Ratgeber
Infrarot oder kurz IR bezeichnet eine für das menschliche Auge unsichtbare elektromagnetische Strahlung. Sie wird auch oft mit Wärmestrahlung gleichgesetzt. Mit infraroten Wellen lassen sich relativ leicht Signale übermitteln: Ein IR-Sender strahlt kodierte Signale aus, ein IR-Empfänger übersetzt sie in Aktionen für ein angeschlossenes Gerät. Bestes Beispiel ist die drahtlose Fernbedienung in der Unterhaltungselektronik.
Lesen Sie in unserem Ratgeber, wie Infrarot-Empfänger aufgebaut sind, wie sie funktionieren und worauf bei Beschaffung und Montage zu achten ist.
Infrarotstrahlung ist elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge, die länger ist als die des sichtbaren Spektrums, aber kürzer als die der Mikrowellen oder des Terahertzbereichs. Dieser Wellenlängenbereich – im Vakuum von 700 Nanometer bis 1 Millimeter – wird unterteilt in das nahe Infrarot von etwa 700 bis 2000 Nanometer, das mittlere Infrarot, das bis 20 Mikrometer reicht, und das ferne Infrarot.
Es gibt zwei Arten von IR-Sensoren, und zwar aktive und passive Infrarot-Sensoren.
Aktive Infrarot-Sensoren bestehen aus zwei Elementen: einem IR-Emitter und einem IR-Detektor. Zu den Infrarot-Quellen gehören die LED oder die Infrarot-Laserdiode. Detektoren verwenden üblicherweise für IR sensibilisierte Fotodioden oder Fototransistoren. Ein solches System aus Emitter und Detektor findet sich beispielsweise in Überwachungskameras, die auch im Dunkeln funktionieren. Nachtsichtgeräte sind ein weiteres Anwendungsgebiet.
Passive Sensoren sind im Grunde genommen reine Detektoren. Sie verwenden keinerlei Emitter, sondern nutzen allein die Wärmestrahlung. Die sogenannten PIR-Sensoren reagieren auf die Hauttemperatur einer Person oder eines Tieres und vergleichen sie mit der Umgebungstemperatur. Bewegungsmelder arbeiten nach diesem Prinzip.
Unter Infrarot-Empfängern sind im Allgemeinen fertig konfektionierte Halbleiter-Bauelemente zu verstehen, die aus einer Fotodiode mit aufgebrachtem IR-Filter, einem Verstärker und einer Elektronik zur Aufbereitung der Signale bestehen.
Sie sind radial bedrahtet und verfügen über zwei Anschlüsse zur Spannungsversorgung – in der Regel plus 5 Volt und GND – sowie einem Anschluss zur Signalübertragung. Sie ähneln optisch einem Transistor, besitzen allerdings ein etwas größeres Gehäuse.
Während die Spannungsversorgung eines IR-Empfängers unkritisch ist – 3 bis 5 Volt Gleichspannung sind üblich – ist besonders auf die Frequenz zu achten. Sie muss zwingend der Frequenz des IR-Senders entsprechen, da ansonsten keinerlei Signalübertragung möglich ist.
Nicht unbedeutend ist auch der Erfassungswinkel der Fotodiode, er liegt meist bei 45 Grad, es gibt aber auch Typen mit 30 und 45 Grad.
FAQ – Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen einer IR-Fotodiode und einem IR-Fototransistor?
Fotodioden sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch die Absorption von Photonen unmittelbar in elektrischen Strom umwandeln. Fotodioden können optische Filter und eingebaute Linsen enthalten und eine große oder kleine aktive Oberfläche besitzen. Je größer die Oberfläche, desto langsamer ist allerdings die Reaktionszeit. Die übliche Solarzelle zur Erzeugung von elektrischem Solarstrom ist beispielsweise eine großflächige Fotodiode.
Fototransistoren sind dagegen lichtempfindliche Transistoren. Ein gebräuchlicher Typ ist der bipolare Fototransistor, der von einem transparenten Gehäuse umgeben ist, so dass Licht den Basis-Kollektor-Übergang erreichen kann. Die Elektronen, die durch Photonen im Basis-Kollektor-Übergang entstehen, werden in die Basis injiziert und verstärkt. Fototransistoren besitzen zwar eine höhere Lichtempfindlichkeit, können aber manchmal niedrige Lichtstärken nicht besser erkennen als Fotodioden. Nachteilig ist auch eine wesentlich längere Ansprechzeit.
Was sind IR-Indikatoren?
In der Regel handelt es sich dabei um etwa scheckkartengroße Detektoren, auf die ein Feld mit fluoriszierendem Farbstoff aufgebracht ist. Trifft infrarote Strahlung auf das Feld, leuchtet es auf. IR-Indikatoren eigenen sich somit als Funktionstester beispielsweise für Fernbedienungen, Lichtschranken oder Überwachungskameras.
Worauf ist bei der Montage von Infrarot-Empfängern zu achten?
Wie alle Halbleiter reagieren auch IR-Empfänger empfindlich auf hohe Temperaturen, beispielsweise beim Einlöten. Zur Hitzeableitung sollten die Anschlussdrähte deshalb mit einer Flachzange gehalten werden. Wird der Empfänger aufgrund größerer Entfernung zum Sender durch einer senderseitigen Laser aktiviert, ist beim Test auf keinen Fall direkt in den Laserstrahl zu blicken. Schädigungen der Augen können die Folgen sein.
Lässt sich ein IR-Empfänger auch als Flammenwächter einsetzen?
Im Prinzip durchaus, da ja auch offenes Feuer infrarote Strahlung erzeugt. Allerdings ist davon strikt abzuraten, da bei erloschener Flamme ausströmendes Gas oder Öl ein erhebliches Risiko darstellt. Zudem gibt es im Handel speziell dafür ausgestattete Geräte, die auch für den Dauerbetrieb konzipiert und entsprechend zertifiziert sind.
Wie lassen sich IR-Sender und -Empfänger auch bei starkem Sonnenlicht verwenden?
Der IR-Empfänger sollte eigentlich nur auf modulierte IR-Signale reagieren und andere Wärmequellen nicht berücksichtigen. Um ganz sicher zu sein, ließen sich aber der Empfänger an das Ende einer innen schwarz gefärbten Röhre platzieren und der Sender entsprechend ausrichten. Wenn auch der Emitter in einer ähnliche Röhre sitzt, könnte das einen zusätzlichen Vorteil bringen, weil auch die Reflexion des Sonnenlichts verhindert wird.