IR LED의 산업용 및 소비자용 응용 분야

적외선 파장은 전자기 스펙트럼에 속하며, 가시광선의 긴 파장에서 극초단파의 짧은 파장 사이에 위치합니다. 인간의 눈으로는 볼 수 없지만 열로 감지할 수 있는 적외선 방사(IR)는 760nm ~ 1mm의 범위를 포괄합니다. IR 대역은 760nm ~ 1400nm의 근적외선(NIR) 범위를 비롯한 추가 구성 성분으로 분할됩니다(그림 1).

그림 1: 적외선 영역이 강조 표시된 전자기 스펙트럼. 근적외선 스펙트럼은 760nm ~ 1400nm의 파장을 차지하며 다양한 응용 분야에 사용됩니다(이미지 출처: Broadcom).

NIR 응용 제품의 작동 원리

NIR이 특히 유용한 이유는 무선 통신을 용이하게 하기 때문입니다. 대부분의 응용 분야에서, NIR을 사용하는 비접촉 감지는 IR 방출기와 수신기를 쌍으로 구성하여 작동합니다.

예를 들어, 텔레비전의 리모콘은 NIR 방사선을 사용합니다. 리모콘의 버튼을 누르면 내부 회로망이 해당 동작을 이진 코드로 변환한 후 IR 송신기로 전달합니다. IR 송신기는 인코딩된 정보를 NIR 광 펄스로 내보냅니다. 반대쪽 끝에서는 텔레비전의 페어링된 센서가 펄스를 수신한 후 다시 이진 코드로 변환하여 특정 명령을 실행합니다.

송신기-수신기 조합을 사용하는 방법은 응용 분야에 따라 다양할 수 있습니다. 리모콘 예시에서, 수신기는 송신기의 신호를 판독합니다. 또 다른 경우에는 방사선이 차단될 때 트리거를 작동시킬 수 있습니다. 이러한 중단 기반(Interruption-based) 패턴은 사람 또는 물체를 감지하는 응용 분야에 사용됩니다.

외부 신호 간섭을 회피하기 위해 수신기는 특정 파장을 감지하도록 설계되므로, 방출기는 해당 파장과 정확하게 일치하는 파장과 충분한 강도를 가진 방사선을 송신해야 합니다. Broadcom의 HSM8-C120 IR ChipLED 방출기(그림 2)는 소비자 가전, 스마트 계량기 등을 비롯한 다양한 응용 분야에 사용할 수 있는 NIR LED의 한 예입니다.

그림 2: Broadcom의 HSM8-C120 ChipLED IR LED 방출기는 850nm의 피크 파장을 제공하고 콤팩트한 실장 면적을 가지므로 고밀도 PCB 회로망에 매우 적합합니다(이미지 출처: DigiKey).

HSM8-C120은 1.6mm x 0.93mm의 작은 패키지 크기를 가진, 측면 발광 표면 실장형 IR ChipLED로, 공간 제약이 있는 다양한 응용 분야에 적합합니다.

이 장치는 850nm의 피크 파장과 150°의 시야각을 제공하며, 업계 표준의 자동 기계 배치 및 IR 리플로 납땜에 사용할 수 있습니다.

NIR LED의 응용 분야

광전 연기 감지기 - IR LED는 물체 침입의 기본 원리를 사용하여 연기 존재 유무를 감지하며, 동일 장치 내에 방출기과 광검출기를 활용합니다. 일상적인 작동 조건에서 LED는 적외선 방사선을 방출하며 이로 인해 감지기가 전류를 생성하게 됩니다. 그러나 연기가 감지되면 방사 경로를 방해하여 연기를 분산시킵니다. 결과적으로 광검출기에서 기록된 순 전류가 감소하여 경보를 트리거합니다. IR LED는 연기를 뚫고 들어가 더 작고 밀집된 입자를 감지하는 기능이 있어 이러한 응용 분야에 특히 유용합니다.

광전 연기 감지기는 이 범주의 여러 유형 중 하나이며 공기 중의 이온 수준을 측정하는 유형도 있습니다. 그러나 이러한 장치는 잘못된 감지로 악명이 높습니다. 요리 중의 발생하는 연기로 인한 경보 트리거가 특히 문제가 되므로, 거주용 건물의 연기 경보는 요리 연기로 인해 트리거되지 않도록 '햄버거 테스트'(Hamburger Test)를 반드시 통과해야 합니다. IR LED는 부엌의 연기 입자 영향에 대한 내성이 있으므로 잘못된 경보가 발생하는 일이 적습니다. IR LED는 또한 열, 가스 및 공기 유량 감지기와 같은 다른 시스템과 통합할 수 있으므로 위험한 상황에 대해 더 많은 실시간 정보를 제공할 수 있습니다.

가전 - 리모콘에 사용되는 것 이외에도 세탁기의 IR 센서는 수위를 감지할 수 있으며 로봇 청소기는 매핑된 경로의 장애물을 회피하기 위해 IR 센서를 활용합니다. 전자레인지에 사용되는 유사 센서는 도어 개방을 감지하여 경보를 발생시킬 수 있습니다. 자동 수도꼭지, 비누 디스펜서, 핸드 드라이어 모두 IR LED의 장애물 감지 및 근접 감지 기능을 활용할 수 있습니다.

안전 광 커튼 - 제조 현장, 창고, 건설 현장 또는 기타 산업 환경에서 위험하거나 대형의 산업 장비를 다룰 경우 작업자의 안전은 언제나 중요한 요소입니다. 물리적 장벽은 부피가 크거나 설치 시 많은 노동력이 필요할 수 있으므로, 물리적 장벽보다 훨씬 가볍고 이동이 간편한 IR LED는 효과적인 대안을 제공합니다. IR LED는 또한 적용해야 할 영역에 따라 다양한 모양과 크기를 수용하도록 설치할 수 있습니다.

IR LED 안전 광 커튼(그림 3)은 물체 감지 원리를 기반으로 작동하여 사고를 방지합니다. 이 장치는 수신기 역할을 하는 광다이오드와 함께 일련의 IR LED로 구성되어 있습니다. 이 LED는 동기화된 병렬 IR 광선을 방출하여 모니터링이 필요한 전체 영역을 포괄합니다. 그 결과, 그리드 전체가 IR 광으로 채워지며, 이러한 광은 광다이오드가 감지할 수 있도록 특정하고 고유한 주파수로 변조됩니다. IR 커튼의 영역에 물체가 감지되면 이는 안전하지 않은 상황임을 나타내며 경고가 트리거될 수 있습니다. 예를 들어, 손이나 팔이 빔 영역에 들어오면 부상을 방지하기 위해 기계가 자동으로 차단될 수 있습니다

그림 3: 물체의 간섭이 없는 경우 안전 광 커튼은 왼쪽에 표시된 것처럼 IR 신호를 방출 및 수신합니다. 오른쪽에 표시된 대로 IR 빔이 물체에 의해 중단되면 적절하면 대응이 실행될 수 있습니다(이미지 출처: Broadcom).

스마트 전기/가스/수도 계량기 - 에너지 보존 및 책임있는 사용을 위한 목표 중 하나는 필요한 만큼의 전기만 소모하는 것입니다. 스마트 전기/가스/수도 계량기는 소비자가 자신의 전기 사용량을 실시간으로 확인하여 적절하게 조정할 수 있도록 함으로써 이러한 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한 누수 및 결함을 더 신속하게 감지하는 데 도움을 주고, 피크 시간대의 소비 패턴에 따라 슬라이딩 스케일에서 전기/가스/수도에 대한 요금을 결정하는 데 기여합니다.

스마트 계량기에서 IR LED는 짧은 거리에 걸친 양방향 데이터 전송에 사용됩니다. IR LED는 암호화된 적외선 펄스를 전송하며, 이는 데이터 수집 장치에 있는 광다이오드에 의해 수신됩니다. 이러한 펄스는 에너지 소비 판독값부터 진단 데이터까지 다양한 디지털 정보를 전달할 수 있습니다. 보안 강화를 위해 IR 펄스에는 감지기가 인증에 사용하는 특수 서명이 포함되어 있습니다.

결론

소비자 가전 응용 분야 또는 진단 데이터를 전달하는 경우, HSM8-C120은 고성능 IR 방출기를 필요로 하는 설계에 특히 적합합니다. 이 제품이 제공하는 많은 장점에는 작은 실장 면적, 효율적인 에너지 사용, 안정적인 출력이 포함됩니다.