大纲
简介
红外技术解决了各种各样的无线应用。主要领域是传感和远程控制。在电磁波谱中，红外部分分为三个区域:近红外区、中红外区和远红外区。
这些区域的波长及其应用如下所示。
- 近红外区域- 700nm至1400nm -红外传感器，光纤
- 中红外区域- 1400nm至3000nm -热感测
- 远红外区域- 3000nm至1mm -热成像
红外线的频率范围比微波高，比可见光小。
对于光学传感和光通信，近红外区域使用光光学技术，因为光作为信号源时比RF更简单。光学无线通信用于近程应用的红外数据传输。
红外传感器发射和/或检测红外辐射来感知其周围环境。
任何红外传感器的工作都受三个定律的支配:普朗克辐射定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律和维恩位移定律。
普朗克定律指出，“每一个物体发出的辐射温度不等于00K”。斯蒂芬-玻尔兹曼定律指出，“在所有波长，黑体发射的总能量与绝对温度的四次方成正比”。根据维恩位移定律，“黑体在不同温度下的辐射曲线在与温度成反比的波长处达到峰值”。
用于障碍物检测器的红外传感器的基本概念是发射一个红外信号，这个红外信号从物体表面反弹，信号被红外接收器接收。
在典型的红外探测系统中有五个基本元素:红外源、传输介质、光学元件、红外探测器或接收机以及信号处理。红外激光器和特定波长的红外LED可以作为红外光源。用于红外传输的三种主要介质类型是真空、大气和光纤。光学元件用于聚焦红外辐射或限制光谱响应。
由石英、锗和硅制成的光学透镜用于聚焦红外辐射。红外接收机可以是光电二极管、光电晶体管等。红外接收机的重要指标是光敏性、探测性和噪声等效功率。由于红外探测器的输出量很小，信号处理由放大器完成。
红外传感器可以是被动的或主动的。被动红外传感器基本上是红外探测器。被动红外传感器不使用任何红外源，探测视野中障碍物发出的能量。它们有两种类型:量子和热。热红外传感器利用红外能量作为热源，与波长无关。热电偶、热释电探测器和辐射热计是常见的热红外探测器类型。
量子型红外探测器具有比热型红外探测器更高的探测性能和更快的速度。量子型探测器的光敏性与波长有关。量子型探测器进一步分为两种类型:内在型和外在型。内禀型量子探测器有光导电池和光伏电池。
主动红外传感器由两部分组成:红外源和红外探测器。红外光源包括LED或红外激光二极管。红外探测器包括光电二极管或光电晶体管。红外源发射的能量被物体反射后落在红外探测器上。
红外发射机
红外发射器是一种发光二极管(LED)，它发射红外辐射。因此，它们被称为红外LED。尽管红外LED看起来像普通LED，但它发出的辐射是人眼看不见的。
典型红外LED的图片如下所示。
有不同类型的红外发射器取决于他们的波长，输出功率和响应时间。
一个简单的红外发射器可以使用一个红外LED，一个限流电阻和一个电源来构建。一个典型的红外发射器的原理图如下所示。
当在5V电源下工作时，红外发射机消耗约3至5 mA的电流。红外发射器可以被调制以产生特定频率的红外光。最常用的调制是OOK (ON - OFF - KEYING)调制。
红外变送器可以在几种应用中找到。有些应用需要红外热，最好的红外源是红外发射机。当红外发射器与石英一起使用时，可以制造太阳能电池。
红外接收器
红外接收器也被称为红外传感器，因为他们检测来自红外发射器的辐射。红外接收器以光电二极管和光晶体管的形式出现。红外光电二极管不同于普通的光电二极管，因为它们只检测红外辐射。一个典型的红外接收器或光电二极管的图片如下所示。
根据波长、电压、封装等不同，存在不同类型的红外接收机。当用于红外收发组合时，接收机的波长应与发射机的波长相匹配。
一个典型的红外接收电路使用光电晶体管如下所示。
它由一个红外光电晶体管、一个二极管、一个MOSFET、一个电位器和一个LED组成。当光电晶体管接收到任何红外辐射时，电流流过它，MOSFET打开。这反过来点亮LED，起到负载的作用。电位器用来控制光电晶体管的灵敏度。
工作原理
红外传感器作为目标检测传感器的工作原理可以用下图来解释。一种红外传感器，包括红外LED和红外光电二极管;它们合起来称为Photo -耦合器或Opto -耦合器。
当红外发射器发射辐射时，它到达物体，部分辐射反射回红外接收器。根据红外接收机的接收强度，定义了传感器的输出。
障碍物感应电路或红外感应电路
一个典型的红外传感电路如下所示。
它由一个红外LED、一个光电二极管、一个电位器、一个IC运算放大器和一个LED组成。
IR LED发射红外光。光电二极管检测红外光。IC运算放大器用作电压比较器。电位器用于根据要求校准传感器的输出。
当红外LED发射的光撞击物体后入射到光电二极管上时，光电二极管的电阻从一个很大的值下降。运放的一个输入是由电位器设定的阈值。运算放大器的另一个输入来自光电二极管的串联电阻。当入射辐射在光电二极管上较多时，串联电阻上的压降将较大。在集成电路中，阈值电压和串联电阻上的电压都是比较的。如果通过电阻串到光电二极管的电压大于阈值电压，IC运算放大器的输出是高的。当IC的输出连接到LED时，它就亮了。阈值电压可以根据环境条件通过调整电位器来调节。
红外LED和红外接收机的定位是一个重要的因素。当红外LED直接保持在红外接收机的前面时，这种设置被称为直接入射。在这种情况下，几乎所有来自红外LED的辐射都会落在红外接收器上。因此，在红外发射机和接收机之间存在一条视线通信。如果一个物体落在这条线上，它就会通过反射或吸收辐射来阻止辐射到达接收器。
区分黑色和白色
黑色吸收入射到其上的全部辐射，白色反射入射到其上的全部辐射，这是普遍的。根据这一原理，可以对传感器偶进行二次定位。红外LED和光电二极管并排放置。当红外发射机发射红外辐射时，由于发射机和接收机之间没有直接的接触线，发射的辐射在击中任何物体后必须反射回光电二极管。物体表面可分为反射面和非反射面两种。如果物体表面在本质上是反射的，即它是白色或其他浅色，大部分辐射入射到它将被反射回来并到达光电二极管。根据反射回来的辐射强度，电流在光电二极管中流动。
如果物体的表面本质上是不反射的，即它是黑色或其他深色的，它几乎吸收了所有入射到它上面的辐射。由于没有反射辐射，因此没有辐射入射到光电二极管上，并且光电二极管的电阻保持较高，不允许电流流动。这种情况类似于根本就没有对象。
以上场景的图示如下所示。
红外发射机和接收机的定位和包围是非常重要的。发射器和接收器都必须以一定的角度放置，这样才能正确地探测到物体。这个角度是传感器的方向性，为+/- 45度。
指向性如下所示。
为了避免来自物体以外的周围物体的反射，红外发射器和红外接收器都必须适当地封闭起来。通常外壳由塑料制成，并涂上黑色。
29日回复
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我如何使用这个ckt来计算一个对象的距离......
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