Passive Infrarot-Detektoren werden in Sicherheitssystem und Alarmanlagen verwendet. Sie registrieren Veränderungen der Umgebung im Bereich der infraroten Wärmestrahlung, die mehr oder weniger von allen Objekten abgegeben wird, insbesondere von Lebewesen. In solchen Wärme-Sensoren werden häufig pyroelektrische Kristalle wie Lithium-Tantal eingesetzt. Sie erzeugen eine elektrische Spannung, wenn sie beispielsweise durch IR-Strahlung erwärmt werden.
Einschub: Infrarot (Abk. IR, auch Ultrarot) ist für das menschliche Auge unsichtbare elektromagnetische Strahlung, die sich an das rote Ende des sichtabaren Lichtspektrums anschließt. Jeder Körper gibt Wärme in Form von IR-Strahlung ab. Wellenlängen: etwa 1 µm - 1 mm.
Aktive IR-Sensoren senden selbst IR-Strahlung aus und registrieren die reflektierte Strahlung. Ein einfaches IR-Modul besteht daher aus einer IR-Diode als Sender und einem Fototransistor als Empfänger. Solch ein IR-Modul dient als Annäherungs-Sensor. Es kann erkennen, ob sich ein Objekt oder Hindernis im Nahbereich befindet. Daher lässt es sich in der Robotik einsetzen, um Hindernisse zu umgehen oder um beispielsweise einer Wand zu folgen. Entsprechende IR-Module kann man in Form von Bausteinen für Reflexionslichtschranken im Fachhandel finden.
Die Reichweite von IR-Modulen liegt typischerweise im Bereich zwischen wenigen Zentimetern und etwa 1,5 Meter. Das ausgesendete IR-Licht wird leicht von der Umgebungsstrahlung überdeckt oder von dunklen Objekten verschluckt. Um diese Probleme möglichst zu vermeiden, kann man die IR-Strahlung mit einer festen Frequenz pulsieren lassen und nur Strahlung mit dieser Modulationsfrequenz registrieren. Entsprechende Bauelemente mit Verstärker und Filter gibt es im Fachandel. Die Reflexionseigenschaften können teilweise je nach Umgebung verbessert werden, indem unterschiedliche IR-Wellenlängenbereiche genutzt werden.
Da IR-Licht unsichtbar ist, kann man nicht unmittelbar erkennen, ob ein IR-Sender funktioniert. Zum Testen solcher Anwendungen werden daher spezielle Karten angeboten, die ihre Farbe bei IR-Bestrahlung ändern. Für Oszilloskope gibt es zudem IR-Tastköpfe. Mit ihnen kann man auch Signale, mit denen das IR-Licht moduliert wurde, sichtbar machen.
Distanzmessung mit Infrarot-Sensoren
Mit speziellen IR-Distanzsensoren kann die Entfernung zu einem Objekt gemessen werden. Sie bestehen üblicherweise aus einer IR-Leuchtdiode als Sender und einem positionsempfindlichen Lichtsensor. Der Sensor ist ein streifenförmiges Halbleiterbauelement, auf das das reflektierte IR-Licht durch eine Linse gebündelt wird. Je nach Entfernung des reflektierenden Objekts trifft das IR-Licht auf eine andere Position des Halbleiters. Abhängig von dieser Position wird eine Ausgangsspannung erzeugt, die in einer elektronischen Schaltung verarbeitet werden kann. Solche Distanzsensoren sind in verschiedenen analogen und digitalen Ausführungen im Handel erhätlich.
Prinzip der optischen Triangulation
Der (IR-)Lichtstrahl der Leuchtdiode (LED) wird durch eine Linse gebündelt und fällt auf ein Hindernis (A: weit, B: nah). Ein Teil des von dort diffus reflektierten Lichts fällt durch eine zweite Linse auf das Positionsmesselement (PSD). Je nach dem wo das Licht auf das PSD trifft (a oder b), wird eine mehr oder weniger große Signalspannung erzeugt. Diese Spannung kann beispielsweise durch einen Analog-Digitalwandler in einen binären Wert umgewandelt und von einem Mikrocontroller verarbeitet werden.
