Infrarood maakt deel uit van het elektromagnetische spectrum, gelegen tussen het zichtbare licht met langere golflengte en de microgolf met kortere golflengte. Het golflengtebereik van infraroodstraling (IR) ligt tussen 760 nm en 1 mm, wat niet door het menselijk oog kan worden gezien, maar de hitte ervan kan wel worden gedetecteerd. De infraroodband is verdeeld in meerdere delen, waaronder het nabij-infrarood (NIR) bereik van 760 nm tot 1400 nm (Figuur 1).
Elektromagnetisch spectrumbeeld, waarbij het infrarode gebied wordt benadrukt
Figuur 1: Markeer het elektromagnetische spectrum in het infrarode gebied. De golflengte van nabij-infraroodspectroscopie ligt tussen 760 nm en 1400 nm, geschikt voor diverse toepassingen. (Afbeeldingsbron: Broadcom)
Hoe NIR-applicaties werken
NIR is bijzonder nuttig omdat het draadloze communicatie mogelijk maakt. In de meeste toepassingen omvat contactloze detectie met behulp van NIR het koppelen van een IR-zender aan een ontvanger.
De afstandsbediening van de tv maakt bijvoorbeeld gebruik van NIR-stralingstechnologie. Wanneer de knop op de afstandsbediening wordt ingedrukt, zal het interne circuit de knopactie omzetten in binaire code en deze doorsturen naar de IR-zender. Vervolgens zendt de zender gecodeerde informatie uit in de vorm van NIR-lichtpulsen. Aan de andere kant ontvangen gekoppelde sensoren op de televisie pulsen en zetten deze weer om in binaire code om specifieke opdrachten uit te voeren.
Het gebruik van zender- en ontvangercombinaties varieert in verschillende toepassingen. Net als bij een afstandsbediening decodeert de ontvanger het signaal dat door de zender wordt uitgezonden. In andere gevallen wordt een trigger geactiveerd wanneer straling wordt belemmerd. Deze op interrupts gebaseerde modus kan worden gebruikt om mensen of objecten te detecteren.
Om externe signaalinterferentie te voorkomen, is de ontvanger ontworpen om alleen specifieke golflengten te detecteren, wat vereist dat het door de zender uitgezonden licht een bijpassende precieze golflengte en voldoende intensiteit heeft. De HSM8-C120 IR ChipLED-zender van Broadcom (Afbeelding 2) is bijvoorbeeld een IR-LED die kan worden gebruikt voor verschillende toepassingen, waaronder consumentenelektronica, slimme meters en meer.
Broadcom's HSM8-C120 ChipLED IR LED-zender
Afbeelding 2: Broadcom's HSM8-C120 ChipLED IR LED-zender heeft een piekgolflengte van 850 nm en is compact van formaat, waardoor hij ideaal is voor PCB-circuits met hoge dichtheid. (Afbeeldingsbron: DigiKey)
HSM8-C120 is een zijdelings uitstralende IR-chipLED voor opbouwmontage met een compacte verpakkingsgrootte van slechts 1,6 mm x 0,93 mm, geschikt voor diverse toepassingen met beperkte ruimte.
De piekgolflengte van deze LED is 850 nm, met een kijkhoek van 150 °, compatibel met industriestandaard automatische machines voor opbouwmontage en infrarood reflow-solderen.
Toepassing van NIR-LED
Foto-elektrische rookmelder - IR LED maakt gebruik van het basisprincipe van objectinbraak om rook te detecteren, waarbij de zender en de foto-elektrische detector in dezelfde detector worden geïntegreerd. Onder normale werkomstandigheden zenden LED's infraroodstraling uit, waardoor de detector stroom genereert. De aanwezigheid van rook verstoort echter het infraroodemissiepad en veroorzaakt verstrooiing. Daarom zal de door de fotodetector geregistreerde nettostroom afnemen en een alarm activeren. IR LED kan rook doordringen en kleinere en dichtere deeltjes detecteren, waardoor het bijzonder geschikt is voor deze toepassing.
Optische rookmelders zijn niet het enige type detector in deze categorie, er zijn ook detectoren die bijvoorbeeld luchtionisatieniveaus meten. Dit zijn echter allemaal bekende detectoren die valse positieven (false positives) kunnen produceren. Het probleem veroorzaakt door kookrook is bijzonder ernstig, dus rookmelders in woongebouwen moeten de "hamburgertest" doorstaan, wat betekent dat kookrook het alarm niet activeert. IR-LED wordt niet beïnvloed door rookdeeltjes in de keuken, dus het aantal valse alarmen is relatief laag. IR LED kan ook worden geïntegreerd met andere systemen zoals hitte-, gas- en luchtstroomdetectoren om meer realtime informatie over gevaarlijke situaties te verkrijgen.
Huishoudelijke apparaten - Naast dat ze worden gebruikt voor afstandsbediening, kunnen infraroodsensoren in wasmachines ook het waterniveau detecteren, terwijl robotreinigers infraroodsensoren gebruiken om obstakels op het kaartpad te vermijden. Ook in magnetrons zitten soortgelijke sensoren die kunnen detecteren of de deur open is en een bijbehorend alarm kunnen geven. Automatische kranen, zeepdispensers en drogers kunnen allemaal gebruikmaken van IR-LED-obstakel- en detectiefuncties voor dichtbij.
Veiligheidslichtgordijn - Bij gebruik van grote of gevaarlijke industriële apparatuur in productiewerkplaatsen, magazijnen, bouwplaatsen of andere industriële omgevingen heeft de veiligheid van werknemers altijd de hoogste prioriteit. Fysieke barrières zijn omvangrijk en vergen veel inspanning om op te zetten, terwijl IR-LED's lichter en draagbaarder zijn dan fysieke barrières, waardoor ze een effectief alternatief zijn. IR-LED's kunnen ook in verschillende vormen en maten worden ingesteld om indien nodig verschillende gebieden te bestrijken.