ما هو مستشعر الأشعة تحت الحمراء: الدائرة وعملها

تستخدم تقنية الأشعة تحت الحمراء في مجموعة واسعة من التطبيقات اللاسلكية التي تشمل أجهزة التحكم عن بعد والاستشعار. يمكن فصل جزء الأشعة تحت الحمراء في الطيف الكهرومغناطيسي إلى ثلاث مناطق رئيسية: بالقرب من الأشعة تحت الحمراء والمتوسطة والأشعة تحت الحمراء البعيدة. تختلف الأطوال الموجية لهذه المناطق الثلاث بناءً على التطبيق. بالنسبة لمنطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة ، يتراوح الطول الموجي من 700 نانومتر إلى 1400 نانومتر ، ويتراوح الطول الموجي لمنطقة منتصف الأشعة تحت الحمراء من 1400 نانومتر إلى 3000 نانومتر وأخيراً بالنسبة لمنطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة ، يتراوح الطول الموجي من 3000 نانومتر إلى 1 مم. بالقرب من منطقة الأشعة تحت الحمراء المستخدمة في مستشعرات الألياف البصرية والأشعة تحت الحمراء ، وتستخدم منطقة منتصف الأشعة تحت الحمراء لاستشعار الحرارة وتستخدم منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة في التصوير الحراري. نطاق التردد للأشعة تحت الحمراء هو الحد الأقصى مقارنة بالميكروويف وأقل من الضوء المرئي. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على مستشعر الأشعة تحت الحمراء وعمله. ما هو مستشعر الأشعة تحت الحمراء؟ إن مستشعر الأشعة تحت الحمراء أو مستشعر الأشعة تحت الحمراء هو نوع واحد من المكونات الإلكترونية ، يستخدم للكشف عن خصائص معينة في محيطه من خلال انبعاث أو اكتشاف الأشعة تحت الحمراء. يمكن أيضًا استخدام هذه المستشعرات لاكتشاف أو قياس حرارة الهدف وحركته. في العديد من الأجهزة الإلكترونية ، تعد دائرة مستشعر الأشعة تحت الحمراء وحدة أساسية للغاية. يشبه هذا النوع من أجهزة الاستشعار حواس الرؤية البشرية لاكتشاف العوائق.جهاز الاستشعار الذي يقيس ببساطة الأشعة تحت الحمراء بدلاً من الانبعاث يسمى PIR أو الأشعة تحت الحمراء السلبية. بشكل عام في طيف الأشعة تحت الحمراء ، فإن إشعاع جميع الإشعاع المستهدف ونوع من الإشعاع الحراري غير مرئي للعين ولكن يمكن استشعاره من خلال مستشعرات الأشعة تحت الحمراء. في هذا المستشعر ، يتم استخدام IR LED كباعث بينما يتم استخدام الثنائي الضوئي ككاشف. بمجرد أن يسقط ضوء الأشعة تحت الحمراء على الثنائي الضوئي ، سيتم تغيير جهد الخرج والمقاومة بما يتناسب مع حجم ضوء الأشعة تحت الحمراء المستلم. يسمى بالاشتراك optocoupler أو الصورة المقرنة. هنا ، يتم استخدام IR LED كباعث بينما يتم استخدام الثنائي الضوئي IR كجهاز استقبال. الثنائي الضوئي المستخدم في هذا حساس للغاية لضوء الأشعة تحت الحمراء المتولد من خلال LED الأشعة تحت الحمراء. يمكن تغيير مقاومة الثنائي الضوئي والجهد الناتج بما يتناسب مع ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي تم الحصول عليه. هذا هو مبدأ عمل مستشعر الأشعة تحت الحمراء الأساسي. نوع الحادث الذي وقع هو النوع المباشر وغير المباشر حيث النوع غير المباشر ، يمكن ترتيب LED بالأشعة تحت الحمراء قبل الصمام الثنائي الضوئي بدون عوائق. في النوع غير المباشر ، يتم ترتيب كل من الثنائيات جنبًا إلى جنب من خلال جسم صلب أمام المستشعر. يضرب الضوء المتولد من مصباح LED بالأشعة تحت الحمراء السطح الصلب ويعود مرة أخرى نحو الثنائي الضوئي. تستخدم مستشعرات الأشعة تحت الحمراء ثلاثة قوانين فيزيائية أساسية مثل إشعاع بلانك ، وإزاحة ستيفان بولتزمان ووين ، ويحدد قانون إشعاع بلانك أن درجة حرارة أي جسم لا تعادل صفر ستيفان بولتزمان. المرتبطة بدرجة الحرارة الإجمالية. يحدد قانون إزاحة وين أن درجة حرارة الأجسام المختلفة تنبعث منها أطيافًا تكون قصوى بأطوال موجية مختلفة وتتناسب عكسياً مع درجة الحرارة. وعاء (مقاوم متغير) وإخراج LED. تتم مناقشة تكوين الدبوس لوحدة مستشعر الأشعة تحت الحمراء أدناه.وحدة مستشعر الأشعة تحت الحمراء VCC Pin عبارة عن مدخلات إمداد الطاقة GND Pin عبارة عن مصدر طاقة أرضي ، وغير نشط - عالٍ - تشمل المواصفات والميزات الرئيسية لوحدة مستشعر الأشعة تحت الحمراء ما يلي: جهد التشغيل هو 5VDCI / O دبابيس - 3.3V و 5 V فتحة التركيب النطاق هو يصل إلى 20 سم تيار العرض 20m نطاق الاستشعار قابل للتعديل مستشعر الضوء المحيط الثابت أنواع مستشعر الأشعة تحت الحمراء يمكن تصنيف مستشعرات الأشعة تحت الحمراء بناءً على التطبيق الذي يتضمن ما يلي. مستشعرات الأشعة تحت الحمراء النشطة ، مستشعرات الأشعة تحت الحمراء السلبية ، مستشعر الأشعة تحت الحمراء النشط ، يشمل هذا النوع من المستشعرات كلاً من المرسل والمستقبل المعروفين أيضًا باسم المرسل والمستقبل. في معظم الحالات ، يتم استخدام صمام ثنائي ليزر أو LED كمصدر. بالنسبة لأجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء غير التصويرية ، يتم استخدام LED بينما يستخدم الصمام الثنائي الليزر لتصوير مستشعرات الأشعة تحت الحمراء ، ويمكن عمل مستشعر الأشعة تحت الحمراء من خلال الطاقة المشعة ، ويتم اكتشافها واستقبالها من خلال الكاشف. علاوة على ذلك ، تتم معالجتها من خلال معالج إشارة لجلب البيانات المطلوبة. أفضل الأمثلة على مستشعرات الأشعة تحت الحمراء النشطة هي مستشعرات شعاع الانعكاس والكسر. يشتمل مستشعر الأشعة تحت الحمراء السلبية (PIR) على أجهزة الكشف فقط ويستخدم هذا النوع من أجهزة الاستشعار أهدافًا مثل أجهزة إرسال الأشعة تحت الحمراء أو مصادرها. هنا ، سيشع الكائن الطاقة ويكتشفها من خلال مستقبلات الأشعة تحت الحمراء. بعد ذلك ، يتم استخدام معالج إشارة لفهم الإشارة للحصول على البيانات المطلوبة ، وأفضل الأمثلة على مستشعرات PIR هي مقياس الضغط ، والكاشف الحراري الكهربائي ، والمزدوج الحراري الحراري ، وما إلى ذلك ، تتوفر مستشعرات PIR في نوعين مثل مستشعر الأشعة تحت الحمراء الحرارية و مستشعر الأشعة تحت الحمراء الكمومي. مستشعر الأشعة تحت الحمراء الحرارية هذه الأنواع من المستشعرات مستقلة عن الطول الموجي وتستخدم مصادر طاقة شبيهة بالحرارة. هذه هي بطيئة مع وقت الاستجابة وكذلك وقت الكشف. مستشعر الأشعة تحت الحمراء الكمية تعتمد هذه الأنواع من المستشعرات على الأطوال الموجية ووقت الاستجابة ووقت الكشف لديها مرتفعًا. تحتاج هذه الأنواع من مستشعرات الأشعة تحت الحمراء إلى تبريد متكرر للقياس الدقيق. يمكن بناء هذه الدائرة باستخدام الصمام الثنائي الضوئي و IR LED و Op-Amp و LED ومقياس الجهد ، وتتمثل الوظيفة الرئيسية لمصباح LED بالأشعة تحت الحمراء في إصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء ويستخدم الثنائي الضوئي لاستشعار ضوء الأشعة تحت الحمراء. في هذه الدائرة ، يتم استخدام مضخم تشغيلي كمقارن للجهد ويمكن تعديل ناتج المستشعر بواسطة مقياس الجهد بناءً على المتطلبات ، وبمجرد أن يتم إسقاط الضوء المتولد من مؤشر LED بالأشعة تحت الحمراء على الثنائي الضوئي بمجرد اصطدامه بجسم ما ، ثم سيتم إسقاط مقاومة الثنائي الضوئي.مخطط دائرة مستشعر الأشعة تحت الحمراء هنا ، يمكن تعيين أحد المدخلات op-amp عند قيمة العتبة من خلال مقياس الجهد بينما يمكن ضبط المدخلات الأخرى باستخدام المقاوم المتسلسل للديود الضوئي. بمجرد زيادة الإشعاع على الثنائي الضوئي ، سيكون انخفاض الجهد أكثر عبر المقاوم المتسلسل. في مكبر التشغيل ، يتم تقييم كل من الفولتية ، إذا كان جهد المقاوم التسلسلي أعلى من جهد العتبة ، فإن خرج IC يكون مرتفعًا. عندما يتم إعطاء خرج IC إلى LED ، فسوف يومض. لذلك باستخدام مقياس الجهد ، يمكن ضبط جهد العتبة بناءً على ظروف البيئة المحيطة. في هذه الدائرة ، يعد ترتيب مستقبل الأشعة تحت الحمراء ومصباح الأشعة تحت الحمراء عاملًا أساسيًا للغاية. بمجرد وضع مؤشر LED للأشعة تحت الحمراء مباشرة أمام مستقبل الأشعة تحت الحمراء ، يمكن أن يُعرف هذا الترتيب باسم الوقوع المباشر ، لذلك في هذه الحالة ، سينخفض ​​كل الإشعاع تقريبًا من مؤشر LED للأشعة تحت الحمراء على مستقبل الأشعة تحت الحمراء. لذلك يوجد صف اتصال بين IR Tx & Rx. إذا سقط الهدف في هذا الصف ، فإنه يمنع الانبعاث أثناء الاقتراب من جهاز الاستقبال عن طريق إعادة إنتاج أو امتصاص الإشعاع.المزايا تشمل مزايا مستشعر الأشعة تحت الحمراء ما يلي: انخفاض استهلاك الطاقة ، مقاومة الضوضاء قوية ، تكتشف الحركة عند وجود الضوء أو غيابه ، هذه المستشعرات غير موجودة تتأثر بالصدأ لا تحتاج إلى الاتصال بالأشياء للكشف عنها ، لا يوجد تسرب للبيانات بسبب اتجاه الأشعة تحت الحمراء للأشعة ، فهي أكثر تواضعا في الحجم وأكثر اعتدالا ، وتستجيب بسرعة كبيرة مقارنة بالمزدوجات الحرارية ، وتوفر موثوقية عالية. يشمل مستشعر الأشعة تحت الحمراء ما يلي: خط الرؤية ضروري ويمكن أن يتأثر بناءً على ظروف البيئة مثل الضباب والمطر والتلوث والغبار وما إلى ذلك ، يمكن حظر هذه المستشعرات بأشياء مشتركة نقل معدل البيانات ليس سريع النطاق محدود مرتفع قوة إشارات الأشعة تحت الحمراء يمكن أن تضر العين البشرية يتابع أجهزة التصوير بالأشعة تحت الحمراء علم الفلك بالأشعة تحت الحمراء عدادات الطاقة الضوئيةأجهزة الرؤية الليليةأجهزة الفرزأجهزة تحليل الرطوبةإرشادات الصواريخأجهزة مراقبة اللهبأجهزة الاستشعار عن بعد يتم استخدام هذا النوع من أجهزة الاستشعار بشكل متكرر في التكنولوجيا اللاسلكية في أي مكان يتم فيه اكتشاف الكائنات المحيطة ووظائف التحكم عن بعد وما إلى ذلك. السمات الرئيسية لهذا المستشعر هي استشعار الحركة والحرارة. منطقة الأشعة تحت الحمراء غير ملحوظة للعين البشرية. إليك سؤال لك ، ما هي أنواع أجهزة الاستشعار المختلفة المتوفرة في السوق؟