IRセンサーとは：回路図とその動作

IR技術は、日常生活やさまざまな目的の産業で使用されています。たとえば、テレビはIRセンサーを使用して、リモコンから送信される信号を理解します。 IRセンサーの主な利点は、低消費電力、シンプルなデザイン、便利な機能です。 IR信号は人間の目では目立ちません。電磁スペクトルのIR放射は、可視およびマイクロ波の領域で見つけることができます。通常、これらの波の波長は0.7 µm 5〜1000 µmの範囲です。 IRスペクトルは、近赤外線、中赤外線、遠赤外線の3つの領域に分けることができます。近赤外線領域の波長は0.75〜3 µmの範囲であり、中赤外線領域の波長は3〜6 µmの範囲であり、遠赤外線領域の赤外線放射の波長は6 µmよりも高いです。

IRセンサー/赤外線センサーとは何ですか？

赤外線センサーは、周囲のいくつかの側面を感知するために放射する電子デバイスです。 IRセンサーは、物体の熱を測定するだけでなく、動きを検出することもできます。これらのタイプのセンサーは、パッシブIRセンサーと呼ばれる赤外線を放射するのではなく、赤外線のみを測定します。通常、赤外線スペクトルでは、すべてのオブジェクトが何らかの形の熱放射を放射します。

これらのタイプの放射線は私たちの目には見えず、赤外線センサーで検出できます。エミッターは単にIRLED（発光ダイオード）であり、検出器はIRLEDによって放出されるのと同じ波長のIR光に敏感な単純なIRフォトダイオードです。 IR光がフォトダイオードに当たると、抵抗と出力電圧は、受信したIR光の大きさに比例して変化します。

動作原理

赤外線センサーの動作原理は、物体検出センサーに似ています。このセンサーにはIRLEDとIRフォトダイオードが含まれているため、これら2つを組み合わせることで、フォトカプラー、またはオプトカプラーとして形成できます。このセンサーで使用される物理法則は、厚板の放射、ステファンボルツマン、およびワインの変位です。

IR LEDは、IR放射を放出する送信機の一種です。このLEDは標準のLEDに似ており、これによって生成される放射線は人間の目には見えません。赤外線受信機は、主に赤外線送信機を使用して放射線を検出します。これらの赤外線受信機は、フォトダイオードの形で入手できます。 IRフォトダイオードは、単純にIR放射を検出するため、通常のフォトダイオードとは異なります。主に電圧、波長、パッケージなどに応じて、さまざまな種類の赤外線受信機が存在します。

IR送信機と受信機の組み合わせとして使用する場合、受信機の波長は送信機と等しくなければなりません。ここで、送信機はIR LEDであり、受信機はIRフォトダイオードです。赤外線フォトダイオードは、赤外線LEDを介して生成される赤外線に反応します。フォトダイオードの抵抗と出力電圧の変化は、得られる赤外光に比例します。これがIRセンサーの基本的な動作原理です。

赤外線送信機が放射を生成すると、それは物体に到達し、放射の一部は赤外線受信機に向かって反射して戻ります。センサー出力は、応答の強度に応じてIRレシーバーによって決定できます。

赤外線センサーの種類

赤外線センサーは、アクティブIRセンサーとパッシブIRセンサーの2つのタイプに分類されます。

アクティブIRセンサー

このアクティブ赤外線センサーには、送信機と受信機の両方が含まれています。ほとんどのアプリケーションでは、発光ダイオードが光源として使用されます。 LEDは非イメージング赤外線センサーとして使用されますが、レーザーダイオードはイメージング赤外線センサーとして使用されます。

これらのセンサーは、エネルギー放射を介して機能し、放射を介して受信および検出されます。さらに、信号プロセッサを使用して必要な情報を取得することで処理できます。このアクティブ赤外線センサーの最良の例は、反射率センサーとブレークビームセンサーです。

パッシブIRセンサー

パッシブ赤外線センサーには検出器のみが含まれていますが、送信機は含まれていません。これらのセンサーは、送信機やIRソースなどのオブジェクトを使用します。この物体はエネルギーを放出し、赤外線受信機を介して検出します。その後、シグナルプロセッサを使用して信号を理解し、必要な情報を取得します。

このセンサーの最良の例は、焦電検出器、ボロメータ、熱電対-サーモパイルなどです。これらのセンサーは、熱IRセンサーと量子IRセンサーの2つのタイプに分類されます。熱IRセンサーは波長に依存しません。これらのセンサーが使用するエネルギー源は加熱されます。熱検出器は、応答と検出時間が遅いです。量子IRセンサーは波長に依存し、これらのセンサーには高い応答と検出時間が含まれます。これらのセンサーは、特定の測定のために定期的に冷却する必要があります。

IRセンサーの回路図

赤外線センサー回路は、電子機器の基本的で一般的なセンサーモジュールの1つです。このセンサーは、障害物を検出するために使用できる人間の視覚に類似しており、リアルタイムでの一般的なアプリケーションの1つです。この回路は次のコンポーネントで構成されています

• LM358 IC 2IR送信機と受信機のペア
• キロオームの範囲の抵抗器。
• 可変抵抗器。
• LED（発光ダイオード）。

このプロジェクトでは、送信機セクションにIRセンサーが含まれています。このセンサーは、IR受信機モジュールが受信する連続的なIR光線を送信します。受信機のIR出力端子は、IR光線の受信によって異なります。この変動をそのまま分析することはできないため、この出力をコンパレータ回路に供給することができます。ここでは、LM 339のオペアンプ（オペアンプ）をコンパレータ回路として使用しています。

IRレシーバーが信号を受信しない場合、反転入力の電位はコンパレータIC（LM339）の非反転入力よりも高くなります。したがって、コンパレータの出力はローになりますが、LEDは点灯しません。 IRレシーバーモジュールが信号を受信すると、反転入力の電位がローになります。したがって、コンパレータの出力（LM 339）がハイになり、LEDが点灯し始めます。

抵抗R1（100）、R2（10k）、およびR3（330）を使用して、フォトダイオードや通常のIRLEDデバイスに最低10mAの電流が流れるようにします。それぞれLED。抵抗VR2（プリセット=5k）は出力端子の調整に使用されます。抵抗VR1（プリセット=10k）は、回路図の感度を設定するために使用されます。 IRセンサーについてもっと読む。

トランジスタを使用したIRセンサー回路

トランジスタを使用したIRセンサー、つまり2つのトランジスタを使用した障害物検出の回路図を以下に示します。この回路は、主にIRLEDを使用した障害物検出に使用されます。したがって、この回路は、NPNとPNPのような2つのトランジスタで構築できます。 NPNの場合はBC547トランジスタが使用され、PNPの場合はBC557トランジスタが使用されます。これらのトランジスタのピン配置は同じです。

上記の回路では、一方の赤外線LEDが常にオンになっていますが、もう一方の赤外線LEDは、このIR LEDが検出器として機能するため、PNPトランジスタのベース端子に接続されています。このIRセンサー回路に必要なコンポーネントには、抵抗100オームと200オーム、BC547とBC557トランジスタ、LED、IRLED-2が含まれます。 IRセンサー回路の作り方のステップバイステップの手順 次の手順が含まれます。

• 必要なコンポーネントを使用して、回路図に従ってコンポーネントを接続します
• 1つの赤外線LEDをBC547トランジスタのベース端子に接続します
• 同じトランジスタのベース端子に赤外線LEDを接続します。
• 100Ω抵抗を赤外線LEDの残りのピンに接続します。
• PNPトランジスタのベース端子をNPNトランジスタのコレクタ端子に接続します。
• 回路図の接続に従って、LEDと220Ω抵抗を接続します。
• 回路の接続が完了すると、テスト用に回路に電源が供給されます。

回路動作

赤外線LEDが検出されると、モノからの反射光が小さな電流をアクティブにして、IRLED検出器全体に供給します。これにより、NPNトランジスタとPNPがアクティブになります。したがって、LEDがオンになります。この回路は、人がライトに近づくと作動する自動ランプなどのさまざまなプロジェクトを作成するために適用できます。

IRセンサーを使用した盗難警報回路

このIR盗難警報回路は、入り口やドアなどで使用されます。この回路は、誰かがIR光線を横切るたびに、関係者に警告するブザー音を鳴らします。赤外線が人間に見えない場合、この回路は隠れた安全装置として機能します。

この回路に必要なコンポーネントには、主にNE555IC、抵抗R1＆R2 =10k＆560、D1（IRフォトダイオード）、D2（IR LED）、C1コンデンサ（100nF）、S1（プッシュスイッチ）、B1（ブザー）、6vDCが含まれます。供給。
この回路は、赤外線LEDと赤外線センサーをドアの反対側に配置することで接続できます。 IR光線がセンサーに適切に当たるようにします。通常の状態では、赤外線は常に赤外線ダイオード上に落下し、ピン3の出力状態は低状態のままになります。

固体オブジェクトが光線を横切ると、この光線は中断されます。 IR光線が当たると、回路がアクティブになり、出力がオン状態になります。出力状態は、スイッチを閉じて再調整するまで続きます。つまり、光線の割り込みが解除されると、アラームがオンのままになります。他の人がアラームを無効にしないようにするには、回路またはリセットスイッチを赤外線センサーから離れた場所または見えない場所に配置する必要があります。この回路では、「B1」ブザーが接続されて、内蔵の音で音を生成します。この内蔵の音は、要件に基づいて、別のベルまたは大きなサイレンに置き換えることができます。

利点

IRセンサーの利点 以下を含める

• 消費電力が少ない
• 動きの検出は、光の有無にかかわらず、ほぼ同等の信頼性で可能です。
• 検出のためにオブジェクトと接触する必要はありません
• 光線の方向によるデータ漏洩はありません
• これらのセンサーは酸化や腐食の影響を受けません
• ノイズ耐性は非常に強力です

短所

IRセンサーのデメリット 以下を含める

• 視線が必要です
• 範囲が限られています
• これらは、霧、雨、ほこりなどの影響を受ける可能性があります
• データ転送速度が遅い

IRセンサーアプリケーション

IRセンサーは、アプリケーションに応じてさまざまなタイプに分類されます。さまざまなタイプのセンサーの典型的なアプリケーションのいくつか。速度センサーは、複数のモーターの速度を同期させるために使用されます。温度センサーは、工業用温度制御に使用されます。 PIRセンサーは自動ドア開閉システムに使用され、超音波センサーは距離測定に使用されます。

IRセンサーは、さまざまなセンサーベースのプロジェクトや、以下で説明する温度を測定するさまざまな電子機器で使用されています。

放射温度計

IRセンサーは、放射温度計で使用され、温度と物体の材質に応じて温度を測定します。これらの温度計には、次の機能がいくつかあります。

• 物体と直接接触しない測定
• より迅速な対応
• 簡単なパターン測定

フレームモニター

これらのタイプのデバイスは、炎から放出される光を検出し、炎がどのように燃えているかを監視するために使用されます。炎から放出される光は、UV領域タイプからIR領域タイプにまで及びます。 PBS、PbSe、2色検出器、焦電検出器は、火炎モニターで一般的に使用されている検出器の一部です。

水分分析装置

水分アナライザーは、IR領域の水分によって吸収される波長を使用します。オブジェクトには、これらの波長（1.1 µm、1.4 µm、1.9 µm、および2.7 µm）と参照波長の光が照射されます。

オブジェクトから反射される光は含水量に依存し、アナライザーによって検出されて水分を測定します（これらの波長の反射光と基準波長の反射光の比率）。 GaAs PINフォトダイオードでは、水分分析回路にPbs光伝導検出器が採用されています。

ガス分析装置

IRセンサーは、IR領域のガスの吸収特性を使用するガスアナライザーで使用されます。ガスの密度を測定するには、分散型と非分散型の2種類の方法が使用されます。

分散： 放出された光は分光学的に分割され、それらの吸収特性はガス成分とサンプル量を分析するために使用されます。

非分散型： 最も一般的に使用されている方法であり、放出された光を分割せずに吸収特性を使用します。非分散型は、不要な紫外線を除去するために目の保護に使用されるサングラスと同様に、個別の光学バンドパスフィルターを使用します。

このタイプの構成は、一般に非分散型赤外線（NDIR）テクノロジーと呼ばれます。このタイプの分析装置は炭酸飲料に使用されますが、非分散分析装置はほとんどの商用IR機器で、自動車の排気ガス燃料漏れに使用されます。

IRイメージングデバイス

IR画像デバイスはIR波の主要なアプリケーションの1つであり、主にその特性が見えないためです。サーマルイメージャー、暗視装置などに使用されます。

たとえば、水、岩、土壌、植生、大気、および人間の組織はすべて、IR放射を放出します。熱赤外線検出器は、IR範囲でこれらの放射を測定し、画像上のオブジェクト/領域の空間温度分布をマッピングします。サーマルイメージャーは通常、Sb（インジウムアンチモナイト）、Gd Hg（水銀ドープゲルマニウム）、Hg Cd Te（水銀-カドミウム-テルル化物）センサーで構成されています。

電子検出器は、液体ヘリウムまたは液体窒素を使用して低温に冷却されます。次に、検出器を冷却することで、検出器によって記録された放射エネルギー（光子）が、スキャナー自体やIRイメージング電子デバイス内のオブジェクトの周囲温度からではなく、地形から発生するようにします。

赤外線センサーの主な用途は主に次のとおりです。

• 気象学
• 気候学
• フォトバイオ変調
• 水の分析
• ガス検知器
• 麻酔学のテスト
• 石油の探査
• 鉄道の安全性

したがって、これはすべて、動作とアプリケーションを備えた赤外線センサー回路に関するものです。これらのセンサーは、多くのセンサーベースの電子機器プロジェクトで使用されています。このIRセンサーとその動作原理をよりよく理解されていると思います。さらに、この記事やプロジェクトに関する疑問がある場合は、以下のコメントセクションにコメントしてフィードバックをお寄せください。ここにあなたへの質問があります、赤外線温度計は完全な暗闇の中で作動することができますか？

写真クレジット：

• imimgによるガスアナライザー
• shopifyによるIRセンサー