红外 LED 的工业和消费应用

红外线是电磁波谱的一部分，介于波长较长的可见光和波长较短的微波之间。红外辐射 (IR) 的波长范围在 760 nm 到 1 mm 之间，人眼无法看到，但可以探测到其热量。红外波段分为多个部分，包括从 760 nm 到 1400 nm 的近红外 (NIR) 范围（图 1）。

图 1：突出显示红外区域的电磁波谱。近红外光谱的波长在 760 nm - 1400 nm 之间，适合多种应用。(图片来源：Broadcom）

NIR 应用如何工作

NIR 尤其有用，因为它有利于无线通信。在大多数应用中，使用 NIR 的非接触式检测是将 IR 发射器与接收器配对使用。

例如，电视遥控器就使用了 NIR 辐射技术。按下遥控器上的按钮时，内部电路会将按钮动作转换成二进制代码，并将其转发给 IR 发射器。然后，发射器以 NIR 光脉冲的形式发射编码信息。在另一端，电视机上的配对传感器接收脉冲，并将其转换回二进制代码，以执行具体的命令。

在各种应用中，发射器和接收器组合的使用方法各不相同。与遥控器类似，接收器对发射器发出的信号进行解码。在其他情况下，当辐射受阻时会触发触发器。这种基于中断的模式可用来检测人或物体。

为避免外部信号干扰，接收器设计为仅探测特定波长，这要求发射器发射的光线具有相匹配的精确波长以及足够的强度。例如，Broadcom 的 HSM8-C120 IR ChipLED 发射器（图 2）就是一款 IR LED，可用于包括消费电子产品、智能电表等在内的多种应用。

图 2：Broadcom 的 HSM8-C120 ChipLED IR LED 发射器峰值波长为 850 nm，体积小巧，非常适合高密度 PCB 电路。(图片来源：DigiKey）

HSM8-C120 是一款侧面发光表面贴装式 IR ChipLED，封装小巧，仅为 1.6 mm x 0.93 mm，适用于空间有限的各种应用。

该 LED 的峰值波长为 850 nm，视角为 150°，兼容行业标准的自动贴片机和红外回流焊。

NIR LED 的应用

光电烟雾探测器 —— IR LED 利用物体入侵的基本原理来探测烟雾，在同一探测器中集成了发射器和光电探测器。在常规工作条件下，LED 发出红外射线，使探测器产生电流。然而，烟雾的存在扰乱了红外线发射路径并使其发生散射。因此，光电探测器记录的净电流会减小并触发警报。IR LED 能够穿透烟雾，探测较小且较密集的颗粒，因此特别适合这种应用。

光电式烟雾探测器并不是这类探测器中的唯一类型，其他例如测量空气电离水平的探测器。然而，这些都是人们熟知的会出现假阳性（误报）的探测器。烹饪烟雾引发的此类问题尤其严重，因此住宅楼内的烟雾报警器必须通过“汉堡包测试”，即烹饪烟雾不会触发报警器。IR LED 不受厨房烟雾微粒的影响，因此误报率较低。IR LED 还可以与如热量、气体和气流探测器等其他系统集成使用，从而获得更多有关危险情况的实时信息。

家用电器 —— 除了用于遥控器外，洗衣机中的红外传感器还能检测水位，而机器人清洁器则利用红外传感器避开映射路径上的障碍物。微波炉中也有类似传感器，可以检测到门是否打开并发出相应的警报。自动水龙头、皂液分配器和干手机都可以使用 IR LED 的障碍物和近距离检测功能。

安全光幕 —— 在生产车间、仓库、建筑工地或其他工业环境中使用大型或危险工业设备时，工人的安全始终首要考虑事项。物理屏障体积庞大，设置起来非常费力，而 IR LED 比物理屏障更轻巧、更便携，是一种有效的替代品。IR LED 还可以根据需要把所覆盖的区域设置成不同的形状和大小。

IR LED 安全光幕（图 3）的工作原理是探测物体，防止发生意外。安全光幕由红外 LED 发射器阵列和作为接收器的光电二极管组成。LED 发出同步且平行的红外光束，覆盖整个需要监控的区域。因此，整个光幕笼罩在红外光中，这些红外光被调制至光电二极管可识别的唯一且特定的频率。当红外幕帘的区域内有物体时，很可能表示出现了不安全情况，并可能触发警告。例如，如果手或手臂进入光束区域，机器就会自动停机，以防止受伤。

图 3：安全光幕在无物体干扰的情况下工作时，如左图所示发射和接收红外信号。如右图所示，当红外光束受到物体干扰时，可启动相应的响应。(图片来源：Broadcom）

智能公用事业电表 —— 旨在节约用电和负责任用电，其目标包括只消耗必要的电量。借助智能公用事业电表，消费者能实时了解自己的用电情况并做出相应的调整，因此在这方面发挥了重要作用。这类电表还有助于更快地发现漏电和故障，可协助根据高峰时段的用电模式，以阶梯方式对公用事业服务定价。

在智能电表中，IR LED 用于短距离双向数据传输。IR LED 发射经过加密的红外光脉冲，数据收集器件上的光电二极管接收这些脉冲。脉冲可传递一系列数字信息，从能耗读数到诊断数据。为了提高安全性，IR 脉冲具有特殊签名，便于探测器利用该签名进行验证。

结语

无论是消费类电器还是传递诊断数据，HSM8-C120 都特别适合需要高性能 IR 发射器的设计。该器件封装小、能源利用效率高、输出稳定等许多优点。