IR LED 的工業與消費性應用

紅外線屬於電磁波頻譜的一部分，位於可見光的較長波長和微波的較短波長之間。人眼無法看見紅外線 (IR) 輻射，但能以熱能的方式進行偵測，其範圍介於 760 nm 至 1 mm 之間。IR 波段可分割成額外組成，包括 760 nm 至 1400 nm 的近紅外線 (NIR) 範圍 (圖 1)。

圖 1：電磁頻譜以及醒目提示的紅外線範圍。近紅外線頻譜的波長介於 760 至 1400 nm 之間，可用於多種應用。(圖片來源：Broadcom)

NIR 應用的運作方式

NIR 特別有用，因為有助於無線通訊。在大多數應用中，使用 NIR 的非接觸式感測都是以 IR 發射器與接收器配對來達成。

例如，電視的遙控器就是使用 NIR 輻射。按下遙控器的按鈕時，內部電路會將動作轉換為二進位代碼並傳遞到 IR 發射器。接著，發射器會以 NIR 光脈衝的型式傳送編碼資訊。在另一端，電視上已配對的感測器會接收脈衝，並將其轉換回二進位代碼，以執行特定命令。

各應用所採用的發射器接收器組合可能有所不同。但如同遙控器的範例一樣，接收器都會將來自發射器的訊號進行解碼。在其他情況下，若輻射受到阻擋，可引起觸發條件。這種基於中斷的模式可在應用中用於偵測人員或物體。

為了避免外部訊號干擾，接收器的設計可偵測特定波長，因此發射器發射的輻射必須具有匹配、精確的波長和足夠的強度。Broadcom 的 HSM8-C120 IR ChipLED 發射器 (圖 2) 就是一款 NIR LED 的範例，可用於眾多應用，包括消費性電子、智慧電表等。

圖 2：Broadcom 的 HSM8-C120 ChipLED IR LED 發射器提供 850 nm 的峰值波長，並採用緊湊的覆蓋區，非常適合密集的 PCB 電路。(圖片來源：DigiKey)

HSM8-C120 是一款側面發射的表面黏著式 IR ChipLED，封裝尺寸小，僅有 1.6 mm x 0.93 mm，適合多種空間受限的應用。

具有 850 nm 的峰值波長、150°的視角，可相容於業界標準的自動化機器置放和 IR 迴流焊接。

NIR LED 的應用

光電煙霧偵測器 - IR LED 將發射器與光偵測器放在同一個單元內，可利用物體侵入的基本原理來偵測是否有煙霧存在。在例行操作條件下，LED 會發出紅外線輻射，導致偵測器產生電流。然而，煙霧的存在會將輻射的路徑中斷並讓輻射分散。因此，光偵測器記錄到的凈電流會減少並觸發警報。IR LED 在這種應用中特別有用，因為能穿透煙霧並偵測更小、更密集的顆粒。

光電煙霧偵測器並非此類別中的唯一產品，例如測量空氣電離位準的偵測器也是一種。然而，這些產品都因誤報而臭名昭著。因烹飪煙霧而觸發尤其困擾，因此住宅建築中的煙霧警報器必須通過「漢堡測試」，這表示產品不該因烹飪煙霧而觸發。IR LED 可以抵抗廚房煙霧顆粒的影響，因此可減少誤報。IR LED 還能與其他系統整合，例如熱、氣體和氣流偵測器，進而提供更多與危險情況相關的即時資訊。

家用電器 - 除了用在遙控器外，洗衣機內的 IR 感測器還可偵測水位，而掃地機器人則可利用 IR 感測器來避開已測繪路徑中的障礙物。微波爐中類似的感測器可用來偵測機門是否開啟並發出警示。自動水龍頭、給皂器和乾手機都可運用 IR LED 的障礙物和接近感測功能。

安全光幕 - 在製造廠房、倉庫、建築工地或其他工業環境中使用大型或危險的工業設備時，工人的安全始終至關重要。實體屏障的體積龐大且架設很費力，相較之下 IR LED 比實體屏障更輕且可攜帶，因此能提供有效的替代方案。更可經過設置，以配合各種形狀和尺寸，視需要覆蓋的區域而定。

IR LED 安全光幕 (圖 3) 的運作原理是利用物體偵測來避免事故發生。是由 IR LED 發射器陣列組成，並使用光電二極體當作接收器。LED 會發出同步並行的 IR 光束，覆蓋住要監測的整個區域。如此一來，IR 光會照射整個格柵，且 IR 光會調變成光偵測器可偵測的特定獨特頻率。當 IR 光幕的視野中有物體時，可能表示具有不安全的情況，就可觸發警告。舉例而言，如手掌或手臂進入光束場，機器就會自動關閉以免人員受傷。

圖 3：安全光幕在未受到物體阻礙的情況下運作時，可發射及接收 IR 訊號，如左圖所示。當 IR 光束受到物體阻礙時，如右圖所示，就會啟動適當的回應。(圖片來源：Broadcom)

智慧公用事業電表 - 為了節能和負責任的使用，此目標包括僅消耗必要的電力。智慧公用事業電表是達成目標的重大舉措之一，能讓消費者即時查看用電量，以便進行適當的調整。也有助於更迅速偵測洩漏和故障，並協助依據尖峰時段的消費模式，按比例對公用事業能源進行定價。

在智慧電表中，IR LED 可用於短距離的雙向數據傳輸。IR LED 會傳輸加密的紅外光脈衝，再由資料收集裝置上的光電二極體接收。這些脈衝可以傳遞一系列數位資訊，從能耗讀數到診斷資料等。為了增加安全性，IR 脈衝具有偵測器用於驗證的特殊特徵。

結論

無論是用在消費性電器或是用來傳遞診斷資料，HSM8-C120 都特別適合需要高效能 IR 發射器的設計。其具有許多優點，包括小覆蓋區、有效的能源利用及穩定的輸出。