O que é um Sensor IR:Diagrama de Circuito e seu Funcionamento

A tecnologia IR é usada na vida diária e também em indústrias para diversos fins. Por exemplo, as TVs usam um sensor de infravermelho para entender os sinais que são transmitidos de um controle remoto. Os principais benefícios dos sensores infravermelhos são o baixo consumo de energia, seu design simples e seus recursos convenientes. Os sinais de IV não são perceptíveis ao olho humano. A radiação IR no espectro eletromagnético pode ser encontrada nas regiões do visível e do microondas. Normalmente, os comprimentos de onda dessas ondas variam de 0,7 µm 5 a 1000 µm. O espectro de IV pode ser dividido em três regiões, como infravermelho próximo, infravermelho médio e infravermelho distante. O comprimento de onda da região do IR próximo varia de 0,75 - 3 µm, o comprimento de onda da região do infravermelho médio varia de 3 a 6 µm e o comprimento de onda da radiação infravermelha da região do IR distante é superior a 6 µm.

O que é um Sensor IR / Sensor infravermelho?

Um sensor infravermelho é um dispositivo eletrônico que emite para sentir alguns aspectos do ambiente. Um sensor IR pode medir o calor de um objeto e também detectar o movimento. Esses tipos de sensores medem apenas a radiação infravermelha, em vez de emiti-la, o que é chamado de sensor infravermelho passivo. Normalmente, no espectro infravermelho, todos os objetos irradiam alguma forma de radiação térmica.

Esses tipos de radiação são invisíveis aos nossos olhos, que podem ser detectados por um sensor infravermelho. O emissor é simplesmente um LED IR (Light Emitting Diode) e o detector é simplesmente um fotodiodo IR que é sensível à luz IR do mesmo comprimento de onda que a emitida pelo LED IR. Quando a luz IV incide sobre o fotodiodo, as resistências e as tensões de saída mudam em proporção à magnitude da luz IV recebida.

Princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento de um sensor infravermelho é semelhante ao sensor de detecção de objeto. Este sensor inclui um LED infravermelho e um fotodiodo infravermelho, portanto, combinando os dois, pode-se formar um fotoacoplador ou optoacoplador. As leis da física usadas neste sensor são a radiação de pranchas, deslocamento de Stephan Boltzmann e Weins.

IR LED é um tipo de transmissor que emite radiações IR. Este LED é semelhante a um LED padrão e a radiação gerada por ele não é visível ao olho humano. Os receptores infravermelhos detectam principalmente a radiação usando um transmissor infravermelho. Esses receptores infravermelhos estão disponíveis na forma de fotodiodos. Os fotodiodos IV são diferentes em comparação com os fotodiodos usuais porque detectam simplesmente a radiação IV. Existem diferentes tipos de receptores infravermelhos, dependendo da voltagem, comprimento de onda, pacote, etc.

Uma vez que é usado como a combinação de um transmissor e receptor IR, o comprimento de onda do receptor deve ser igual ao do transmissor. Aqui, o transmissor é LED IR enquanto o receptor é fotodiodo IR. O fotodiodo infravermelho responde à luz infravermelha gerada por meio de um LED infravermelho. A resistência do fotodíodo e a mudança na tensão de saída são proporcionais à luz infravermelha obtida. Este é o princípio de funcionamento fundamental do sensor IR.

Uma vez que o transmissor infravermelho gera emissão, ele chega ao objeto e parte da emissão será refletida de volta para o receptor infravermelho. A saída do sensor pode ser decidida pelo receptor IR dependendo da intensidade da resposta.

Tipos de sensor infravermelho

Os sensores infravermelhos são classificados em dois tipos, como sensor IR ativo e sensor IR passivo.

Sensor infravermelho ativo

Este sensor infravermelho ativo inclui tanto o transmissor quanto o receptor. Na maioria das aplicações, o diodo emissor de luz é usado como fonte. O LED é usado como um sensor infravermelho sem imagem, enquanto o diodo laser é usado como um sensor infravermelho de imagem.

Esses sensores funcionam por meio de radiação de energia, recebida e detectada por meio de radiação. Além disso, pode ser processado usando o processador de sinal para buscar as informações necessárias. Os melhores exemplos deste sensor infravermelho ativo são a refletância e o sensor de quebra de feixe.

Sensor IR Passivo

O sensor infravermelho passivo inclui apenas detectores, mas eles não incluem um transmissor. Esses sensores usam um objeto como um transmissor ou fonte de infravermelho. Este objeto emite energia e detecta por meio de receptores infravermelhos. Depois disso, um processador de sinal é usado para entender o sinal e obter as informações necessárias.

Os melhores exemplos desse sensor são detector piroelétrico, bolômetro, termopar-termopilha, etc. Esses sensores são classificados em dois tipos, como sensor infravermelho térmico e sensor infravermelho quântico. O sensor infravermelho térmico não depende do comprimento de onda. A fonte de energia usada por esses sensores é aquecida. Os detectores térmicos são lentos com sua resposta e tempo de detecção. O sensor infravermelho quântico depende do comprimento de onda e esses sensores incluem alta resposta e tempo de detecção. Esses sensores precisam de resfriamento regular para medições específicas.

Diagrama do circuito do sensor infravermelho

Um circuito sensor infravermelho é um dos módulos sensores básicos e populares em um dispositivo eletrônico. Este sensor é análogo aos sentidos visionários humanos, que podem ser usados ​​para detectar obstáculos e é uma das aplicações comuns em tempo real. Este circuito compreende os seguintes componentes

• Par de transmissor e receptor LM358 IC 2 IR
• Resistores da faixa de quilo-ohms.
• Resistores variáveis.
• LED (Light Emitting Diode).

Neste projeto, a seção do transmissor inclui um sensor de infravermelho, que transmite raios infravermelhos contínuos para serem recebidos por um módulo receptor de infravermelho. Um terminal de saída IR do receptor varia dependendo de como recebe os raios IR. Como essa variação não pode ser analisada como tal, essa saída pode ser fornecida a um circuito comparador. Aqui, um amplificador operacional (op-amp) de LM 339 é usado como um circuito comparador.

Quando o receptor IR não recebe um sinal, o potencial na entrada inversora é maior do que a entrada não inversora do comparador IC (LM339). Assim, a saída do comparador fica baixa, mas o LED não acende. Quando o módulo receptor IR recebe um sinal, o potencial na entrada inversora fica baixo. Assim, a saída do comparador (LM 339) aumenta e o LED começa a brilhar.

Os resistores R1 (100), R2 (10k) e R3 (330) são usados ​​para garantir que um mínimo de 10 mA de corrente passe pelos dispositivos de LED IV como fotodiodo e normal LEDs respectivamente. O resistor VR2 (predefinido =5k) é usado para ajustar os terminais de saída. O resistor VR1 (predefinido =10k) é usado para definir a sensibilidade do diagrama do circuito. Leia mais sobre sensores IR.

Circuito do sensor infravermelho usando transistor

O diagrama do circuito do sensor IR usando transistores, ou seja, detecção de obstáculos usando dois transistores, é mostrado abaixo. Este circuito é usado principalmente para detecção de obstáculos usando um LED IR. Portanto, este circuito pode ser construído com dois transistores como NPN e PNP. Para NPN, o transistor BC547 é usado, enquanto para PNP, o transistor BC557 é usado. A pinagem desses transistores é a mesma.

No circuito acima, um LED infravermelho está sempre ligado, enquanto o outro LED infravermelho é aliado ao terminal de base do transistor PNP porque este LED IR atua como o detector. Os componentes necessários para este circuito do sensor IR incluem resistores de 100 ohms e 200 ohms, transistores BC547 e BC557, LED, IR LEDs-2. O procedimento passo a passo de como fazer o circuito do sensor IR inclui as etapas a seguir.

• Conecte os componentes de acordo com o diagrama de circuito usando os componentes necessários
• Conecte um LED infravermelho ao terminal de base do transistor BC547
• Conecte um LED infravermelho ao terminal base do mesmo transistor.
• Conecte o resistor de 100Ω em direção aos pinos residuais dos LEDs infravermelhos.
• Conecte o terminal base do transistor PNP ao terminal coletor do transistor NPN.
• Conecte o LED e o resistor de 220Ω de acordo com a conexão no diagrama de circuito.
• Assim que a conexão do circuito for feita, forneça a fonte de alimentação ao circuito para teste.

Circuito funcionando

Assim que o LED infravermelho for detectado, a luz refletida da coisa ativará uma pequena corrente que será fornecida por todo o detector de LED infravermelho. Isso irá ativar o transistor NPN e o PNP; portanto, o LED se acenderá. Este circuito é aplicável para fazer diferentes projetos, como lâmpadas automáticas, para serem ativadas quando uma pessoa se aproxima da luz.

Circuito de alarme contra roubo usando sensor de infravermelho

Este circuito de alarme IR é usado em entradas, portas, etc. Este circuito emite um som de campainha para alertar a pessoa em questão sempre que alguém cruza o raio IR. Quando os raios infravermelhos não são visíveis para os humanos, este circuito funciona como um dispositivo de segurança oculto.

Os componentes necessários deste circuito incluem principalmente NE555IC, resistores R1 e R2 =10k e 560, D1 (fotodiodo IV), D2 (LED IV), capacitor C1 (100nF), S1 (botão de pressão), B1 (campainha) e DC 6v Fornecimento.
Este circuito pode ser conectado organizando o LED infravermelho, bem como os sensores infravermelhos na porta oposta um ao outro. Para que o raio infravermelho possa incidir sobre o sensor de maneira adequada. Em condições normais, o raio infravermelho cai sempre sobre o diodo infravermelho e a condição de saída no pino 3 permanecerá na condição baixa.

Este raio será interrompido assim que um objeto sólido cruzar o raio. Quando o raio IR se quebra, o circuito será ativado e a saída mudará para a condição LIGADA. A condição de saída permanece até que ele volte a sintonizar, fechando a chave, ou seja, quando a interrupção do raio é desconectada, um alarme permanece LIGADO. Para evitar que outras pessoas desativem o alarme, o circuito ou interruptor de reinicialização deve estar localizado distante ou fora da vista do sensor infravermelho. Neste circuito, uma campainha ‘B1’ é conectada para produzir som com um som embutido e este som embutido pode ser substituído por uma campainha alternativa, caso contrário, uma sirene alta com base no requisito.

Vantagens

As vantagens do sensor IR inclui o seguinte

• Ele usa menos energia
• A detecção de movimento é possível na presença ou ausência de luz aproximadamente com a mesma confiabilidade.
• Eles não precisam de contato com o objeto para detecção
• Não há vazamento de dados por causa da direção do raio
• Esses sensores não são afetados por oxidação e corrosão
• A imunidade ao ruído é muito forte

Desvantagens

As desvantagens do sensor IR inclui o seguinte

• A linha de visão é necessária
• O alcance é limitado
• Estes podem ser afetados por neblina, chuva, poeira, etc.
• Menor taxa de transmissão de dados

Aplicativos do sensor infravermelho

Os sensores IV são classificados em diferentes tipos, dependendo dos aplicativos. Algumas das aplicações típicas de diferentes tipos de sensores. O sensor de velocidade é usado para sincronizar a velocidade de vários motores. O sensor de temperatura é usado para controle de temperatura industrial. O sensor PIR é usado para um sistema de abertura automática de porta e o sensor ultrassônico é usado para medição de distância.

Os sensores IR são usados ​​em vários projetos baseados em Sensor e também em vários dispositivos eletrônicos que medem a temperatura discutida abaixo.

Termômetros de radiação

Sensores infravermelhos são usados ​​em termômetros de radiação para medir a temperatura que depende da temperatura e do material do objeto e esses termômetros têm alguns dos seguintes recursos

• Medição sem contato direto com o objeto
• Resposta mais rápida
• Medições fáceis do padrão

Monitores de chama

Esses tipos de dispositivos são usados ​​para detectar a luz emitida pelas chamas e monitorar como as chamas estão queimando. A luz emitida pelas chamas se estende dos tipos de região UV a IR. PBS, PbSe, detector de duas cores, detector piroelétrico são alguns dos detectores comumente usados ​​em monitores de chama.

Analisadores de umidade

Os analisadores de umidade usam comprimentos de onda que são absorvidos pela umidade na região de infravermelho. Os objetos são irradiados com luz tendo esses comprimentos de onda (1,1 µm, 1,4 µm, 1,9 µm e 2,7 µm) e também com comprimentos de onda de referência.

As Luzes refletidas dos objetos dependem do teor de umidade e são detectadas pelo analisador para medir a umidade (proporção da luz refletida nesses comprimentos de onda para a luz refletida no comprimento de onda de referência). Em fotodiodos GaAs PIN, detectores fotocondutores de Pbs são empregados em circuitos analisadores de umidade.

Analisadores de gás

Os sensores IR são usados ​​em analisadores de gás que usam as características de absorção de gases na região IR. Dois tipos de métodos são usados ​​para medir a densidade do gás, como dispersivo e não dispersivo.

Dispersivo: Uma luz emitida é espectroscopicamente dividida e suas características de absorção são usadas para analisar os ingredientes do gás e a quantidade da amostra.

Não dispersivo: É o método mais comumente usado e usa características de absorção sem dividir a luz emitida. Os tipos não dispersivos usam filtros passa-banda ópticos discretos, semelhantes aos óculos de sol usados ​​para proteção dos olhos para filtrar a radiação UV indesejada.

Esse tipo de configuração é comumente referido como tecnologia de infravermelho não dispersivo (NDIR). Este tipo de analisador é usado para bebidas carbonatadas, enquanto um analisador não dispersivo é usado na maioria dos instrumentos IR comerciais, para vazamentos de combustível de gás de exaustão de automóveis.

Dispositivos de imagem infravermelho

O dispositivo de imagem IV é uma das principais aplicações das ondas IV, principalmente em virtude de sua propriedade de não ser visível. É usado para termovisores, dispositivos de visão noturna, etc.

Por exemplo, Água, rochas, solo, vegetação e atmosfera e tecido humano emitem radiação infravermelha. Os detectores infravermelhos térmicos medem essas radiações na faixa de infravermelho e mapeiam as distribuições espaciais de temperatura do objeto / área em uma imagem. Imagens térmicas geralmente compostas por sensores de Sb (antimonito de índio), Gd Hg (germânio dopado com mercúrio), Hg Cd Te (mercúrio-cádmio-telureto).

Um detector eletrônico é resfriado a baixas temperaturas usando hélio líquido ou nitrogênio líquido. Em seguida, o Resfriamento dos detectores garante que a energia radiante (fótons) registrada pelos detectores venha do terreno e não da temperatura ambiente dos objetos dentro do próprio scanner e dispositivos eletrônicos de imagem infravermelha.

As principais aplicações dos sensores infravermelhos incluem principalmente o seguinte.

• Meteorologia
• Climatologia
• Foto-bio modulação
• Análise de água
• detectores de gás
• Teste de anestesiologia
• Exploração de petróleo
• Segurança de trilhos

Portanto, tudo se resume ao circuito do sensor infravermelho com funcionamento e aplicativos. Esses sensores são usados ​​em muitos projetos eletrônicos baseados em sensores. Acreditamos que você tenha entendido melhor este sensor IR e seu princípio de funcionamento. Além disso, qualquer dúvida em relação a este artigo ou projetos, por favor, dê seu feedback comentando na seção de comentários abaixo. Aqui está uma pergunta para você, o termômetro infravermelho pode operar na escuridão total?

Créditos das fotos:

• Analisador de gás por imimg
• Sensor IR por shopify