日期：2023-07-07
對(duì)于光學(xué)傳感和光通信，光電光學(xué)技術(shù)用于近紅外區(qū)域，因?yàn)楫?dāng)作為信號(hào)源實(shí)現(xiàn)時(shí)，光不像射頻那么復(fù)雜。光無線通信是通過短距離應(yīng)用的紅外數(shù)據(jù)傳輸來完成的。紅外傳感器發(fā)射和/或檢測紅外輻射以感測其周圍環(huán)境。任何紅外傳感器的工作都遵循三個(gè)定律：普朗克輻射定律、斯蒂芬-玻爾茲曼定律和維恩位移定律。普朗克定律指出“每個(gè)物體都會(huì)在不等于 0 0 K 的溫度下發(fā)射輻射”。斯蒂芬-玻爾茲曼定律指出“在所有波長下，黑體發(fā)射的總能量與絕對(duì)溫度的四次方成正比”。根據(jù)維恩位移定律，“不同溫度下黑體的輻射曲線將在與溫度成反比的波長處達(dá)到峰值”。
紅外接收頭一、紅外信號(hào)
用作障礙物探測器的紅外傳感器的基本概念是發(fā)射紅外信號(hào)，該紅外信號(hào)從物體表面反射，并由紅外接收器接收。典型的紅外探測系統(tǒng)有五個(gè)基本元件：紅外源、傳輸介質(zhì)、光學(xué)元件、紅外探測器或接收器以及信號(hào)處理。特定波長的紅外激光器和紅外LED可用作紅外源。用于紅外傳輸?shù)娜N主要介質(zhì)是真空、大氣和光纖。光學(xué)元件用于聚焦紅外輻射或限制光譜響應(yīng)。石英、鍺和硅制成的光學(xué)透鏡用于聚焦紅外輻射。紅外接收器可以是光電二極管、光電晶體管等。紅外接收器的一些重要規(guī)格是光敏度、探測度和噪聲等效功率。由于紅外探測器的輸出很小，信號(hào)處理由放大器完成。
紅外接收頭二、類型
紅外傳感器可以是無源的或有源的。被動(dòng)紅外傳感器基本上是紅外探測器。被動(dòng)紅外傳感器不使用任何紅外源，并檢測視野中障礙物發(fā)出的能量。它們有兩種類型：量子型和熱型。熱紅外傳感器使用紅外能量作為熱源，并且與波長無關(guān)。熱電偶、熱釋電探測器和輻射熱測量計(jì)是熱紅外探測器的常見類型。量子型紅外探測器比熱型紅外探測器具有更高的檢測性能并且速度更快。量子型探測器的光敏度與波長相關(guān)。量子型探測器進(jìn)一步分為兩種類型：內(nèi)在型和外在型。本征型量子探測器有光電導(dǎo)電池和光伏電池。主動(dòng)紅外傳感器由紅外源和紅外探測器兩部分組成。紅外源包括 LED 或紅外激光二極管。紅外探測器包括光電二極管或光電晶體管。紅外光源發(fā)出的能量被物體反射后落在紅外探測器上。
紅外接收頭三、發(fā)射器
紅外發(fā)射器是發(fā)射紅外輻射的發(fā)光二極管(LED)。因此，它們被稱為 IR LED。盡管紅外 LED 看起來像普通 LED，但它發(fā)出的輻射是人眼看不見的。典型紅外 LED 的圖片如下所示。根據(jù)波長、輸出功率和響應(yīng)時(shí)間的不同，紅外發(fā)射器有不同類型。使用紅外LED、限流電阻和電源可以構(gòu)造一個(gè)簡單的紅外發(fā)射器。典型紅外發(fā)射器的原理圖如下所示。當(dāng)工作電壓為 5V 時(shí)，紅外發(fā)射器消耗約 3 至 5 mA 的電流。紅外發(fā)射器可以被調(diào)制以產(chǎn)生特定頻率的紅外光。最常用的調(diào)制是 OOK(ON – OFF – KEYING)調(diào)制。紅外發(fā)射器可用于多種應(yīng)用。有些應(yīng)用需要紅外熱，最好的紅外源是紅外發(fā)射器。當(dāng)紅外線發(fā)射器與石英一起使用時(shí)，可以制造太陽能電池。
紅外接收頭四、接收器
紅外接收器也稱為紅外傳感器，因?yàn)樗鼈儥z測來自紅外發(fā)射器的輻射。紅外接收器采用光電二極管和光電晶體管的形式。紅外光電二極管與普通光電二極管不同，因?yàn)樗鼈儍H檢測紅外輻射。典型的紅外接收器或光電二極管的圖片如下所示。根據(jù)波長、電壓、封裝等不同，存在不同類型的紅外接收器。當(dāng)用于紅外發(fā)射器-接收器組合時(shí)，接收器的波長應(yīng)與發(fā)射器的波長匹配。使用光電晶體管的典型紅外接收器電路如下所示。它由一個(gè)紅外光電晶體管、一個(gè)二極管、一個(gè)MOSFET、一個(gè)電位器和一個(gè)LED組成。當(dāng)光電晶體管接收到任何紅外輻射時(shí)，電流流過它并且 MOSFET 導(dǎo)通。這反過來又點(diǎn)亮充當(dāng)負(fù)載的 LED。電位器用于控制光電晶體管的靈敏度。
紅外接收頭五、工作原理
紅外傳感器作為物體檢測傳感器的原理可以使用下圖來解釋。紅外傳感器由紅外 LED 和紅外光電二極管組成;它們統(tǒng)稱為光耦合器或光耦合器。當(dāng)紅外發(fā)射器發(fā)射輻射時(shí)，它到達(dá)物體，并且一些輻射反射回紅外接收器。根據(jù)紅外接收器的接收強(qiáng)度，定義傳感器的輸出。物感應(yīng)電路或紅外傳感器電路典型的紅外傳感電路如下所示。它由一個(gè)IR LED、一個(gè)光電二極管、一個(gè)電位器、一個(gè)IC運(yùn)算放大器和一個(gè)LED組成。IR LED 發(fā)射紅外光。光電二極管檢測紅外光。IC 運(yùn)算放大器用作電壓比較器。電位器用于根據(jù)需要校準(zhǔn)傳感器的輸出。
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