Раздел 4. Инфракрасные системы.

1. ИК-излучение.

Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны[1] λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).

Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм.

Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.

Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским астрономом У. Гершелем. Занимаясь исследованием Солнца, Гершель искал способ уменьшения нагрева инструмента, с помощью которого велись наблюдения. Определяя с помощью термометров действия разных участков видимого спектра, Гершель обнаружил, что «максимум тепла» лежит за насыщенным красным цветом и, возможно, «за видимым преломлением». Это исследование положило начало изучению инфракрасного излучения.

2. Особенности построения ИК-систем.

Сигналы входного интерфейса системы используются для модуляции сигнала в открытом оптическом канале. Сама технология передачи основывается на передаче данных модулированным излучением в инфракрасной части спектра через атмосферу. Передатчиком служит - полупроводниковый излучающий диод. В качестве приемника используется высокочувствительный фотодиод. Излучение воздействует на фотодиод, вследствие чего регенерируется исходный модулированный сигнал. Далее, сигнал демодулируется и преобразуется в сигналы выходного интерфейса. С обеих сторон используется система линз, на передающей стороне - для получения коллимированного луча, а на приемной стороне, для фокусирования принятого излучения на фотодиод. Для дуплексной передачи организуется точно такой же обратный канал.

Большое влияние на систему оказывает среда передачи. Атмосфера и погодные явления малопрогнозируемы. Это и есть главное отличие от оптоволоконных систем, где параметры кабеля хорошо известны. Вкратце рассмотрим особенности передачи ИК сигнала через атмосферу.

Длина волны в большинстве реализованных систем варьируется в пределах 800 - 950 нм. Это близкий к видимому инфракрасный спектр. Реальных подходов к моделированию канала в условиях различных метеоусловий найдено немного. Основная часть подходов базируется на определении метереологической видимости (МВ - расстояние, на котором глаз различает черный объект с угловыми размерами более 20 мрад при дневном освещении), и определяет ослабление сигнала в зависимости от этой самой метеорологической видимости. Сама же МВ определена для различных погодных условий и состояний атмосферы достаточно точно. Однако даже там, где МВ весьма высока, нельзя с уверенностью сказать, что сигнал ИК-передатчика будет столь же четким. Таким образом, к выбору диапазона работы систем и к описанию влияния атмосферы надо подходить очень осторожно.

Чтобы получить высококачественный канал передачи данных, нужно не только иметь хорошую ИК систему, необходимо еще ее правильно применять (устанавливать). Есть простейшие требования к месту установки систем - к жесткости опоры, например, недопущению мест перед ИК блоками, где могут образоваться сугробы, и т.д.

3. ИК-приемник.

Приемник ИК сигнала как правило имеет в своем составе собственно приемник ИК излучения и микроконтроллер. Микроконтроллер раскодирует принимаемый сигнал и выполняет требуемые действия. Поскольку приемник в большинстве случаев устанавливается в аппаратуре с сетевым питанием, его потребление не существенно. Микроконтроллер чаще всего выполняет и другие сервисные функции в устройстве и является его центральным логическим устройством.

Приемник ИК излучения чаще всего выполняется в виде отдельного интегрального модуля, который располагается за передней панелью управляемой аппаратуры. В передней панели имеется прозрачное для ИК лучей окошко. Как правило, такая микросхема имеет три вывода – питание, общий и выход сигнала. Производители электронных компонентов предлагают приемники ИК сигналов различного типа и исполнения. Однако, принцип их работы схож. Внутри такая микросхема имеет:

а) фотоприемник - фотодиод

б) интегрирующий усилитель, выделяющий полезный сигнал на уровне фона

в) ограничитель, приводящий сигнал к логическому уровню

г) полосовой фильтр, настороенный на частоту передатчика

д) демодулятор - детектор, выделяющий огибающую полезного сигнала.

Корпус такого приемника выполняется из материала, выполняющего роль дополнительного фильтра, пропускающего ИК лучи определенной длины волны. Современные интегральные приемники позволяют принимать полезный сигнал на уровне фона, превышающего его в несколько десятков раз и при этом чувствовать посылки частоты, имеющие всего от 4 - 5 периодов.

4. Применение ИК.

(бла-бла, оптоволокно, скорости, бла-бла, беспроводная связь)