Applicazioni industriali e consumer dei LED IR

Le onde infrarosse fanno parte dello spettro elettromagnetico e si collocano tra le lunghezze d'onda maggiori della luce visibile e quelle minori delle microonde. Invisibile all'occhio umano ma rilevabile come calore, la radiazione infrarossa (IR) si estende nell'intervallo tra 760 nm e 1 mm. La banda IR si divide in ulteriori componenti, tra cui il campo del vicino infrarosso (NIR) da 760 nm a 1400 nm (Figura 1).

Figura 1: Lo spettro elettromagnetico con evidenziata la regione dell'infrarosso. Lo spettro del vicino infrarosso occupa lunghezze d'onda comprese tra 760 e 1400 nm ed è utilizzato in numerose applicazioni. (Immagine per gentile concessione di Broadcom)

Come funzionano le applicazioni NIR

Il NIR è particolarmente utile perché facilita la comunicazione wireless. Nella maggior parte delle applicazioni, il rilevamento senza contatto tramite NIR funziona accoppiando un emettitore IR con un ricevitore.

Ad esempio, il telecomando del televisore utilizza la radiazione NIR. Quando si preme un tasto del telecomando, il circuito interno converte l'azione in codice binario e lo trasmette al trasmettitore IR, il quale a sua volta emette le informazioni codificate sotto forma di impulsi di luce NIR. All'altra estremità, il sensore accoppiato sul televisore riceve gli impulsi e li converte in codice binario per eseguire il comando specifico.

Il metodo con cui le applicazioni utilizzano la combinazione trasmettitore-ricevitore può variare. Nell'esempio del telecomando, il ricevitore decodifica i segnali del trasmettitore ma in altri casi, può innescare una reazione quando la radiazione viene bloccata. Tali modelli basati sull'interruzione trovano impiego in applicazioni di rilevamento di persone o di oggetti.

Per evitare interferenze esterne, un ricevitore è progettato per rilevare una specifica lunghezza d'onda, il che richiede che la radiazione trasmessa da un emettitore abbia una lunghezza d'onda corrispondente e precisa e un'intensità sufficiente. L'emettitore LED su chip IR HSM8-C120 (Figura 2) di Broadcom è un esempio di LED NIR utile in varie applicazioni, tra cui prodotti elettronici consumer, contatori intelligenti e altre.

Figura 2: L'emettitore LED su chip IR HSM8-C120 di Broadcom offre una lunghezza d'onda di picco di 850 nm e ha un ingombro compatto, che lo rende adatto a PCB dense. (Immagine per gentile concessione di DigiKey)

HSM8-C120 è un LED su chip IR a emissione laterale per montaggio superficiale con un ingombro compatto di 1,6 x 0,93 mm, che lo rende adatto a un'ampia gamma di applicazioni con vincoli di spazio.

Ha una lunghezza d'onda di picco di 850 nm, un angolo di visione di 150° ed è compatibile con gli standard del settore per posizionamento automatico in macchina e di saldatura a rifusione IR.

Applicazioni dei LED NIR

Rilevatori di fumo fotoelettrici - I LED IR sfruttano il principio di base dell'intrusione di oggetti per rilevare la presenza di fumo, utilizzando nella stessa unità un emettitore e un fotorilevatore. In condizioni di funzionamento ordinario, il LED emette una radiazione infrarossa che provoca la produzione di una corrente elettrica da parte del rilevatore. La presenza di fumo, tuttavia, interrompe il percorso e disperde la radiazione. Di conseguenza, la corrente netta registrata dal fotorilevatore diminuisce e innesca un allarme. I LED IR sono particolarmente utili in questa applicazione grazie alla loro capacità di penetrare il fumo e di rilevare le particelle più piccole e più dense.

I rilevatori di fumo fotoelettrici non sono gli unici prodotti di questa categoria. Ne esistono altri che misurano i livelli di ionizzazione dell'aria, tuttavia questi sono noti per generare molti falsi positivi. Gli allarmi per il fumo in cucina sono particolarmente problematici, quindi i rilevatori di fumo negli edifici residenziali devono superare il "test dell'hamburger", ossia non devono essere attivati dal fumo generato in cucina quando si scotta un hamburger alla piastra. I LED IR sono resistenti agli effetti delle particelle di fumo in cucina e quindi causano un minor numero di falsi allarmi. I LED IR possono anche integrarsi con altri sistemi, come i rilevatori di calore, di gas e di flusso d'aria, fornendo informazioni in tempo reale sulle situazioni di pericolo.

Elettrodomestici - Oltre a essere utilizzati nei telecomandi, i sensori a infrarossi delle lavatrici sono in grado di rilevare il livello dell'acqua, mentre i robot aspirapolvere utilizzano i sensori a infrarossi per evitare gli ostacoli sul percorso mappato. Sensori simili nel campo delle microonde possono rilevare una porta aperta ed emettere avvisi. Rubinetti automatici, distributori di sapone e asciugamani possono utilizzare le capacità di rilevamento ostacoli e di prossimità dei LED IR.

Barriere fotoelettriche di sicurezza - La sicurezza del personale è sempre prioritaria quando si lavora con attrezzature industriali di grandi dimensioni o pericolose in ambienti di produzione, nei magazzini, nei cantieri o in altri contesti industriali. Le barriere fisiche possono essere ingombranti e laboriose da installare, quindi i LED IR, che sono molto più leggeri e portatili, sono un'alternativa efficace. Possono anche essere allestiti per adattarsi a forme e dimensioni diverse, a seconda dell'area da coprire.

La barriera fotoelettrica di sicurezza a LED IR (Figura 3) funziona secondo il principio del rilevamento degli oggetti per prevenire gli incidenti. È costituita da una serie di emettitori LED IR con fotodiodi che fungono da ricevitori. I LED emettono fasci di luce IR sincronizzati e paralleli, coprendo l'intera area da monitorare. Di conseguenza, la griglia viene coperta dalla luce IR, modulata a una frequenza specifica e unica che i fotodiodi rilevano. Quando la barriera IR rileva un oggetto entro il suo campo, è probabile che si tratti di una situazione di pericolo e quindi può attivare un avviso. Ad esempio, se un operatore infila una mano o un braccio nel campo del fascio, la macchina può spegnersi automaticamente per evitare un infortunio.

Figura 3: Le barriere fotoelettriche di sicurezza, quando funzionano senza l'interruzione di un oggetto, emettono e ricevono segnali IR come mostrato a sinistra. Quando i raggi IR vengono disturbati da un oggetto, come mostrato a destra, è possibile avviare una risposta appropriata. (Immagine per gentile concessione di Broadcom)

Contatori intelligenti delle utenze - Gli obiettivi di conservazione dell'energia e di uso responsabile includono il consumo di elettricità solo nella misura necessaria. I contatori intelligenti delle utenze svolgono un ruolo significativo in questo senso, in quanto consentono ai consumatori di vedere in tempo reale l'utilizzo dell'energia elettrica, per regolarsi di conseguenza. Inoltre, aiutano a individuare più rapidamente perdite e guasti e contribuiscono alla determinazione dei prezzi delle utenze su una scala progressiva in base ai modelli di consumo nelle ore di punta.

Nei contatori intelligenti, i LED IR servono per la trasmissione bidirezionale dei dati su brevi distanze. I LED IR trasmettono impulsi di luce infrarossa criptati, ricevuti da un fotodiodo sul dispositivo di raccolta dati. Gli impulsi possono trasmettere una serie di informazioni digitali, dalle letture del consumo energetico ai dati diagnostici. Per una maggiore sicurezza, gli impulsi IR hanno una firma speciale che i rilevatori utilizzano per la verifica.

Conclusione

Che si tratti di apparecchi consumer o della trasmissione di dati diagnostici, HSM8-C120 è particolarmente adatto a progetti che richiedono un emettitore IR ad alte prestazioni. I suoi numerosi vantaggi includono un ingombro compatto, un uso efficiente dell'energia e un output stabile.