеру, к примеру через мобильный телефон. Если на экране виден луч света, значит все в порядке. Вот и вся проверка.

Область применения ИК диодов

На данный момент времени светодиоды инфракрасного спектра применяются в следующих областях:

  • в медицине. Такие элементы радиосхем служат качественным и эффективным источником для создания направленной подсветки разнообразного медицинского оборудования;
  • в охранных системах;
  • в системе передачи информации с помощью оптоволоконных кабелей. Благодаря своему особому строению данные изделия способны работать с многомодовым и одномодовым оптоволокном;
  • исследовательская и научная сферы. Подобная продукция востребована с процессах накачивания твердотельных лазеров в ходе научных исследованиях, а также подсветки;
  • военная промышленность. Здесь они имеют такое же широкое применение в качестве подсветки, как и в медицинской сфере.

Помимо этого, такие диоды встречаются в различном оборудовании:

  • устройства для дистанционного управления техникой;

ИК диод в пульте дистанционного управления

  • разнообразные контрольно-измерительные оптические приборы;
  • беспроводные линии связи;
  • коммутационные оптронные устройства.

Как видим, сфера применения данной продукции впечатляющая. Поэтому приобрести такие диодные комплектующие для своей домашней лаборатории можно без особых проблем, они в избытке продаются на рынке и в специализированных магазинах.

Заключение

Сегодня в эффективности инфракрасных мощных светодиодов не приходиться сомневаться. Это подтверждается тем фактом, что такие элементы электрических систем имеют обширный диапазон применения. Благодаря своему строению ИК светодиоды отличаются безупречными эксплуатационными характеристиками и качественной работой.

Инфракрасный светодиод

Инфракрасный светодиод (ИК-светодиод) представляет собой специальный светодиод, излучающий инфракрасные лучи длиной от 700 до 1 мм. Различные ИК-светодиоды могут создавать инфракрасный свет с разными длинами волн, так же как разные светодиоды производят свет разных цветов. ИК-светодиоды обычно изготавливают из арсенида галлия или арсенида галлия алюминия. В дополнение к ИК-приемникам они обычно используются в качестве датчиков.

p, blockquote 1,0,0,0,0 –>

Внешний вид ИК-светодиода аналогичен общему светодиоду. Поскольку человеческий глаз не может видеть инфракрасное излучение, человеку невозможно определить, работает ли ИК-светодиод. Эта проблема устранена камерой на сотовой телефоне. ИК-лучи от ИК-светодиода в цепи показаны в камере.

p, blockquote 2,0,0,0,0 –>

Пин-схема инфракрасный светодиод

p, blockquote 3,0,0,0,0 –>

Инфракрасный светодиод представляет собой диод или простой полупроводник. Электрический ток пропускается только в одном направлении в диодах. По мере протекания тока электроны падают с одной части диода в отверстия на другой части. Чтобы попасть в эти дыры, электроны должны пролить энергию в виде фотонов, которые производят свет.

p, blockquote 4,0,0,0,0 –>

Необходимо модулировать излучение от Инфракрасного светодиода, чтобы использовать его в электронном приложении для предотвращения ложного срабатывания. Модуляция делает сигнал от Инфракрасного светодиода выше шума. Инфракрасные диоды имеют рассеиватель, который непрозрачен для видимого света, но прозрачен для инфракрасного излучения. Массовое использование Инфракрасных светодиодов в пульте дистанционного управления и системах охранной сигнализации резко сократило цены на Инфракрасные светодиоды на рынке.

p, blockquote 5,0,1,0,0 –>

ИК-датчик инфракрасный светодиод

ИК-датчик — это устройство, которое обнаруживает, что на него падает ИК-излучение. Датчики приближения (используются в телефонах с сенсорным экраном и исключая роботы), контрастные датчики (используемые в линейных следящих роботах) и счетчики / датчики препятствий (используемые для подсчета товаров и в охранной сигнализации) — это некоторые приложения, в которых используются ИК-датчики.

p, blockquote 6,0,0,0,0 –>

Принцип работы

ИК-датчик состоит из двух частей: схемы эмиттера и схемы приемника. Это коллективно известно как фотосоединитель или оптрон.

p, blockquote 7,0,0,0,0 –>

Эмиттер — это инфракрасный светодиод, а детектор — ИК-фотодиод. ИК-фотодиод чувствителен к ИК-лучу, излучаемому ИК-светодиодом. Сопротивление фотодиода и выходное напряжение изменяются пропорционально полученному ИК-лучу. Это основной принцип работы ИК-датчика.

p, blockquote 8,0,0,0,0 –>

Тип заболеваемости может быть прямой или косвенной. При прямом падении инфракрасный светодиод помещается перед фотодиодом без препятствия между ними. При косвенном падении оба диода располагаются рядом с непрозрачным предметом перед датчиком. Свет от ИК-светодиода попадает на непрозрачную поверхность и возвращается обратно к фотодиоду.

p, blockquote 9,0,0,0,0 –>

p, blockquote 10,1,0,0,0 –>

ИК-датчики находят широкое применение в различных областях. Давайте посмотрим на некоторые из них.

p, blockquote 11,0,0,0,0 –>

Датчики приближения

Датчики приближения используют рефлексивный принцип косвенного падения. Фотодиод получает излучение, излучаемое ИК-светодиодом, когда оно отражено обратно объектом. Чем ближе объект, тем выше будет интенсивность падающего излучения на фотодиоде. Эта интенсивность преобразуется в напряжение для определения расстояния. Датчики приближения находят применение в телефонах с сенсорным экраном, среди других устройств. Дисплей отключен во время вызовов, так что, даже если щека контактирует с сенсорным экраном, эффекта нет.

p, blockquote 12,0,0,0,0 –>

Роботы-последователи

В линейке следующих роботов ИК-датчики определяют цвет поверхности под ним и посылают сигнал микроконтроллеру или основной цепи, который затем принимает решения в соответствии с алгоритмом, установленным создателем бота. Линейные последователи используют рефлексивные или не отражающие косвенные случаи. ИК отражается обратно к модулю с белой поверхности вокруг черной линии. Но ИК-излучение полностью поглощается черным цветом. Нет никакого отражения инфракрасного излучения, возвращающегося к сенсорному модулю черного цвета.

p, blockquote 13,0,0,0,0 –>

Счетчик предметов

Счетчик элементов реализован на основе прямого падения излучения на фотодиод. Всякий раз, когда предмет препятствует невидимой линии ИК-излучения, значение хранимой переменной в компьютере / микроконтроллере увеличивается. Это показывают светодиоды, семисегментные дисплеи и ЖК-дисплеи. Системы мониторинга крупных заводов используют эти счетчики для подсчета продукции на конвейерных лентах.

p, blockquote 14,0,0,0,0 –>

Охранная сигнализация

Прямая частота излучения на фотодиоде применима в схеме охранной сигнализации. ИК-светодиод установлен на одной стороне дверной коробки, а фотодиод — на другой. ИК-излучение, излучаемое инфракрасным светодиодом, попадает на фотодиод непосредственно в обычных условиях. Как только человек препятствует ИК-тракту, будильник гаснет. Этот механизм широко используется в системах безопасности и реплицируется в меньших масштабах для небольших объектов, таких как экспонаты на выставке.

Коротко — об ИК-светодиодах

Светодиодные элементы, как любой продукт современного высокотехнологичного производства, отличаются разнообразием. Они способны генерировать весь видимый спектр излучений. Инфракрасные светодиоды работают на нижней границе восприятия человеческого глаза. Эта спецификация влияет на их использование в хозяйственной деятельности.

Потребителю важно знать их основные характеристики, технические и технологические особенности изготовления и применения, тонкости практической работы и перспективы развития направления в ближайшее время.

Значимые технические характеристики

Инфракрасные светодиоды генерируют волны в диапазоне λ = 0,74- 2000 мкм. Это та грань, где деление на свет и излучение довольно условное, ведь эта часть спектра доступна не всем людям.

Поэтому классические характеристики таких устройств, например, мощность светового потока, освещенность, применять для их оценки не совсем удобно. Параметры инфракрасных светодиодов чаще измеряют в мощности генерируемого излучения, то есть в количестве энергии в единицу времени(Ватт) или дополнительно привязывают к размеру излучателя:- Вт с единицы площади.

Вторая характеристика больше условная, ведь при помощи оптических систем излучение собирается и направляется в нужную сторону. Поэтому еще один важный показатель особенностей работы инфракрасных излучателей — это интенсивность излучаемого потока а рамках сегмента объемного угла .Меряется в ваттах и стерадиа́нах , сокращенно Вт/ср.

Графическое изображение телесного угла в 1 ср

Для некоторых видов деятельности не нужен постоянный поток энергии, поэтому возможны импульсные сигналы. Такая схема позволяет повысить выходную мощность излучаемой энергии в разы. Часто в характеристиках ИК-диода выделяют отдельные показатели для импульсного и непрерывного режимов.

Перспективные направления усовершенствования инфракрасных светодиодов

Производители регулярно сталкиваются со следующей проблемой: для создания мощного излучения требуется большой кристалл, но и цена такого кристалла увеличивается. Соединение вместе нескольких маленьких элементов увеличивает нерабочую площадь кристалла, ведь боковое излучение уходит в сторону. Большая мощность излучения требует много энергии, которая, в свою очередь, превращается в тепло. Итогом является повышение температуры и возникает опасность разрушения рабочей части светодиода.

Ученые и производители предлагают следующие направления решения этих проблем:

  • достигнут психологический порог площади кристалла до 1 мм2 , что дает возможность значительного увеличения силы тока из-за уменьшения сопротивления в результате нагрева.
  • увеличение площади поверхности кристалла увеличивает соотношение излучаемой площади к непрозрачной части;
  • разрабатываются и внедряются более совершенные отражатели, имеющие более высокий КПД сбора и концентрации излучение от боковых граней;
  • разрабатываются оптические системы с более высоким коэффициентом преломления, позволяющим в оптимальном режиме собирать воедино и направлять под нужным углом прямое и боковое излучения.

Сферы применения комплектующих элементов на основе инфракрасных светодиодов

Ученые и производственники не зря тратят столько сил на решение обозначенных выше проблем. Как отдельные приборы такие изделия практически не используются. Но они являются основными элементами оборудования, популярность которого растет быстрыми темпами. Именно этот рынок требует светодиоды с все более мощными выходными данными.

В первую очередь речь идет о системах, связанных с обеспечением работы визуальной техники в темное время суток. Рассмотрим ситуацию на примере приборов ночного видения. Чем мощнее сигнал, тем больше будет расстояние, с которого его отражение вернется для фиксации на приемной матрице. Но если в таких приборах еще можно использовать импульсы, то в системах инфракрасной подсветки видеокамер, где создаётся постоянный видеопоток, нужен непрерывный поток энергии.

И именно эти продукты диктуют высокий спрос на рыке, так как все больше проникают в повседневную жизнь. Для камер систем безопасности, видеорегистраторов автомобилей функция проведения съемки ночью уже не опция, а обычный рабочий режим.

Используют инфракрасные светодиоды в системах организации оптической связи, в телевизионных системах с электронно-оптическими преобразователями на основе пространственно-зарядковой связи, пультах дистанционного управления. Но эти рынки более узкие и не формируют основной спрос.

Что говорят о таких светодиодах практики?

Сервисные инженеры и ремонтники обращают внимание на прямую связь специфических характеристик этих приборов и возникающие проблемы. Большой мощный поток излучения требует много энергии и способствует повышенному выделению тепла. Любой сбой в организации охлаждения снижает эффективность работы прибора, вплоть до физического разрушения кристалла.

Для работы ИК-диодов с узконаправленным потоком излучения важно состояние оптических систем, формирующих угол направления излучения. Изменение их свойств, даже физическое загрязнение, может уменьшить потенциал прибора.

При работе с импульсными системами необходимо учитывать фактор, что мощность излучения не растет линейно и даже небольшое отклонение напряжения от заданных параметров помешает светодиоду выдать максимальный результат .И разница будет составлять не проценты, а разы. Например, для ряда этих устройств, при непрерывном режиме декларируется 4 Вт/ср , а при импульсивном обозначается до 100 Вт/ср. Поэтому практики советуют уделять пристальное внимание профилактике и минимальному сервисному обслуживанию при эксплуатации таких систем.

Использование инфракрасных светодиодов будет расти постоянно, так как оборудование, работающее на их основе, все больше проникает в повседневную жизнь человека. Конкуренция заставит производителей делать эти устройства надежнее, мощнее и дешевле.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector