Hvordan bygge en infrarød avstands detektor som fungerer på 20 Feet

Infrarød er et praktisk område av spekteret for mange anvendelser. Det er usynlig for det menneskelige øye, men infrarød stråling fungerer etter samme regler som synlig lys. Infrarød bruker samme generelle type linser, speil, kilder og detektorer som synlige optikk. Det er noen forskjeller i materialer, men prinsippene er de samme. Så hvis du ønsker å gjøre noe som følelse avstanden fra et objekt, kan du bruke infrarød for å skape et optisk system, men la det være helt diskret for mennesker.

Bruksanvisning

1 Beregne mengden av energien som er nødvendig for å oppnå et signal-til-støy-forhold på 10 ved detektoren. For en grov tilnærming, antar støy er alt i mørkestrøm, så se på dokument for din detektor og finne responsivitet og mørkestrøm for detektor.
For illustrasjonens skyld, antar man har en detektor med en responsivitet på 0,95 amp / watt, og en mørk strøm av en nA, som er 10 ^ -9 ampere. For å få 10 nA av strøm, må du 10nA / 0,95 watt infrarød makt, noe som tilsvarer 1,1 x 10 ^ -8 W.

2 Beregne mengden av infrarød energi som trengs fra objektet. Siden du bruker en 2-tommers diameter objektiv, synes objektivet til inneslutter en solid vinkel (pi x (1/12) ^ 2) / 20 ^ 2 = 5,5 x 10 ^ -5 sr (steradian). Dette er egentlig et mål på hvor stor detektoren ser ut fra objektet som gjør det reflekterende. For eksempel system, trenger din detektor for å samle inn 1,1 x 10 ^ -8 watt i 5,5 x 10 ^ -5 sr, som er 2,0 x 10 ^ -4 W / sr.

3 Finne ut hvor mye energi trenger å treffe målet. Anta gjenstand reflekterer lyset jevnt tilbake i den retning i hvilken det blir belyst. Den slags et objekt kalles en Lambertian sprednings, og det reflekterer lyset som treffer den til en solid vinkel på 2 x pi steradian.
Eksempelet system, så trenger å sette ut 2,0 x 10 ^ -4 W / sr over hele 2 x pi vinkel, noe som betyr at det gjenspeiler 2 x pi x 2,0 x 10 ^ -4 W = 1,3 x 10 ^ -3 W eller 1,3 mW.

4 Finn en kilde som vil levere riktig mengde strøm til objektet. For eksempel systemet, finner en 1,55 um-laser som vil levere en strøm på 1,3 mW til objektet. Fest laser til monteringsplattform slik at den peker rett ut.

5 Sett båndpassfilter foran fotodetektoren og fest enheten til objektivet. Monter det på fundamentet, stilt opp i den retningen for å samle laserlyset og sette den på detektoren.

6 Drive systemet med en gjenstand på ulike avstander, registrering av spenningen som en funksjon av avstand. Bruke disse dataene for å skape en kurve som vil gi distanse som en funksjon av spenning.

Hint

• Du har mange valg i utformingen av et infrarødt system. Den prosessen som er beskrevet her vil hjelpe deg å vurdere resultatene av ethvert system du velger. Det er ytterligere komplikasjoner avhengig av kvaliteten av optikken, egenskapene av objektet, og kostnader, volum, og elektriske kraftbegrensninger, men denne fremgangsmåten vil det enklere å vurdere ulike tilnærminger.
• Laseren er valgt her opererer på 1,55 mikrometer, en bølgelengde som er "eye-safe", men det betyr ikke at det er ingen fare, bare at helserisikoen er minimal. Vær trygg, og ikke se inn i strålen.