“Infrarot & Co.”

18 OCTOMBRIE 2008

Deseori, micile neajunsuri ale vieţii cotidiene sunt cele care decid succesul unui produs. Ştergătoare de parbriz care se adaptează automat la intensitatea ploii. Imprimantă color, care reglează cantitatea de cerneală în funcţie de calitatea hârtiei. Monitoare care se adaptează automat la condiţiile de lumină ambiantă. Senzori optici care ne ajută la perceperea reacţiilor. Să ne închipuim un cerb care sare din întuneric în faţa maşinii – iar în ultimul moment, apăsaţi pe frână ca urmare a avertizării emise de un sistem optic de avertizare. Senzorii optici oferă astăzi un grad mai ridicat de siguranţă în situaţii potenţial critice. Sistemele active infraroşu de vedere pe timp de noapte iluminează şoseaua şi ne avertizează cu privire la obstacole pe care ochiul uman nu le poate percepe destul de repede pe întuneric. Ledurile cu infraroşu pot fi utilizate la fel ca şi cele laser, ca surse de lumină.
Laserul este necesar în special atunci când discutăm despre supravegherea distanţelor. Sistemele pre-crash contribuie la menţinerea consecinţelor coliziunilor la un nivel cât se poate de scăzut. Tehnologia infraroşu activă modernă însemnă că însăşi evenimentele din zonele întunecate pot fi făcute vizibile, în mare măsură. Avantajul principal al luminii infraroşu este acela că nu poate fi percepută de către ochiul uman. Astfel, aceasta se potriveşte chiar şi în zone în care iluminarea intensivă ar putea fi considerată deranjantă, cum ar fi în centrele istorice ale oraşelor. Acest lucru creşte atât siguranţa percepută, cât şi siguranţa obiectivă.

Leduri cu infraroşu: Invizibile, însă extrem de eficiente
Ledurile cu infraroşu emit lumină în zona aflată între 700nm şi 1000nm, care nu este vizibilă ochiului uman, însă care poate fi detectată foarte uşor de diode fotoelectrice sau de tranzistori fotoelectrici din siliciu. Lungimea de undă emisă depinde de materialul utilizat în chip-urile semiconductorilor. Caracteristici importante ale ledurilor cu infraroşu sunt – pe lângă lungimea de undă şi viteza de comutare – direcţia emisiei (orientate în lateral, în sus sau în jos) şi deschiderea unghiului (influenţează capacitatea optică a luminii pe direcţia înainte). OSTAR-Observation de la Osram este considerat a fi cel mai puternic LED-IR 850nm al clasei sale şi permite supravegherea sigură a spaţiilor largi. În special pentru sisteme de supraveghere video şi pentru utilizarea aparatelor de vedere pe timp de noapte, ele emit pe o lungime de undă potrivită în special pentru sisteme video CMOS/CCD. Pe lângă sistemele generale de supraveghere, posibile aplicaţii pentru surse de lumină IR OSTAR-Observation sunt transferul de date IR şi sistemele de asistenţă pentru şoferi. Datorită designului lor compact şi plat, precum şi a puterii ridicate a razei, OSTAR-Observation poate fi integrată fără probleme în numeroase aplicaţii. Iar acest lucru deschide noi posibilităţi de utilizare, care nu erau disponibile aparatelor IR obişnuite.
Suplimentar faţă de comportamentul optic optimizat, tehnologia cu film subţire AIGaAs utilizată la OSTAR-Observation oferă particularităţi electrice îmbunătăţite faţă de tehnologiile tradiţionale standard-chip. Aceste îmbunătăţiri duc la o tensiune de penetrabilitate puternic scăzută. Totodată, ele permit curenţi de penetrare mai ridicaţi pentru o temperatură definită a stratului de baraj.
OSTAR-Observation este compusă dintr-o componentă acţionată electric, în care oscilaţiile reduse de tensiune la intrare pot genera diferenţe importante de curent pentru aparat şi astfel modificări în puterea de ieşire generată. Din acest motiv, la alegerea şi dezvoltarea unui comutator amplificator potrivit trebuie asigurată o stabilizare electrică corespunzătoare.

Management termic – elementul esenţial al surselor de lumină IR
Pentru a avea siguranţa şi randamentul optim al surselor de lumină IR cum este OSTAR-Observation, este necesar un management termic corespunzător. În principiu, există două limitări principale pentru temperatura maximă admisă. În primul rând, la OSTAR-Observation este interzisă depăşirea temperaturii maxime admise pentru placa de bază TB de 125°C. În al doilea rând, temperatura maximă a stratului de baraj este limitată la 145°C. Întrucât aceste temperaturi depind de curentul de exploatare şi de modul de operare (curent constant sau mod puls), curenţii maximi admişi care sunt specificaţi în fişa de date, dau un TB de până la 125°C pentru utilizarea în curent constant şi TB = 85°C pentru diferite moduri de utilizare în puls. Astfel spre exemplu, curentul constant maxim admis este de 1A pentru o temperatură a plăcii de bază de TB = 85°C şi 600mA la 110°C. Depăşirea temperaturii maxime a stratului de baraj de 145°C poate duce la defectări ireparabile ale chip-urilor şi o avariere spontană a aparatului. La diodele luminiscente, modificarea temperaturii stratului de baraj TJ – în cadrul domeniului de temperatură permis – afectează mai mulţi parametri ai ledului.
Ca rezultat, tensiunea de penetrabilitate, puterea razei, lungimea de undă şi durata de viaţă a ledului sunt influenţate de temperatura stratului de baraj.

Senzori pentru lumina înconjurătoare: flexibili şi adaptabili
Datorită potenţialului de utilizare divers al senzorilor pe diferite pieţe verticale au luat permanent naştere diverse inovaţii, cum ar fi senzorul de lumină înconjurătoare (Ambient Light Sensor) SFH5711 produs de Osram Opto Semiconductors. Este vorba despre primul senzor care reproduce exact caracteristicile ochiului uman. El poate fi adaptat fiecărei situaţii şi este utilizat acolo unde sistemele trebuie să se adapteze la condiţiile luminii înconjurătoare aşa cum este percepută de ochiul uman. El sesizează chiar şi cele mai mici modificări ale nivelului de lumină şi permite reglaje aproape continue, în funcţie de parametrii programaţi ai mediului înconjurător.
Senzorii pentru lumina înconjurătoare (Ambient Light Sensors) sunt utilizaţi peste tot unde un anumit aparat trebuie adaptat luminii înconjurătoare în modul în care este aceasta percepută de către om, de exemplu iluminarea afişajelor aparatelor mobile sau a panourilor de instrumente din autovehicule.
Acestea sunt concepute astfel, încât să recunoască nivelul de luminozitate în acelaşi fel ca şi ochiul uman. În acest sens, senzorii trebuie să aibă o sensibilitate spectrală asemănătoare celei a ochiului uman. Economice şi extrem de exacte SFH 5711 are o sensibilitate logaritmică, iar aceasta garantează exactitatea maximă a întregului spectru de lumină, începând de la răsărit şi până la apusul soarelui. Rezultatele utilizării în aplicaţii a senzorilor lineari se dovedesc a fi mult prea inexacte.
În graficul 1 se poate recunoaşte faptul că sensibilitatea maximă a unui detector Si standard se află în domeniul IR, care este invizibil ochiului uman. Însă lămpile iluminează această “zonă invizibilă”, fapt pentru care un detector Si standard “vede” multă lumină exact acolo unde ochiul uman nu vede de fapt nimic. Această asemănare cu caracteristicile ochiului uman este cea mai importantă unitate de măsură pentru randamentul senzorului la lumină înconjurătoare. Urmarea se poate vedea în graficul 2. Acesta prezintă semnalele detectorului pentru diferite tipuri de becuri, în aceleaşi condiţii de luminozitate.
Pentru ochiul uman, toate aceste surse de lumină sunt la fel de puternice.
Toate semnalele din al doilea grafic au fost măsurate cu lumină normată A, o sursă de lumină de referinţă cu spectru definit. Graficul 2 ilustrează devierile în măsurarea nivelului de luminozitate a unor detectori diferiţi în comparaţie cu ochiul uman. De exemplu un bec emite un aport ridicat de lumină IR, care este recunoscută perfect de către detectorul Si, însă rămâne nevăzută ochiului uman. În comparaţie, tuburile luminiscente nu emit multă lumină IR. Din acest motiv, semnalele detectoarelor Si standard sunt mult mai puternice la becuri decât la tuburi luminiscente, cu toate că ambele surse de lumină par la fel de puternice ochiului uman. Abaterea de la măsurarea luminozităţii la diferite surse de lumină poate fi văzută imediat din graficul 2. În comparaţie cu ochiul uman, semnalul detectorului Si standard este cu 3 procente mai mare la becuri şi cu 90 procente mai mic la tuburi luminiscente. Valorile corespunzătoare pentru SFH 5711 sunt de numai ~1 procent. Prin urmare, la conceperea unei aplicaţii cu senzor pentru lumina înconjurătoare trebuie luate în considerare toate sursele de lumină posibile.

Senzorii de orientare oferă “claritate”
Senzorii oferă noi funcţii produselor cu durată de viaţă scurtă, cum ar fi telefoanele mobile, PDA-urile şi camerele video, care le fac unice în comparaţie cu concurenţa. Astfel este de exemplu senzorul de orientare SFH7710 produs de Osram Opto Semiconductors, conceput pentru a recunoaşte orientarea aparatului electronic în care este montat. Senzorii de orientare pot fi utilizaţi peste tot unde poziţia verticală sau orizontală a unui aparat ar putea fi importantă. Acesta este cazul de exemplu la aparatele foto digitale, pentru a recunoaşte dacă imaginile au fost înregistrate pe înălţime sau pe lăţime, sau în general în aparate portabile cu monitor, în scopul rotirii imaginii conform poziţiei aparatului.
Ca senzor de orientare optomecanic, SFH7710 recunoaşte poziţii verticale şi orizontale. El se bazează pe o masă mobilă (o bilă din oţel) ghidată de forţa gravitaţională. Poziţia bilei corespunde orientării senzorului. Aceasta este stabilită printr-o barieră de lumină la sfârşitul cursei bilei. Bariera de lumină este compusă dintr-un fototranzistor şi un led. Atunci când fototranzistorul nu este blocat, acesta recepţionează lumină şi generează curent fotoelectric. Un ASIC comandă emiţătorul în pulsuri şi măsoară curentul fotoelectric, în timp ce emiţătorul este pornit şi comută senzorul de acţionare la masă (bila blochează lumina) sau în open drain (bila nu blochează lumina). Din acest motiv este necesară o rezistenţă pull-up, pentru a facilita o tensiune ridicată la open drain. Pentru a limita curentul de ieşire al senzorului atunci când curentul de ieşire este prea redus, rezistenţa pull-up ar trebui să fie de 10 kW sau 100 kW.

Laser pentru medicină – o binecuvântare a ştiinţei
Importanţa senzorilor optici pentru tehnica medicală nu poate fi apreciată pe deplin. Ei scutesc pacienţii de verificări de lungă durată şi ajută la evitarea procedurilor inutile. Senzorii optici sunt inima tomografiei computerizate. Detectori cu pixeli de înaltă calitate pot vizualiza structuri în domeniul submilimetric. Totodată, laserul cu diodă este acceptat pe scară largă în domeniul medical, începând cu îndepărtarea pilozităţii şi până la tratarea bolilor oculare cauzate de vârstă.
În special pentru pomparea optică a laserelor cu corp fix, Osram Opto Semiconductors a creat diodele laser de mare putere SIRILAS, utilizate de exemplu în aplicaţii medicale. Prin inovativul său corp de răcire şi prin carcasa sa ergonomică şi economică, SIRILAS oferă avantaje definitorii. Datorită carcasei sale modulare, SIRILAS este conceput special pentru integrarea în serii şi garantează o capacitate superioară de utilizare şi de întreţinere. SIRILAS generează 30 W dintr-o carcasă ermetică de numai 10 x 10 mm. Adevăratul element luminiscent are doar 6,4 mm lungime şi oferă o densitate de putere neegalată în clasa sa. SIRILAS este livrată cu o lungime de undă standard de 808 nm. La cerere, sunt disponibile şi alte lungimi de undă între 800 nm şi 1000 nm. Calitatea ridicată este obţinută prin utilizarea unei lentile integrate, care concentrează raza (tipic 1,4° divergenţă verticală, unghi solid, 1/e2). Canalele integrate reduc rezistenţa termică şi optimizează răcirea. Canalele sunt concepute în mod simplu şi reduc riscul blocării şi coroziunii.

Consultanţă şi asistenţă prin distribuitor
Întrucât senzorii de lumină sunt utilizaţi pe multiple pieţe şi în aplicaţii diverse, clienţii distribuitorilor se îndreaptă în special în acest segment în mare măsură pe competenţa consultanţei furnizorilor lor de servicii. În Center of Competence Power & Lighting creat în 2006, RUTRONIK îşi adună experienţa optoelectronică şi oferă clienţilor de pe întregul continent biroul său central de contact în ceea ce priveşte utilizarea LED-urilor şi senzorilor de lumină. “Consilierea noastră cuprinde o selecţie de senzori de lumină şi de LED-uri corespunzătoare, precum şi un sistem de comandă adecvat şi un management termic în timpul utilizării. Dispunem de structurile necesare, de experienţă tehnică şi practică din numeroase proiecte design-in în acest domeniu, pentru a asigura suport clienţii noştri în cel mai bun mod posibil la dezvoltarea aplicaţiilor şi pentru a crea dimensiunea necesară a transparenţei şi a know-how-ului prin transmiterea de cunoştinţe”, declară Martin Hetz, Product Sales Manager Opto Components. În această situaţie, distribuitorul trebuie să “creeze puntea” între cerinţele producătorilor de aparate sau a industriei furnizoare în cazul clientelei automotive, şi posibilităţile tehnice ale producătorilor de componente.

Author:
Stefan Haschke, inginer economic, Product Sales Manager IR & Laser Europe, Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH
www.osram.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre