Applications industrielles et grand public pour LED IR

Les ondes infrarouges font partie du spectre électromagnétique, et se situent entre les longueurs d'ondes les plus longues de la lumière visible et les plus courtes des micro-ondes. Invisible à l'œil humain mais détectable sous forme de chaleur, le rayonnement infrarouge (IR) couvre la plage comprise entre 760 nm et 1 mm. La bande IR se divise en composantes supplémentaires, y compris la gamme proche infrarouge (NIR) de 760 nm à 1400 nm (Figure 1).

Figure 1 : Spectre électromagnétique avec la zone infrarouge en surbrillance. Le spectre proche infrarouge occupe les longueurs d'ondes entre 760 nm et 1400 nm et est utilisé dans une variété d'applications. (Source de l'image : Broadcom)

Fonctionnement des applications NIR

Le proche infrarouge est particulièrement utile car il facilite la communication sans fil. Dans la plupart des applications, la détection sans contact utilisant le proche infrarouge fonctionne en appairant un émetteur IR à un récepteur.

Une télécommande de téléviseur, par exemple, utilise le rayonnement NIR. Lorsque l'on appuie sur un bouton de la télécommande, le circuit interne convertit l'action en code binaire et le transmet à l'émetteur IR. L'émetteur envoie ensuite les informations codées sous forme d'impulsions de lumière NIR. À l'autre extrémité, le capteur appairé au téléviseur reçoit les impulsions et les reconvertit en code binaire pour exécuter des commandes spécifiques.

La méthode par laquelle les applications utilisent la combinaison émetteur-récepteur peut varier. Comme dans l'exemple de la télécommande, le récepteur décode les signaux de l'émetteur. Dans d'autres cas, il peut activer un déclencheur lorsque le rayonnement est bloqué. De tels modèles basés sur des interruptions sont utilisés dans les applications de détection des personnes ou des objets.

Pour éviter les interférences de signaux externes, un récepteur est conçu pour détecter une longueur d'onde spécifique, nécessitant que le rayonnement transmis par un émetteur ait une longueur d'onde correspondante précise et une intensité suffisante. L'émetteur HSM8-C120 IR ChipLED (Figure 2) de Broadcom est un exemple de LED NIR pouvant être utilisée dans diverses applications, notamment l'électronique grand public, les compteurs intelligents, et plus.

Figure 2 : L'émetteur LED HSM8-C120 ChipLED IR de Broadcom offre une longueur d'onde de crête de 850 nm et une empreinte compacte, ce qui le rend particulièrement adapté aux circuits imprimés denses. (Source de l'image : DigiKey)

Le HSM8-C120 est un émetteur ChipLED IR à montage en surface à émission latérale avec une empreinte compacte de 1,6 mm par 0,93 mm, et il convient à une large gamme d'applications à espace restreint.

Il a une longueur d'onde de crête de 850 nm et un angle de visualisation de 150°, et il est compatible avec le placement automatique standard et le soudage par refusion infrarouge.

Applications des LED NIR

Détecteurs de fumée photoélectriques - Les LED IR utilisent le principe de base de l'intrusion d'objets pour détecter la présence de fumée, en utilisant un émetteur et un photodétecteur dans la même unité. En conditions de fonctionnement normales, la LED émet un rayonnement infrarouge qui entraîne la production d'un courant électrique par le détecteur. Cependant, la présence de fumée perturbe la trajectoire du rayonnement et le disperse. En conséquence, le courant net enregistré par le photodétecteur diminue et déclenche une alarme. Les LED IR sont particulièrement utiles dans cette application en raison de leur capacité à pénétrer la fumée et à détecter des particules plus petites et plus denses.

Cette catégorie comprend non seulement les détecteurs de fumée photoélectriques, mais également ceux qui mesurent le niveau d'ionisation de l'air. Cependant, ces derniers sont connus pour produire des faux positifs. Le déclenchement provoqué par la fumée de cuisson est particulièrement problématique. C'est pourquoi les détecteurs de fumée dans les habitations doivent réussir le « test du hamburger », c'est-à-dire qu'ils ne doivent pas être déclenchés par la fumée de cuisson. Les LED IR résistent aux effets des particules de fumée de cuisine et provoquent donc moins de fausses alarmes. Les LED IR peuvent également être intégrées à d'autres systèmes, tels que des détecteurs de chaleur, de gaz et de flux d'air, fournissant ainsi des informations en temps réel sur les situations dangereuses.

Appareils électroménagers - Outre leur utilisation dans les télécommandes, les capteurs IR sont également utilisés dans les machines à laver pour détecter les niveaux d'eau, ou dans les robots nettoyeurs pour éviter les obstacles sur leur trajectoire. Des capteurs similaires dans les fours à micro-ondes peuvent détecter une porte ouverte et émettre des alertes. Les robinets automatiques, les distributeurs de savon et les sèche-mains peuvent tous utiliser les capacités de détection d'obstacles et de proximité des LED IR.

Barrières immatérielles de sécurité - La sécurité des travailleurs est primordiale lorsqu'ils interagissent avec des équipements industriels lourds ou dangereux dans les ateliers de fabrication, les entrepôts, les chantiers de construction ou d'autres environnements industriels. Les barrières physiques peuvent être encombrantes et difficiles à installer. Les LED IR, beaucoup plus légères et faciles à transporter que les barrières physiques, constituent donc une alternative efficace. Elles peuvent également être configurées pour s'adapter à différentes formes et tailles, en fonction de la zone à couvrir.

La barrière immatérielle de sécurité à LED IR (Figure 3) fonctionne sur le principe de la détection d'objets pour éviter les accidents. Elle se compose d'un réseau d'émetteurs LED IR avec des photodiodes servant de récepteurs. Les LED émettent des faisceaux lumineux IR synchronisés et parallèles, couvrant toute la zone à surveiller. La grille est ainsi inondée de lumière IR, qui est modulée à une fréquence spécifique et unique, détectée par les photodiodes. Si la barrière IR détecte un objet dans son champ, cela indique probablement une situation dangereuse et un avertissement peut être déclenché. Par exemple, si une main ou un bras pénètre dans le champ du faisceau, la machine peut s'arrêter automatiquement pour éviter toute blessure.

Figure 3 : Les barrières immatérielles de sécurité, lorsqu'elles fonctionnent sans être interrompues par des objets, émettent et reçoivent des signaux IR, comme illustré à gauche. Lorsque les faisceaux IR sont perturbés par un objet, comme illustré à droite, une réponse appropriée peut être déclenchée. (Source de l'image : Broadcom)

Compteurs intelligents - Les objectifs d'économie d'énergie et d'utilisation responsable incluent la consommation d'électricité limitée à la quantité uniquement nécessaire. Les compteurs intelligents jouent un rôle important à cet égard, en permettant aux consommateurs de voir leur consommation d'électricité en temps réel et de l'ajuster en conséquence. Ils contribuent également à détecter plus rapidement les fuites et les dysfonctionnements, et aident les fournisseurs à fixer les prix selon une échelle mobile en fonction des modèles de consommation aux heures de pointe.

Dans les compteurs intelligents, les LED IR sont utilisées pour la transmission bidirectionnelle de données sur de courtes distances. Les LED IR émettent des impulsions lumineuses infrarouges cryptées, qui sont reçues par une photodiode sur le dispositif de collecte de données. Les impulsions peuvent relayer une série d'informations numériques, s'étendant des relevés de consommation d'énergie aux données de diagnostic. Pour une sécurité accrue, les impulsions IR sont dotées d'une signature spéciale que les détecteurs utilisent pour la vérification.

Conclusion

Qu'il s'agisse de l'utilisation d'appareils électroménagers ou de la transmission de données de diagnostic, le HSM8-C120 est particulièrement adapté aux conceptions exigeant un émetteur IR hautes performances. Parmi ses nombreux avantages figurent un faible encombrement, une utilisation efficace de l'énergie et une sortie stable.