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红外线发射二极管专业知识

2015-03-30

红外光       

      光是一种电磁波,它的波长区间从几纳米到1毫米左右。人眼可见的只是其中一部分, 我们称其为可见光,可见光的波长范围为380nm - 780nm,可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光,波长比紫光短的称为紫外光,波长比红外光长的称为红外光。

红外摄像技术  

       红外摄像技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术。   

       被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度以上都有红外光发射,人体和热机发出的红外光较强,其它物体发出的红外光很微弱,利用特殊的红外摄像机可以实现夜间监控。(造价昂贵,而且不能清晰的反映周围的环境状况,因此在夜视系统中不被采用。)

       主动红外摄像技术,即采用红外辐射“照明”,产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光,辐射“照明”景物和环境,应用普通低照度黑白摄像机、彩转黑摄像机或红外低照度彩色摄像机,感受周围环境反射回来的红外光实现夜视。 

红外摄像技术  

      红外摄像技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术。

      被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度以上都有红外光发射,人体和热机发出的红外光较强,其它物体发出的红外光很微弱,利用特殊的红外摄像机可以实现夜间监控。(造价昂贵,而且不能清晰的反映周围的环境状况,因此在夜视系统中不被采用。)

      主动红外摄像技术,即采用红外辐射“照明”,产生人眼看不见而普通摄像机能捕捉到的红外光,辐射“照明”景物和环境,应用普通低照度黑白摄像机、彩转黑摄像机或红外低照度彩色摄像机,感受周围环境反射回来的红外光实现夜视。


红外灯的种类及原理

 

红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光

(红外发射二极管)

红外灯和热辐射红

外灯两种。其原理及特性我们介绍如下:

红外灯的种类及原理 


      红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光(红外线发射二极管)红外灯和热辐射红外灯两种。其原理及特性我们介绍如下:     

      红外线发射二极管(LED)红外灯由红外发光二极管矩阵组成发光体。红外线发射二极管由红外辐射效率高的材料(常用砷化镓GaAs)制成PN结,外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。其最大的优点是可以完全无红暴,寿命长。

热辐射红外灯    

      热辐射现象是极为普通的,物体在温度较低时产生的热辐射全部是红外光,所以人眼不能直接观察到。当加热500度左右时,才会产生暗红色的可见光,随着温度的上升,光变得更亮更白。在热辐射光源中通过加热灯丝来维持它的温度,供辐射继续不断的进行。维持一定的温度而从外部提供的能量与因辐射而减少的能量达到平衡。

      辐射体在不同加热温度时,辐射的峰值波长是不同的,其光谱能量分布也是不同的,  经特殊设计和工艺制成的红外灯泡,其红外光成分最高可达92 - 95%。其光谱范围是很宽的,普通黑白摄像机感受的光谱频率范围也是很宽的,且红外灯泡一般可制成比较大的功率和大的辐照角度,因此可用于远距离红外灯,这是它最大的优点。其最大不足之处是包含可见光成份,即有红暴,且使用寿命短,如果每天工作10小时,5000小时只能使用一年多,考虑散热不够,寿命还要短。      在克服热辐射红外灯缺点方面,首先是研制和应用了高通红外滤波钢化玻璃。波长愈长,红暴愈小,甚至可达到全无红暴,但是,红外光的效率愈低,红外灯发热就愈高。红外玻璃的波长可根据用户对红暴要求高低加以选择,一般而言,相同有效辐照距离时,对红暴要求愈高,造价愈高。红外玻璃经过钢化,可以耐受急冷急热的变化,在内部红外灯泡由于可见光滤除的部分,转化产生热量,温度会很高,外部冷风及雨雪的突袭下,急冷而不致损坏。为提高热辐射红外灯的寿命,采用了光控开关电路,以减小其工作时间;采用了变压稳压整流电路,使其发光功率得以充分发挥而且提高了红外灯的寿命;而更重要的是考虑灯丝冷阻是非常小的,如 100W红外灯泡,灯丝热阻为529Ω,这时的工作电流只有0.4348A,而冷阻只有36Ω,红外灯接通电源瞬间为6.39A瞬时功达到1470W,这一瞬间灯丝负荷过载达几十倍,这对灯丝寿命有非常大的影响。人们研制的灯丝保护电路,相信红外灯灯泡的工作寿命会成倍增长。此外,还增加了延时开关电路以防环境的光干扰。

红外灯参数

      1 波长,一般为850nm  波长为850nm的红外led发射管,使用中,近距离观察,红外灯会发出暗红色的光。但是因为850nm跟可见光波长很近,850nm投射灯常会产生少量可见光成份,看到的是红色的,会有轻微的红爆现象;  波长为940nm的红外led发射管,使用中,红外灯表面没有任何光亮,因此更隐蔽,可以做到完全无红爆;  同一款摄像机,在850nm波长的感应度比在940nm波长的感应度好到10倍。所以波长850nm的红外灯拥有更高的效率,是红外灯的首选。 2 光束角度  大多数为8°-90°不等。 3 照射距离  大多数为30-15M不等。

红外灯代数

一代红外灯 

      普通红外LED  散热效果不好,使用寿命短,光照不均匀,电光转换效率低; 

二代红外灯 

      阵列式红外灯及单颗大功率红外灯 (LEDArray)  1 亮度高 单LED Array 的输出约为1w-30w,亮度是一代LED红外灯的数百倍,所以照射距离远;  2 电光转换效率高,一代LED红外灯的转换效率仅为10%左右,而阵列式红外灯转换效率约为25%;  3 体积小 技术将发光单元高度集成,在相同亮度指标下比普通LED红外灯产品体积小很多; 寿命长--LED Array的寿命为50,000h(有效寿命为10,000h),比普通LED寿命(有效寿命为1,200h)高出9倍;   4 光线匀 LEDArray发光体半功率角为10°~120°(可变角),可生产(180°形状)的发光面,解决了普通LED室内空间无法均匀照亮及夜视画面形成中间过亮而两边过暗的“手电筒效应”。  5 红外光角度范围大 LED Array (发光二极管阵列)发光体配合不同角度的透镜可产生10°-180°半功率角,无普通LED红外灯的“手电筒效应”。 

三代红外灯 

       点阵式红外灯

       1.亮度高。很显然,亮度越高,光线的照射距离就越远,单个的LED输出光功率一般为5~15mW,虽然可以通过加大电流来提高亮度,但是材料本身的局限性是,红外线的光电转换效率不高,只有20%的光,余下的80%便是热能。因此,提高亮度的同时,也产生了更多的热能,对工作温度要求严格的摄像机的关键器件CCD来说,明显是行不通。另外,多个LED多个组合是以PCB板为载体,散热性能不好。而阵列红外摄像机的光源,通过将几十个高效率和高功率的晶元通过高科技封装在一个平面上,配置良好的导热装置。同时增加其光电转换效率,亮度约是单个LED的100倍。

        2.体积小。前面提到过,阵列红外运用了高集成的先进封装技术,一块封装了几十个晶元的阵列红外芯片,仅仅指甲盖大小,试想一下,把几十个单个的LED组合在一起的体积会是什么样?体积小最主要是便于应用,如果用几十个单个LED组合的红外光源安装时高速球机上,效果是可想而知的。

       3.寿命长:众能达在5年前就敏锐地感觉到夜视监控领域在技术上有难以突破的瓶颈,因此就集中投入大量的研发力量,专注于夜视监控领域的研究和开发。终于研究了阵列红外技术,全系列产品拥有独立专利技术和知识产权,保证了CCD良好的工作状态,其使用寿命是普通LED红外摄像机的9倍。普通的LED红外摄像机将LED发光管和摄像机置于一个腔体内,而且LED管的热量无法通过PCB板得到有效散发,温度问题严重制约了CCD的使用寿命。普通LED红外摄像机在使用3个月后,便开始出现老化迹象,画面模糊、发白、对比度缺乏等等问题出现,直接影响产品使用效果,甚至整个摄像机报废。

        4.效率高:由半导体本身的特性所决定,其发光效率与散热性能是一个良性循环。散热性能越好,那么工作温度就越低,工作温度低又能更好的保障其发光效率。反之,则是陷入效率不断衰减的恶性循环。另外,我们的供电系统采用自主专利的高频尖脉冲供电,保证获得更高的效率。

       5.光线匀:众所周知,每个普通的红外LED前面都有一个球面,是一个独立的光学设计,用来改变光斑的大小。当多个红外LED组合在摄像机镜头的周围后,发射出来的光线就是多个光斑重迭组成,重迭的部分就会亮度特别高,同时还形成一个圆 圈,即“手电筒效应”,夜视画面效果当然是不均匀的。而阵列红外摄像机相当于是一个大的点光源,通过特殊的光学设计,使得光线均匀照射被监控物体,所得到的监控画面的中间和四周的亮度是一致的。


红外线发射二极管专业厂家


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