Aplicaciones industriales y de consumo de los LED IR

Las ondas infrarrojas forman parte del espectro electromagnético, situado entre las longitudes de onda más largas de la luz visible y las más cortas de las microondas. Invisible para el ojo humano pero detectable en forma de calor, la radiación infrarroja (IR) abarca la gama comprendida entre 760 nm y 1 mm. La banda IR se divide en componentes adicionales, incluida la gama del infrarrojo cercano (NIR) de 760 nm a 1400 nm (Figura 1).

Figura 1: El espectro electromagnético con la región infrarroja resaltada. El espectro infrarrojo cercano ocupa longitudes de onda entre 760 y 1400 nm y se utiliza en diversas aplicaciones. (Fuente de la imagen: Broadcom)

Cómo funcionan las aplicaciones NIR

El NIR es especialmente útil porque facilita la comunicación inalámbrica. En la mayoría de las aplicaciones, la detección sin contacto mediante NIR funciona emparejando un emisor IR con un receptor.

Un mando a distancia de televisión, por ejemplo, utiliza radiación NIR. Cuando se pulsa un botón del mando a distancia, un circuito interno convierte la acción en código binario y lo transmite al transmisor de infrarrojos. A continuación, el transmisor emite la información codificada en forma de impulsos de luz NIR. En el otro extremo, el sensor emparejado del televisor recibe los impulsos y los convierte de nuevo en código binario para ejecutar órdenes específicas.

El método por el que las aplicaciones utilizan la combinación emisor-receptor puede variar. Como en el ejemplo del mando a distancia, el receptor descodifica las señales del emisor. En otros casos, puede desencadenarse cuando se bloquea la radiación. Estos patrones basados en interrupciones se utilizan en aplicaciones que detectan personas u objetos.

Para evitar las interferencias de señales externas, un receptor se diseña para detectar una longitud de onda específica, lo que exige que la radiación transmitida por un emisor tenga una longitud de onda coincidente y precisa y una intensidad suficiente. El emisor IR ChipLED HSM8-C120 (Figura 2) de Broadcom es un ejemplo de LED NIR que puede utilizarse en diversas aplicaciones, como electrónica de consumo, contadores inteligentes, etc.

Figura 2: El emisor LED IR ChipLED HSM8-C120 de Broadcom ofrece una longitud de onda máxima de 850 nm y ocupa poco espacio, por lo que es idóneo para circuitos densos de placa CI. (Fuente de la imagen: DigiKey)

El HSM8-C120 es un ChipLED IR de emisión lateral y montaje en superficie con un tamaño reducido de 1.6 mm por 0.93 mm, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones con limitaciones de espacio.

Tiene una longitud de onda pico de 850 nm, un ángulo de visión de 150° y es compatible con la colocación automática en máquina y la soldadura por reflujo IR estándar del sector.

Aplicaciones de los LED NIR

Detectores de humo fotoeléctricos: los LED IR utilizan el principio básico de la intrusión de objetos para detectar la presencia de humo, utilizando un emisor y un fotodetector en la misma unidad. En condiciones de funcionamiento rutinarias, el LED emite radiación infrarroja que hace que el detector produzca una corriente eléctrica. Sin embargo, la presencia de humo interrumpe la trayectoria de la radiación y la dispersa. Como resultado, la corriente neta registrada por el fotodetector disminuye y activa una alarma. Los LED IR son especialmente útiles en esta aplicación debido a su capacidad para penetrar en el humo y detectar partículas más pequeñas y densas.

Los detectores de humo fotoeléctricos no son los únicos de esta categoría, como los que miden los niveles de ionización del aire. Sin embargo, son conocidos por sus falsos positivos. Los disparadores del humo de la cocina son especialmente problemáticos, por lo que los detectores de humo de los edificios residenciales deben superar la "prueba de la hamburguesa", lo que significa que no deben dispararse con el humo de la cocina. Los LED IR son resistentes a los efectos de las partículas de humo de la cocina y, por tanto, causan menos falsas alarmas. Los LED IR también pueden integrarse con otros sistemas, como detectores de calor, gas y flujo de aire, lo que proporciona más información en tiempo real sobre situaciones peligrosas.

Electrodomésticos: Además de su uso en mandos a distancia, los sensores IR de las lavadoras pueden detectar el nivel de agua, mientras que los robots limpiadores utilizan sensores IR para evitar obstáculos en la trayectoria trazada. Sensores similares en microondas pueden detectar una puerta abierta y emitir alertas. Los grifos automáticos, los dispensadores de jabón y los secadores de manos pueden utilizar la capacidad de detección de obstáculos y proximidad de los LED IR.

Cortinas ópticas de seguridad: La seguridad de los trabajadores es siempre fundamental cuando trabajan con equipos industriales grandes o peligrosos en la planta de fabricación, en almacenes, obras u otros entornos industriales. Las barreras físicas pueden ser voluminosas y laboriosas de instalar, por lo que los LED IR -mucho más ligeros y portátiles que las barreras físicas- ofrecen una alternativa eficaz. También pueden configurarse para adaptarse a diversas formas y tamaños, en función de la superficie que haya que cubrir.

La cortina óptica de seguridad IR LED (figura 3) funciona según el principio de detección de objetos para evitar percances. Consiste en una matriz de emisores LED IR con fotodiodos que actúan como receptores. Los LED emiten haces de luz IR sincronizados y paralelos, que cubren toda la zona que debe vigilarse. Como resultado, la rejilla se baña en luz infrarroja, que se modula a una frecuencia específica y única que detectan los fotodiodos. Cuando la cortina de infrarrojos tiene un objeto en su campo, probablemente indica una situación insegura y puede activar advertencias. Por ejemplo, si una mano o un brazo entra en el campo de rayos, la máquina puede apagarse automáticamente para evitar lesiones.

Figura 3: Las cortinas ópticas de seguridad, cuando funcionan sin interrupción de objetos, emiten y reciben señales IR como se muestra a la izquierda. Cuando los haces IR se ven interrumpidos por un objeto, como se muestra a la derecha, puede iniciarse una respuesta adecuada. (Fuente de la imagen: Broadcom)

Contadores inteligentes: Los objetivos de conservación de la energía y uso responsable incluyen consumir solo la electricidad necesaria. Los contadores inteligentes de los servicios públicos desempeñan un papel importante en estos resultados, ya que permiten a los consumidores ver su consumo de electricidad en tiempo real, lo que les permite ajustarlo en consecuencia. También ayudan a detectar fugas y averías con mayor rapidez y a fijar los precios de los servicios públicos en función de los patrones de consumo en horas pico.

En los contadores inteligentes, los LED IR se utilizan para la transmisión bidireccional de datos en distancias cortas. Los LED IR transmiten impulsos de luz infrarroja codificados, que son recibidos por un fotodiodo del dispositivo de recogida de datos. Los impulsos pueden transmitir información digital, desde lecturas de consumo de energía hasta datos de diagnóstico. Para mayor seguridad, los impulsos IR tienen una firma especial que los detectores utilizan para la verificación.

Conclusión

Tanto si se trata de aparatos de consumo como de retransmisión de datos de diagnóstico, el HSM8-C120 es especialmente adecuado para diseños que requieren un emisor de infrarrojos de alto rendimiento. Entre sus muchas ventajas, cabe destacar que ocupa poco espacio, consume poca energía y tiene un rendimiento estable.