نحوه کار سنسور های مادون قرمز

[Adel00 5292]

نحوه کار سنسور های مادون قرمز

 

در طبیعت ما رنگ هایی رو داریم که قابل دیدن هستند مثل : آبی ، زرد ، قرمز ، بنفش ، صورتی و … ، اما رنگ هایی هم وجود دارند که دیده نمیشوند ، به نظر شما در رنگین کمان چند رنگ وجود دارد؟ ۷ رنگ !

 

بله در رنگین کمان ۷ رنگ وجود داره که دیده میشه ، که عبارت هستند از:

 

قرمز : نارنجی : زرد : سبز : آبی : نیلی : بنفش

 

اما آیا رنگ دیگری وجود ندارد ؟

 

جواب مثبت است ، دو رنگ دیگر وجود دارد که ما با چشم غیر مصلح ان را نمیبینیم آن رنگها ماواری بنفش (بالاتر از بنفش) و مادون قرمز (پایین تر از قرمز ) است.

 

 

در بازار الکترونیک شما با دیود های نوری به رنگ آبی زرد قرمز و … برخورد کرده اید و حتما از آنها استفاده هم میکنید ، به همین صورت دیود هایی داریم که نور مادون قرمز تولید میکنند که اگر انها را روشن کنید با چشم غیر مصلح دیده نمیشود و حتما باید با دوربین عکاسی یا فیلم برداری به آن نگاه کنیم ؛ به همین ترتیب گیرنده هایی داریم که قادرند نور مادون قرمز و شدت آن را تشخیص دهند که نمایی از شکل ظاهری انها در زیر آمده است.

 

اگر قبل از روشن کردن قرستنده در مقابل گیرنده با دستگاه مقاومت سنج (اهم متر) مقاومت دو سر گیرنده را اندازه بگیرید میبینید که مقاومت زیادی حدود ۱۰۰ کیلواهم دارد که تقریبا مثل یک کلید باز عمل میکند ولی هنگامی که فرستند را در نزدیکی گیرنده روشن میکنید مقاومت بین پایه های آن کم میشود و تقریبا مثل یک کلید بسته عمل می نماید .

 

 

وقتی کلید بسته است خروجی به صفر ولت و وقتی کلید باز است خروجی با مقاومت به ۵ ولت متصل میشود . حال اگر فرستنده دائما روشن باشد و یک جسمی جلوی رسیدن نور را به گیرنده بگیرد باز هم کلید باز است چون نور فرستنده به گیرنده نرسیده که آنرا وصل کند.

 

 

 

از این روش ، ما در روبات تعقیب خط برای پیدا کردن خط مشکی کِدر روی زمینه سفید و براق استفاده میکنیم .

 

 

 

به این ترتیب که اگر نور به طور کامل منعکس شد خطی در کار نیست اما اگر نوری منعکس نشد یا خیلی کم منعکس شد متوجه میشویم که روبات روی خط است .

[Adel00 5292]

سنسور مادون قرمز غير فعال: (Passive Infrared Barrier)

"سنسورهای مادون قرمز غير فعال" قطعاتي الکترونیکی هستند که تشعشعات مادون قرمز از اجسام و اهداف را اندازه گیری می کند. به این سنسورها " PIR" گفته می شود که از مخفف Passive InfraRed sensors گرفته شده است.

 

PIR ها گاهی برای آشکارسازی اهداف متحرک بکار می روند، به این صورت که منبع انتشار اینفرارد با یک دما، مانند بدن، از جلوی منبع اینفرارد دیگر با دمای دیگر، مانند دیوار عبور می کند و بر اساس این تغییر آشکار سازی صورت می گیرد.

 

همه اشیاء اینفرارد (مادون قرمز) تشعشع می کنند. این تشعشع از دید انسان نامرئی است ولی می تواند با وسایل الکترونیکی که برای این هدف ساخته شده اند، آشکار شود. عبارت "پسیو" در این سنسور به این معنی است که این سنسور از خود هیچ نوع انرژی ساتع نمی کند، و فقط تشعشعات اینفرارد را از قسمت جلوئی سنسور (Sensor Face) دریافت می کند. در هسته یا مرکز PIR یک یا دسته ای از سنسورهای نیمه هادی وجود دارد، که مساحت تقریبی آن یک چهارم اینچ مربع است. این ناحیه از مواد گرما برقی (pyroelectric) ساخته شده است.

 

سنسورهای فعلی روی چیپ ها از مواد گرما برقی طبیعی یا مصنوعی و معمولا به صورت یک غشا یا لایه نازک ساخته می شوند. بعضی از ترکیبات عبارتند از: گالیوم نیترید (GaN)، کاسیم نیترات (CsNO3)، پلى وينيل فلوراید، مشتقات فنیل پیرازین و لیتیوم تانتالیک (LiTaO3) که مانند کریستال است و خواص پیرو الکتریک و پیزو الکتریک -ويژگى برخى کريستالها که به هنگام اعمال ولتاژ به انها تحت فشار قرار مى گيرند يا به هنگام قرار گرفتن در معرض فشار مکانيکى يک ولتاژ توليد مى کنند- را با هم دارد.

 

سنسور PIR اغلب به عنوان قسمتی از مدارات مجتمع ساخته می شود و ممکن است شامل یک، دو، سه یا چهار "پیکسل"، شامل مساحتهای مساوی از مواد گرما برقی باشد. ممکن است سنسورها را به صورت جفتهائی به ورودیهای مخالف تقویت کننده های تفاضلی متصل کنند. در چنین ترکیبی اندازه گیریهای PIR ها یکدیگر را خنثی کرده و در نتیجه اندازه متوسط دمای میدان دید از سیگنال الکتریکی برداشته می شود. این به سنسور اجازه می دهد تا در مقابل آشکارسازی خطا که ناشی از تشعشعات نوری یا روشنائی های بزرگ است، مقاومت کند.

 

نورهای روشن پیوسته می تواند این سنسور را اشباع کرده و باعث می شود تا سنسور نتواند اطلاعات بیشتری را ثبت کند. در عین حال این ترکیب تفاضلی، تداخل مد مشترک را مینیمم می کند که مانع از راه اندازی ناشی از میدانهای الکتریکی نزدیک به وسیله می شود. به هر حال این ترکیب نمی تواند دما را اندازه گیری کند و مختص آشکار سازی اشیاء متحرک است.

[Adel00 5292]

سنسور مادون قرمز فعال: (Active Infrared Barrier)

سنسور مادون قرمز فعال جزء سنسورهایی است که در حفاظت محیط پیرامون و در فضای باز مورد استفاده قرار می‌گیرد ولی به دلیل ماهیت عملکرد و دقت متوسط سنسور بیشتر در محیط‌هایی که سطح متوسطی از حفاظت مورد نظر است به کار گرفته می‌شود. محوطه‌های تجاری و مسکونی از این جمله‌اند. این سنسور از یک فرستنده و یک گیرنده تشکیل شده است که اشعه الکترومغناطیس با طول موج در حدود 900 نانومتر تولید می‌کنند. این طول موج در محدوده مادون قرمز واقع می‌شود و به این دلیل به این پرتوها، پرتوهای مادون قرمز (Infrared Beams) گفته می‌شود.

 

سنسور با برد کوتاه برای کاربردهای داخلی یا کاربردهایی مانند پوشش درب و پنجره استفاده شده و سنسورهای با برد بالا برای حفاظت محوطه های وسیعتر استفاده می‌شود. درصورتی‌که اشعه مادون قرمز بین فرستنده و گیرنده توسط مانعی قطع شود گیرنده اشعه را دریافت نمی‌کند و زمینه اعلام آلارم فراهم میظشود.

 

درصورتی‌که بین فرستنده و گیرنده تنها یک اشعه ارسال شود، قرار گرفتن یک مانع کوچک در مسیر اشعه موجب فعال شدن سیگنال آلارم می‌شود و علاوه بر این یک فرد متجاوز که با اصول عملکرد سیستم آشنا باشد با تخمین محل اشعه و پریدن از روی اشعه یا رد شدن از زیر آن می‌تواند سنسور را فریب داده و بدون دیده شدن به محیط تحت حفاظت وارد شود.

 

به‌همین دلیل در اکثر کاربردهای فضای باز بیش از یک اشعه مادون قرمز بین فرستنده و گیرنده ارسال می‌شود به این ترتیب در صورت قطع شدن یک اشعه توسط یک پرنده آلارم اعلام نمی‌شود اما در اثر قطع شدن چند اشعه در اثر ورود یک شیء بزرگتر سیگنال آلارم سنسور فعال می‌شود.

 

این سنسورها در برابر باران و مه به سادگی دچار مشکل می‌شوند و همین امر موجب می‌شود در کاربردهای معمولی با سطح حفاظت متوسط به‌کار گرفته شوند. وجود قطرات آب در مسیر اشعه ها موجب انحراف و افت زیاد سیگنال مادون قرمز می‌شود و سیگنال رسیده به گیرنده به قدری ضعیف می‌شودکه قابل آشکارسازی نبوده و اعلام آلارم می‌شود.