יישומים לתעשייה ולצרכנים עבור נורות LED‏ IR‏

גלי אינפרה-אדום הם חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי, הממוקמים בין אורכי הגל הארוכים יותר של אור נראה לאורכי הגל הקצרים יותר של מיקרוגל. קרינת אינפרה-אדום (IR‏), שאינה נראית לעין האדם, ניתנת לגילוי כחום ומכסה את התחום מ-nm‏ 760‏ עד mm‏ 1‏. פס ה-IR מתפצל לרכיבים נוספים, כולל התחום אינפרה-אדום-קרוב (NIR) מ-nm‏ 760‏ עד nm‏ 1,400‏ (איור 1‏).

איור 1: הספקטרום האלקטרומגנטי עם אזור אינפרה-אדום-קרוב מודגש. הספקטרום הקרוב-באינפרה-אדום משתרע באורכי גל מ-nm‏ 760‏ עד nm‏ 1,400‏ ומשמש במגוון של יישומים. (מקור התמונה: Broadcom)

כיצד פועלים יישומי NIR‏

NIR הוא שימושי במיוחד משום שהוא מסייע לתקשורת אלחוטית. במרבית היישומים חישה ללא-מגע המשתמשת ב-NIR פועלת על ידי זיווג פולט IR עם מקלט.

שלט רחוק של טלוויזיה, לדוגמה, משתמש בקרינת NIR. כאשר לוחצים על כפתור בשלט, מעגל פנימי ממיר את הפעולה לקוד בינארי ומעביר אותו למשדר ה-IR. לאחר מכן המשדר פולט את המידע המקודד כפולסים של אור NIR. בקצה השני, החיישן המשויך בטלוויזיה מקבל את הפולסים וממיר אותם בחזרה לקוד בינארי כדי לבצע פקודות ספציפיות.

קיימות מספר שיטות שבהן יישומים משתמשים בשילוב משדר-מקלט. כמו בדוגמת השלט רחוק, המקלט מפענח אותות מהמשדר. במקרים אחרים הוא יכול להפעיל טריגר כאשר הקרינה נחסמת. דפוסים מבוססי-חסימה כאלה משמשים ביישומים המגלים אנשים או חפצים.

כדי למנוע הפרעות מאותות חיצוניים המקלט מתוכנן לגלות אורך גל ספציפי, מה שמחייב את הצורך שהקרינה המשודרת על ידי פולט תהיה בעלת אורך גל תואם ומדויק ועוצמה מספקת. פולט HSM8-C120 IR ChipLED‏ (איור 2) של Broadcom‏ הוא דוגמה ל-NIR LED‏ שניתן להשתמש בו במגוון יישומים, כולל מוצרי אלקטרוניקה, מונים חכמים ועוד.

איור 2: פולט HSM8-C120 ChipLED IR LED‏ של Broadcom מציע אורך גל שיא של nm‏ 850‏ עם גודל קומפקטי ההופך אותו למתאים היטב עבור מעגלי PCB צפופים. (מקור התמונה: DigiKey)

ה-HSM8-C120‏ הוא ChipLED‏ IR‏ אינפרה-אדום פולט-מהצד עם חתימת-שטח קטנה של 1.6 מ"מ על 0.93 מ"מ ההופכת אותו למתאים עבור מגוון רחב של יישומים מוגבלי-מקום.

יש לו אורך גל שיא של nm‏ 850‏, זווית ראייה של 150°, והוא תואם למיקום באמצעות מכונות אוטומטיות סטנדרטיות בתעשייה ולהלחמת Reflow אינפרה-אדום.

יישומים של נורות LED‏ NIR‏

גלאי עשן פוטואלקטריים - נוריות LED אינפרה-אדום משתמשות בעיקרון הבסיסי של חדירת אובייקטים כדי לגלות נוכחות עשן, תוך שימוש בפולט וגלאי פוטואלקטרי באותה יחידה. בתנאי פעולה שגרתיים, נורת ה-LED פולטת קרינה אינפרה-אדומה הגורמת לגלאי לייצר זרם חשמלי. לעומת זאת, נוכחות עשן משבשת את מסלול הקרינה ומפזרת אותה. כתוצאה מכך הזרם נטו הנרשם על ידי הפוטו-גלאי פוחת ומפעיל התרעה. נורות LED‏ IR‏ הן שימושיות במיוחד ביישום זה בשל יכולתן לחדור עשן ולגלות חלקיקים קטנים וצפופים יותר.

גלאי עשן פוטואלקטריים אינם הסוג היחיד בקטגוריה זו, כמו אלה המודדים רמות יינון אוויר. עם זאת, אלה ידועים לשמצה בשל תוצאות חיוביות שגויות. טריגרים מעשן בישול הם בעייתיים במיוחד, ולכן גלאי עשן בבנייני מגורים חייבים לעבור את "מבחן ההמבורגר", כלומר אסור שהם יופעלו על ידי עשן מבישול. נורות LED‏ IR‏ הן חסינות מפני השפעות חלקיקי עשן במטבח ולכן גורמות לפחות התרעות שווא. נורות LED‏ IR‏ יכולות גם להשתלב עם מערכות אחרות, כגון גלאי חום, גז וזרימת אוויר, ולהניב מידע בזמן-אמת על מצבים מסוכנים.

מכשירי חשמל ביתיים - בנוסף לשימוש בשלט רחוק, חיישני IR‏ במכונות כביסה יכולים לזהות מפלסי מים, בעוד שרובוטים לניקוי משתמשים בחיישני IR‏ כדי להימנע ממכשולים בנתיב הממופה. חיישנים דומים במיקרוגל יכולים לזהות דלת פתוחה ולשלוח התרעות. ברזים אוטומטיים, מתקני סבון ומייבשי ידיים יכולים כולם להשתמש ביכולות חישת המכשולים והקרבה של IR LEDs‏.

וילונות אור לבטיחות - בטיחות העובדים היא תמיד קריטית כאשר עובדים עם ציוד תעשייתי מסוכן ברצפת הייצור, במחסנים, באתרי בנייה או בסביבות תעשייתיות אחרות. מחסומים פיזיים יכולים להיות מגושמים ומייגעים להקמה, ולכן IR LEDs‏ - שהם הרבה יותר קלים וניידים ממחסומים פיזיים - מציעים חלופה אפקטיבית. ניתן גם להגדיר אותם כך שיתאימו למגוון צורות וגדלים, בהתאם לאזור שיש לכסות.

וילון אור לבטיחות IR LED‏ (איור 3‏) עובד על העיקרון של גילוי אובייקט למניעת מפגעים. הוא מורכב ממערך של פולטי IR LED‏ עם פוטו-דיודות המשמשות כמקלטים. נורות ה-LED פולטות קרני אור IR‏ מסונכרנות ומקבילות, המכסות את כל האזור שיש לנטר. כתוצאה מכך הסריג שטוף באור IR‏, המאופנן לתדר ספציפי וייחודי שהפוטו-דיודות מגלות. כאשר וילון ה-IR מגלה אובייקט בשדה הראייה שלו, סביר להניח שזה מצביע על מצב לא בטוח ויכול להפעיל אזהרות. לדוגמה, אם יד או זרוע נכנסות לשדה הקרן, המכונה יכולה להיכבות אוטומטית כדי למנוע פגיעה.

איור 3: וילונות אור לבטיחות, כאשר הם פועלים ללא הפרעה על ידי אוביקט, פולטים וקולטים אותות IR‏ כפי שמוצג משמאל. כאשר קרני IR‏ מופרעות על ידי אוביקט כפי שמוצג מימין, ניתן ליזום תגובה מתאימה. (מקור התמונה: Broadcom)

מוני חשמל חכמים - המטרות לשימור אנרגיה ושימוש אחראי כוללות צריכת חשמל בכמות הדרושה בלבד. מדי חשמל חכמים ממלאים תפקיד משמעותי בכך שהם מאפשרים לצרכנים לראות את צריכת החשמל שלהם בזמן אמת ולכוון אותה בהתאם. הם גם עוזרים לגלות זליגות ותקלות מהר יותר, ומסייעים בתמחור משתנה בהתאם לדפוסי הצריכה בשעות השיא.

במונים חכמים, IR LEDs‏ משמשים להעברת נתונים דו-כיוונית על פני מרחקים קצרים. IR LEDs‏ משדרים פולסי אור IR‏ מקודדים הנקלטים על ידי פוטו-דיודה בהתקן איסוף הנתונים. הפולסים יכולים להעביר מגוון מידע דיגיטלי, מקריאות צריכת אנרגיה ועד לנתוני דיאגנוסטיקה. עבור אבטחה נוספת, לפולסי ה-IR יש חתימה מיוחדת בה משתמשים הגלאים עבור אימות.

סיכום

בין אם מדובר במכשירי חשמל ביתיים או בהעברת נתוני דיאגנוסטיקה, ה-HSM8-C120 מתאים היטב עבור תכנים הדורשים פולט IR‏ עם ביצועים עיליים. יתרונותיו הרבים כוללים חתימת-שטח קטנה, ניצול אנרגיה יעיל ותפוקה יציבה.