Qu'est-ce qu'un capteur infrarouge :schéma de circuit et son fonctionnement

La technologie IR est utilisée dans la vie quotidienne et également dans les industries à des fins différentes. Par exemple, les téléviseurs utilisent un capteur infrarouge pour comprendre les signaux transmis par une télécommande. Les principaux avantages des capteurs IR sont une faible consommation d'énergie, leur conception simple et leurs fonctionnalités pratiques. Les signaux IR ne sont pas perceptibles par l'œil humain. Le rayonnement IR dans le spectre électromagnétique peut être trouvé dans les régions du visible et des micro-ondes. Habituellement, les longueurs d'onde de ces ondes vont de 0,7 µm 5 à 1000 µm. Le spectre IR peut être divisé en trois régions comme l'infrarouge proche, moyen et lointain. La longueur d'onde de la région infrarouge proche va de 0,75 à 3 µm, la longueur d'onde de la région infrarouge moyen va de 3 à 6 µm et la longueur d'onde du rayonnement infrarouge de la région infrarouge lointain est supérieure à 6 µm.

Qu'est-ce qu'un capteur IR/capteur infrarouge ?

Un capteur infrarouge est un appareil électronique qui émet afin de détecter certains aspects de l'environnement. Un capteur infrarouge peut mesurer la chaleur d'un objet ainsi que détecter le mouvement. Ces types de capteurs mesurent uniquement le rayonnement infrarouge, plutôt que de l'émettre, ce qu'on appelle un capteur infrarouge passif. Habituellement, dans le spectre infrarouge, tous les objets émettent une certaine forme de rayonnement thermique.

Ces types de rayonnements sont invisibles à nos yeux, qui peuvent être détectés par un capteur infrarouge. L'émetteur est simplement une LED IR (Light Emitting Diode) et le détecteur est simplement une photodiode IR sensible à la lumière IR de la même longueur d'onde que celle émise par la LED IR. Lorsque la lumière IR tombe sur la photodiode, les résistances et les tensions de sortie changent proportionnellement à l'amplitude de la lumière IR reçue.

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement d'un capteur infrarouge est similaire à celui du capteur de détection d'objets. Ce capteur comprend une LED IR et une photodiode IR, donc en combinant ces deux peut être formé comme un photo-coupleur sinon un optocoupleur. Les lois de la physique utilisées dans ce capteur sont le rayonnement des planches, le déplacement de Stephan Boltzmann et de Weins.

La LED IR est un type d'émetteur qui émet des rayonnements IR. Cette LED ressemble à une LED standard et le rayonnement qui en est généré n'est pas visible à l'œil humain. Les récepteurs infrarouges détectent principalement le rayonnement à l'aide d'un émetteur infrarouge. Ces récepteurs infrarouges sont disponibles sous forme de photodiodes. Les photodiodes IR sont différentes des photodiodes habituelles car elles détectent simplement le rayonnement IR. Différents types de récepteurs infrarouges existent principalement en fonction de la tension, de la longueur d'onde, du boîtier, etc.

Une fois qu'il est utilisé comme combinaison d'un émetteur et d'un récepteur IR, la longueur d'onde du récepteur doit être égale à celle de l'émetteur. Ici, l'émetteur est une LED IR tandis que le récepteur est une photodiode IR. La photodiode infrarouge réagit à la lumière infrarouge générée par une LED infrarouge. La résistance de la photo-diode et le changement de tension de sortie sont proportionnels à la lumière infrarouge obtenue. C'est le principe de fonctionnement fondamental du capteur infrarouge.

Une fois que l'émetteur infrarouge génère une émission, il arrive à l'objet et une partie de l'émission sera réfléchie vers le récepteur infrarouge. La sortie du capteur peut être décidée par le récepteur IR en fonction de l'intensité de la réponse.

Types de capteurs infrarouges

Les capteurs infrarouges sont classés en deux types comme le capteur IR actif et le capteur IR passif.

Capteur IR actif

Ce capteur infrarouge actif comprend à la fois l'émetteur et le récepteur. Dans la plupart des applications, la diode électroluminescente est utilisée comme source. La LED est utilisée comme capteur infrarouge sans imagerie tandis que la diode laser est utilisée comme capteur infrarouge avec imagerie.

Ces capteurs fonctionnent par rayonnement énergétique, reçu et détecté par rayonnement. En outre, il peut être traité en utilisant le processeur de signal pour récupérer les informations nécessaires. Les meilleurs exemples de ce capteur infrarouge actif sont la réflectance et le capteur de rupture de faisceau.

Capteur IR passif

Le capteur infrarouge passif comprend uniquement des détecteurs mais ils n'incluent pas d'émetteur. Ces capteurs utilisent un objet comme un émetteur ou une source IR. Cet objet émet de l'énergie et détecte grâce à des récepteurs infrarouges. Après cela, un processeur de signal est utilisé pour comprendre le signal afin d'obtenir les informations requises.

Les meilleurs exemples de ce capteur sont le détecteur pyroélectrique, le bolomètre, le thermocouple-thermopile, etc. Ces capteurs sont classés en deux types comme le capteur infrarouge thermique et le capteur infrarouge quantique. Le capteur infrarouge thermique ne dépend pas de la longueur d'onde. La source d'énergie utilisée par ces capteurs est chauffée. Les détecteurs thermiques sont lents avec leur temps de réponse et de détection. Le capteur IR quantique dépend de la longueur d'onde et ces capteurs incluent un temps de réponse et de détection élevé. Ces capteurs nécessitent un refroidissement régulier pour des mesures spécifiques.

Schéma du circuit du capteur IR

Un circuit de capteur infrarouge est l'un des modules de capteur de base et populaires dans un appareil électronique. Ce capteur est analogue aux sens visionnaires humains, qui peuvent être utilisés pour détecter les obstacles et c'est l'une des applications courantes en temps réel. Ce circuit comprend les composants suivants

• Paire d'émetteur et de récepteur IR LM358 IC 2
• Résistances de la gamme des kilo-ohms.
• Résistances variables.
• LED (diode électroluminescente).

Dans ce projet, la section émetteur comprend un capteur IR, qui transmet des rayons IR continus à recevoir par un module récepteur IR. Une borne de sortie IR du récepteur varie en fonction de sa réception de rayons IR. Comme cette variation ne peut pas être analysée en tant que telle, cette sortie peut donc être fournie à un circuit comparateur. Ici, un amplificateur opérationnel (ampli-op) du LM 339 est utilisé comme circuit comparateur.

Lorsque le récepteur IR ne reçoit pas de signal, le potentiel à l'entrée inverseuse devient supérieur à celui de l'entrée non inverseuse du comparateur IC (LM339). Ainsi, la sortie du comparateur devient faible, mais la LED ne s'allume pas. Lorsque le module récepteur IR reçoit un signal, le potentiel à l'entrée inverseuse devient bas. Ainsi, la sortie du comparateur (LM 339) passe à l'état haut et la LED commence à s'allumer.

Les résistances R1 (100), R2 (10k) et R3 (330) sont utilisées pour garantir qu'un courant minimum de 10 mA traverse les dispositifs LED IR comme la photodiode et la normale LED respectivement. La résistance VR2 (preset=5k ) est utilisée pour régler les bornes de sortie. La résistance VR1 (preset=10k ) est utilisée pour régler la sensibilité du schéma du circuit. En savoir plus sur les capteurs IR.

Circuit de capteur IR utilisant un transistor

Le schéma de principe du capteur IR utilisant des transistors, à savoir la détection d'obstacles à l'aide de deux transistors, est présenté ci-dessous. Ce circuit est principalement utilisé pour la détection d'obstacles à l'aide d'une LED IR. Ainsi, ce circuit peut être construit avec deux transistors comme NPN et PNP. Pour le NPN, le transistor BC547 est utilisé alors que pour le PNP, le transistor BC557 est utilisé. Le brochage de ces transistors est le même.

Dans le circuit ci-dessus, une LED infrarouge est toujours allumée tandis que l'autre LED infrarouge est alliée à la borne de base du transistor PNP car cette LED IR agit comme le détecteur. Les composants requis de ce circuit de capteur IR comprennent des résistances 100 ohms et 200 ohms, des transistors BC547 et BC557, des LED, des LED IR-2. La procédure étape par étape de comment faire le circuit du capteur IR comprend les étapes suivantes.

• Connectez les composants selon le schéma de circuit en utilisant les composants requis
• Connectez une LED infrarouge à la borne de base du transistor BC547
• Connectez une LED infrarouge à la borne de base du même transistor.
• Connectez la résistance de 100 Ω vers les broches résiduelles des LED infrarouges.
• Connectez la borne de base du transistor PNP à la borne de collecteur du transistor NPN.
• Connectez la LED et la résistance 220Ω selon la connexion dans le schéma de circuit.
• Une fois la connexion du circuit effectuée, alimentez le circuit pour le test.

Circuit de fonctionnement

Une fois que la LED infrarouge est détectée, la lumière réfléchie par la chose activera un petit courant qui alimentera le détecteur LED IR. Cela activera le transistor NPN &le PNP; donc la LED s'allumera. Ce circuit est applicable pour réaliser différents projets tels que des lampes automatiques à activer une fois qu'une personne s'approche de la lumière.

Circuit d'alarme antivol utilisant un capteur infrarouge

Ce circuit d'alarme antivol IR est utilisé aux entrées, portes, etc. Ce circuit émet un signal sonore pour alerter la personne concernée chaque fois que quelqu'un traverse le rayon IR. Lorsque les rayons infrarouges ne sont pas visibles pour les humains, ce circuit fonctionne comme un dispositif de sécurité caché.

Les composants requis de ce circuit comprennent principalement le NE555IC, les résistances R1 &R2 =10k &560, D1 (photodiode IR), D2 (LED IR), condensateur C1 (100nF), S1 (interrupteur poussoir), B1 (Buzzer) &6v DC Alimentation.
Ce circuit peut être connecté en disposant la LED infrarouge ainsi que les capteurs infrarouges sur la porte en face l'un de l'autre. Pour que le rayon IR puisse tomber correctement sur le capteur. Dans des conditions normales, le rayon infrarouge tombe toujours sur la diode infrarouge et la condition de sortie sur la broche 3 restera faible.

Ce rayon sera interrompu une fois qu'un objet solide traversera le rayon. Lorsque le rayon IR éclate, le circuit s'active et la sortie passe à l'état ON. La condition de sortie reste jusqu'à ce qu'elle se réajuste en fermant l'interrupteur, ce qui signifie que lorsque l'interruption du rayon est détachée, une alarme reste activée. Pour éviter que d'autres personnes désactivent l'alarme, le circuit ou l'interrupteur de réinitialisation doit être situé à distance ou hors de vue du capteur infrarouge. Dans ce circuit, un buzzer « B1 » est connecté pour produire un son avec un son intégré et ce son intégré peut être remplacé par une sonnerie alternative, sinon une sirène puissante en fonction des besoins.

Avantages

Les avantages du capteur IR inclure les éléments suivants

• Il consomme moins d'énergie
• La détection de mouvement est possible en présence ou en l'absence de lumière approximativement avec une fiabilité égale.
• Ils n'ont pas besoin de contact avec l'objet pour la détection
• Il n'y a pas de fuite de données en raison de la direction du rayon
• Ces capteurs ne sont pas affectés par l'oxydation et la corrosion
• L'immunité au bruit est très forte

Inconvénients

Les inconvénients du capteur IR inclure les éléments suivants

• Une ligne de vue est requise
• La portée est limitée
• Ceux-ci peuvent être affectés par le brouillard, la pluie, la poussière, etc.
• Moins de débit de transmission de données

Applications de capteurs IR

Les capteurs IR sont classés en différents types selon les applications. Certaines des applications typiques de différents types de capteurs. Le capteur de vitesse est utilisé pour synchroniser la vitesse de plusieurs moteurs. Le capteur de température est utilisé pour le contrôle de la température industrielle. Le capteur PIR est utilisé pour un système d'ouverture de porte automatique et le capteur à ultrasons est utilisé pour la mesure de distance.

Les capteurs IR sont utilisés dans divers projets basés sur des capteurs et également dans divers appareils électroniques qui mesurent la température dont il est question ci-dessous.

Thermomètres à rayonnement

Les capteurs IR sont utilisés dans les thermomètres à rayonnement pour mesurer la température en fonction de la température et du matériau de l'objet et ces thermomètres présentent certaines des caractéristiques suivantes

• Mesure sans contact direct avec l'objet
• Réponse plus rapide
• Mesures de motifs faciles

Moniteurs de flammes

Ces types d'appareils sont utilisés pour détecter la lumière émise par les flammes et pour surveiller la façon dont les flammes brûlent. La lumière émise par les flammes s'étend des types de régions UV aux IR. PBS, PbSe, détecteur bicolore, détecteur pyroélectrique sont quelques-uns des détecteurs couramment utilisés dans les moniteurs de flamme.

Analyseurs d'humidité

Les analyseurs d'humidité utilisent des longueurs d'onde qui sont absorbées par l'humidité dans la région IR. Les objets sont irradiés avec de la lumière ayant ces longueurs d'onde (1,1 µm, 1,4 µm, 1,9 µm et 2,7 µm) et également avec des longueurs d'onde de référence.

Les lumières réfléchies par les objets dépendent de la teneur en humidité et sont détectées par l'analyseur pour mesurer l'humidité (rapport de la lumière réfléchie à ces longueurs d'onde à la lumière réfléchie à la longueur d'onde de référence). Dans les photodiodes PIN GaAs, les détecteurs photoconducteurs Pbs sont utilisés dans les circuits des analyseurs d'humidité.

Analyseurs de gaz

Les capteurs IR sont utilisés dans les analyseurs de gaz qui utilisent les caractéristiques d'absorption des gaz dans la région IR. Deux types de méthodes sont utilisées pour mesurer la densité du gaz, telles que dispersive et non dispersive.

Dispersif : Une lumière émise est divisée par spectroscopie et leurs caractéristiques d'absorption sont utilisées pour analyser les ingrédients gazeux et la quantité d'échantillon.

Non dispersif : C'est la méthode la plus couramment utilisée et elle utilise des caractéristiques d'absorption sans diviser la lumière émise. Les types non dispersifs utilisent des filtres passe-bande optiques discrets, similaires aux lunettes de soleil utilisées pour la protection des yeux afin de filtrer les rayons UV indésirables.

Ce type de configuration est communément appelé technologie infrarouge non dispersive (NDIR). Ce type d'analyseur est utilisé pour les boissons gazeuses, tandis qu'un analyseur non dispersif est utilisé dans la plupart des instruments IR commerciaux, pour les fuites de carburant des gaz d'échappement des automobiles.

Périphériques d'imagerie infrarouge

Le dispositif d'image IR est l'une des principales applications des ondes IR, principalement en raison de sa propriété qui n'est pas visible. Il est utilisé pour les caméras thermiques, les appareils de vision nocturne, etc.

Par exemple, l'eau, les roches, le sol, la végétation, l'atmosphère et les tissus humains émettent tous un rayonnement infrarouge. Les détecteurs infrarouges thermiques mesurent ces rayonnements dans la gamme IR et cartographient les distributions spatiales de température de l'objet/de la zone sur une image. Imageurs thermiques généralement composés de capteurs Sb (antimonite d'indium), Gd Hg (gercurium dopé au mercure), Hg Cd Te (mercure-cadmium-tellurure).

Un détecteur électronique est refroidi à basse température à l'aide d'hélium liquide ou d'azote liquide. Ensuite, le refroidissement des détecteurs garantit que l'énergie rayonnante (photons) enregistrée par les détecteurs provient du terrain et non de la température ambiante des objets à l'intérieur du scanner lui-même et des appareils électroniques d'imagerie infrarouge.

Les principales applications des capteurs infrarouges sont principalement les suivantes.

• Météorologie
• Climatologie
• Modulation photo-bio
• Analyse de l'eau
• Détecteurs de gaz
• Tests d'anesthésiologie
• Exploration du pétrole
• Sécurité des chemins de fer

Ainsi, il s'agit du circuit du capteur infrarouge avec son fonctionnement et ses applications. Ces capteurs sont utilisés dans de nombreux projets électroniques basés sur des capteurs. Nous pensons que vous avez peut-être mieux compris ce capteur infrarouge et son principe de fonctionnement. De plus, en cas de doute concernant cet article ou ces projets, veuillez donner votre avis en commentant dans la section commentaires ci-dessous. Voici une question pour vous, le thermomètre infrarouge peut-il fonctionner dans l'obscurité totale ?

Crédits photo :

• Analyseur de gaz par imimg
• Capteur infrarouge de shopify