Opto Diode,高速脈沖型紅外發(fā)射二極管
美國Opto Diode公司生產的五個系列的紅外發(fā)射器,也叫紅外發(fā)射二極管,紅外發(fā)射光源。用于各種醫(yī)療和工業(yè)領域,包括氣體分析、環(huán)境監(jiān)測、光譜學和過程控制。從穩(wěn)態(tài)(直流電)發(fā)射器(SA系列)到大功率穩(wěn)態(tài)發(fā)射器(SHA系列),再到黑體輻射脈沖光源(SVF系列)和黑體輻射高速脈沖紅外光源(SPF系列),到帶有集成驅動電子元件的高速紅外發(fā)射器(PIREPLUS)。PIREPLUS高速紅外發(fā)射器被設計用于作為黑體輻射的高速脈沖源。PIREPLUS評估板的軟件和硬件操作模式使評估和優(yōu)化高速脈沖SPF220-5M2發(fā)射器變得容易。PIREPLUS評估板包括驅動器PCB組件、高速脈沖發(fā)射器和散熱器。關于評估板會在另一篇文檔中作介紹。
PIREPLUS高速脈沖紅外發(fā)射器-SPF220-5M2
模型型號 | 零件型號 | 描述 | 窗口材質 | 輻射率 |
SPF220-5M2 | 40101 | PIREPLUS高速脈沖發(fā)射源,TO5封裝 | 藍寶石 | 0.88 |
SPF220-5M2H | 40800 | PIREPLUS高速脈沖發(fā)射源,TO5封裝,帶散熱片 | 藍寶石 | 0.88 |
PIREPLUS | 40801 | PIREPLUS評估板,TO5封裝,帶散熱片和控制器 | 藍寶石 | 0.88 |
PIREPLUS高速脈沖紅外發(fā)射器特點
-黑體輻射源的高速脈沖發(fā)射源
-在光譜分布范圍內近似一個準黑體
-超薄金屬箔有源元件
-用于準直和均勻性的拋物面反射器
-快速脈沖速率,高達200 Hz,調制深度為50%
-高輸出發(fā)射器,0.04 W/cm2
-寬帶輸出,輻射率典型值0.88
-密封藍寶石窗口,允許高達6 um的出射光
PIREPLUS高速脈沖紅外發(fā)射器主要應用
-氣體分析,藥業(yè),工業(yè)
-環(huán)境監(jiān)測
-光譜學
-過程控制系統(tǒng)
Optodiode SPF系列的紅外發(fā)射器被設計用來作為高速脈沖黑體輻射源,為了得到更好的輸出光和高的調制深度,也進行了優(yōu)化設計。脈沖發(fā)射器中的輻射元件是一種超薄的光電二極管專用梳狀金屬箔,目的是來自加熱箔兩側的輻射沿著光軸能有效地從封裝窗口射出。這個超薄金屬箔材料具有0.88的典型發(fā)射率,并且在光譜分布上與黑體源非常相似。這個發(fā)射器設計在1000 K的額定箔溫度下工作。發(fā)射器用密封TO-5封裝,標準拋物面反射器,以提供近準直和均勻的輻射輸出。
高速脈沖紅外發(fā)射的黑體輻射率曲線
SPF系列發(fā)射器在特定的工作溫度時近似一個黑體輻射源,如下圖所示,為理想黑體不同工作溫度時功率密度與波長的的曲線關系,
高速脈沖紅外發(fā)射的燈絲溫度與輸入功率
SPF脈沖發(fā)射器設計為在大約1000 K的元件溫度下工作(727°C)在額定輸入功率下。由于輻射能量與值的四次方成正比溫度(T4)輸入功率的精確控制和封裝的適當散熱對于保持一致的輸出。散熱器必須將封裝溫度限制在100°C以下。這個峰值波長(λpk,微米)與溫度的關系黑體光譜的(T,開爾文)由維恩定律表示:
λpk (microns) x T (K)= 2898
因此,激發(fā)波長與溫度成反比。對于1000 K,值為2.9微米。輸入脈沖應具有足夠的能量以產生燈絲溫度為1000 K。
高速脈沖紅外發(fā)射驅動電路
開關元件,例如單N通道場效應管,其通路時的極低阻抗特點很有用,如圖所示為示意圖。
高速脈沖紅外發(fā)射輸出優(yōu)化
可以通過調整功率強度、脈沖寬度和頻率以優(yōu)化發(fā)射器的輸出光。當前驅動電源的平均電流不應超過1 A,否則燈絲壽命將會減少。下面是兩種不同脈沖寬度的示波器結果。驅動器的頻率和脈沖幅度保持恒定,并且僅調整脈沖寬度。通道1是被測發(fā)射器的輸出帶有PbSe探測器,通道2是從PirePlus評估板的發(fā)射極驅動器出射脈沖,可用于評估此高速SPF SPF220-5M2發(fā)射器的測試板和套件。請注意窄脈沖范圍和寬脈沖范圍之間的輸出幅度。較窄的驅動器脈沖用較少的時間為元件加熱,但相對有更多的時間冷卻。脈寬較寬的驅動器脈沖為元件提供更多的加熱時間,脈沖寬度越寬,調制深度的百分比越低但輸出強度要高得多。這是因為更寬的脈沖使燈絲更熱,增加了其輸出。此外,更熱的燈絲冷卻得更快,這保持了良好的調制深度,從而產生更高的輸出擺幅。
窄脈沖寬度(通道1為發(fā)射器輸出,通道2為評估板出射的驅動脈沖)。盡管強度較低,但是調制深度的百分比比較高。
較長的脈沖寬度(通道1為發(fā)射器輸出,通道2為評估板出射的驅動脈沖)。強度雖然較高但是調制深度的百分比較低。

紅外發(fā)射二極管伏安特性曲線
額定功率工作時的溫度為1000K,超過這個值就會導致元件溫度升高,降低光源壽命。元件的工作溫度范圍在-45℃到100℃之間。
紅外發(fā)射二極管窗片的透過率光譜
紅外發(fā)射二極管窗片采用藍寶石材料,對波長300nm至4000nm波段的光透過率基本在80%~90%之間。
PIREPLUS帶發(fā)射管,評估板套件
適用范圍
以下內容適用于40801評估板,用于高速脈沖發(fā)射器和驅動器,套件選用的Pire Plus。40801評估板和套件包輪:發(fā)射器驅動,高速發(fā)射管模組 SPF 220-5M2 高速紅外發(fā)射器,TO-5散熱。
名詞釋義
HW=Hardware Mode controlled by hardware on board, 硬件模式
SW=Software controlled on a PC and connected to the Evaluation Board via USB cable,USB接口連接的評估板軟件控制模式
描述,特點以及工作模式
A. 概述
評估板和套件提供了方便的方式去操作和測試SPF220-5M2(P/N 40101)發(fā)射器的性能和14pin的DIP封裝包驅動板,設計用來提供驅動脈沖,也包括一個散熱器。用戶需要把紅外發(fā)射器焊接到評估板上的正負兩個孔上,直接焊或者用導線連接焊。提供使用基于硬件的配置選擇,或是軟件的交互界面。硬件的交互允許通過外部電壓或者板子的電位器控制驅動器的發(fā)射頻率。評估板也會通過USB接口,配合簡單的軟件驅動程序和能夠提供簡單的用戶交互界面一起使用。
B 特點總結
前面板接口 | 描述 |
+PWR- | 電源接口,+4.5~+5.5V。 當跳線J3就位時,該輸入也為內部調節(jié)器的發(fā)射器供電。確保使用能夠處理1安培脈沖負載的電源,以確保發(fā)射器驅動器工作正常。 |
EMIT | External Emitter Power Input Jack, 僅在跳線J3被移除的場合使用,通過二極管的直流電或平均供電電流不能超過1安培 |
EN | 當J13就位時,硬件模式插孔的發(fā)射器啟用。當開路或接地時,發(fā)射器驅動器關閉。低于0.7V時不能輸出;高于2.4V時輸出啟用。額定輸入電壓:+5V |
REF | 發(fā)射器功率脈沖監(jiān)視器,輸出插孔輸出波形顯示代表發(fā)射器的驅動脈沖。低電壓時,發(fā)射極通電。 |
FREF | 輸入插孔,當J9和J13就位時,驅動器頻率由該插孔上的模擬電壓控制。0V=1Hz,2.4V=200Hz輸入電壓:+5V |
圖1顯示了評估板的簡單框圖。圖2是評估板的實物圖片??刂破魈峁┯糜诳刂频桨l(fā)射器的驅動電流和/或能量的標準化接口。驅動器是一個固定脈沖寬度的可變頻率電路,其操作與驅動熱設備兼容。只有在軟件控制下才能改變脈沖寬度。該系統(tǒng)包含防止意外電源反轉的保護。它還提供了板載調節(jié)器,以防止電源意外過電壓
跳線提供以下選項/功能:
-跳線J3-提供為發(fā)射器供電的選項。
J3 on:板載電壓調節(jié)器,其輸出由R1電位計設置(1.2V至4.5V)。
J3 off:插孔“EMIT”用于從外部電源為發(fā)射器供電。¨
-跳線J9-提供在硬件模式下設置驅動頻率的選項。
J9 on:插孔上的電壓(“FREQ”)控制頻率(0至2.4V對應1Hz至200Hz)。FREQ的模擬驅動器必須能夠接收或輸出至少3.3mA的電流。
J9 off:板載R4電位計控制頻率。¨
-跳線J13-提供通過HW或USB接口控制驅動器的選項。
J13 on:硬件模式,頻率由板載電位計或外部電壓(“FREQ”插孔)控制,脈沖寬度固定在2300us。如果在軟件模式下設置了脈沖寬度,則切換到HW模式將使脈沖寬度變回2300us。
J13 off :軟件模式,驅動器通過軟件接口控制(頻率和脈沖寬度可調整)。脈沖寬度可以在100us到3000us之間變化。如果驅動器在HW模式下啟用,則卸下J13將禁用發(fā)射器驅動器。無論模式如何,USB端口都可以用于讀取當前頻率、脈沖寬度和平均電流。
C. 硬件模式(J13跳線輸入)
提供給發(fā)射器的脈沖寬度在硬件模式下不可調,設置為2.3 ms。啟用輸入激活,當保持低電平或未連接到邏輯高電平時,將禁用發(fā)射器電源脈沖。跳線J9在帶R4的板載頻率控制和直流電壓外部頻率控制輸入插孔之間進行選擇。跳線J3在帶R1的板載發(fā)射器電源控制和外部發(fā)射器電源輸入插孔之間進行選擇。當使用外部發(fā)射器電源選項時,發(fā)射器可能會被客戶過度供電??蛻舯仨殞⒅绷骰蚱骄娏鞅3衷?span>1A以下。
D. 軟件模式(J13跳線輸出)
有關驅動程序和軟件安裝,請參閱隨評估套件提供的USB閃存驅動器上的自述文件,其中包含驅動程序和程序。正確的執(zhí)行順序是啟動評估板,然后啟動軟件應用程序。無論跳線設置(J13)如何,都可以使用此應用程序。啟動后,應用程序將嘗試自動定位評估委員會。如果“USB狀態(tài)”指示燈未變?yōu)榫G色(這可能需要幾秒鐘),請嘗試回收電源并重新啟動應用程序
當J13跳線斷開時,“發(fā)射器軟件控制”下的按鈕將啟用,允許您打開/關閉發(fā)射器、設置頻率和設置脈沖寬度。默認頻率為180 Hz,默認脈沖寬度為2.3ms?;瑝K可以前后移動,以調整發(fā)射器電源的頻率和脈沖寬度。要調整滑塊,請單擊鼠標按鈕并保持移動到所需的位置,然后松開它。將更新頻率或脈沖寬度。如果使用發(fā)射極電壓調節(jié)器調節(jié)電位計R1,則可以對其進行調節(jié)以對提供給發(fā)射極的功率進行額外控制。使用外部驅動電源也可以做到這一點。平均電流顯示在“頻率”和“脈沖寬度”框下方的框中。該平均電流不得超過1000 mA。參見之前優(yōu)化發(fā)射器的信號輸出。