美国Opto Diode高速脉冲红外**二极管

Opto Diode，高速脉冲型红外**二极管

美国Opto Diode公司生产的五个系列的红外**器，也叫红外**二极管，红外**光源。用于各种医疗和工业领域，包括气体分析、环境监测、光谱学和过程控制。从稳态（直流电）**器（SA系列）到大功率稳态**器（SHA系列），再到黑体辐射脉冲光源（SVF系列）和黑体辐射高速脉冲红外光源（SPF系列），到带有集成驱动电子元件的高速红外**器（PIRE^PLUS）。PIRE^PLUS高速红外**器被设计用于作为黑体辐射的高速脉冲源。PIRE^PLUS评估板的软件和硬件操作模式使评估和优化高速脉冲SPF220-5M2**器变得容易。PIRE^PLUS评估板包括驱动器PCB组件、高速脉冲**器和散热器。关于评估板会在另一篇文档中作介绍。

 

PIRE^PLUS高速脉冲红外**器-SPF220-5M2

PIRE^PLUS高速脉冲红外**器特点

-黑体辐射源的高速脉冲**源

-在光谱分布范围内近似一个准黑体

-**薄金属箔有源元件

-用于准直和均匀性的抛物面反射器

-快速脉冲速率，高达200 Hz，调制深度为50%

-高输出**器，0.04 W/cm2

-宽带输出，辐射率典型值0.88

-密封蓝宝石窗口，允许高达6 um的出射光

PIRE^PLUS高速脉冲红外**器主要应用

-气体分析，药业，工业

-环境监测

-光谱学

-过程控制系统

Optodiode SPF系列的红外**器被设计用来作为高速脉冲黑体辐射源，为了得到较好的输出光和高的调制深度，也进行了优化设计。脉冲**器中的辐射元件是一种**薄的光电二极管**梳状金属箔，目的是来自加热箔两侧的辐射沿着光轴能有效地从封装窗口射出。这个**薄金属箔材料具有0.88的典型**率，并且在光谱分布上与黑体源非常相似。这个**器设计在1000 K的额定较大箔温度下工作。**器用密封TO-5封装，标准抛物面反射器，以提供近准直和均匀的辐射输出。

高速脉冲红外**的黑体辐射率曲线

SPF系列**器在特定的工作温度时近似一个黑体辐射源，如下图所示，为理想黑体不同工作温度时功率密度与波长的的曲线关系。

高速脉冲红外**的灯丝温度与输入功率

SPF脉冲**器设计为在大约1000 K的较大元件温度下工作（727°C）在额定输入功率下。由于辐射能量与**值的四次方成正比温度（T4）输入功率的精确控制和封装的适当散热对于保持一致的输出。散热器必须将封装温度限制在100°C以下。这个峰值波长（λ_pk，微米）与温度的关系黑体光谱的（T，开尔文）由维恩定律表示：

λ_pk (microns) x T (K)= 2898

因此，较大激发波长与**温度成反比。对于1000 K，较大值为2.9微米。输入脉冲应具有足够的能量以产生较大灯丝温度为1000 K。

高速脉冲红外**驱动电路

开关元件，例如单N通道场效应管，其通路时的较低阻抗特点很有用，如图所示为示意图。

高速脉冲红外**输出优化

可以通过调整功率强度、脉冲宽度和频率以优化**器的输出光。当前驱动电源的平均电流不应**过1 A，否则灯丝寿命将会减少。下面是两种不同脉冲宽度的示波器结果。驱动器的频率和脉冲幅度保持恒定，并且仅调整脉冲宽度。通道1是被测**器的输出带有PbSe探测器，通道2是从Pire^Plus评估板的**较驱动器出射脉冲，可用于评估此高速SPF SPF220-5M2**器的测试板和套件。请注意窄脉冲范围和宽脉冲范围之间的输出幅度。较窄的驱动器脉冲用较少的时间为元件加热，但相对有更多的时间冷却。脉宽较宽的驱动器脉冲为元件提供更多的加热时间，脉冲宽度越宽，调制深度的百分比越低但输出强度要高得多。这是因为较宽的脉冲使灯丝较热，增加了其输出。此外，较热的灯丝冷却得较快，这保持了良好的调制深度，从而产生较高的输出摆幅。

窄脉冲宽度（通道1为**器输出，通道2为评估板出射的驱动脉冲）。尽管强度较低，但是调制深度的百分比比较高。

较长的脉冲宽度（通道1为**器输出，通道2为评估板出射的驱动脉冲）。强度虽然较高但是调制深度的百分比较低。

红外**二极管伏安特性曲线

额定功率工作时的温度为1000K，**过这个值就会导致元件温度升高，降低光源寿命。元件的工作温度范围在-45℃到100℃之间。

红外**二极管窗片的透过率光谱

红外**二极管窗片采用蓝宝石材料，对波长300nm至4000nm波段的光透过率基本在80%~90%之间。

PIRE^PLUS带**管，评估板套件

适用范围 

以下内容适用于40801评估板，用于高速脉冲**器和驱动器，套件选用**的Pire Plus。40801评估板和套件包轮：**器驱动，高速**管模组 SPF 220-5M2 高速红外**器，TO-5散热。

名词释义

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接口连接的评估板软件控制模式

描述，特点以及工作模式

A. 概述

评估板和套件提供了方便的方式去操作和测试SPF220-5M2（P/N 40101）**器的性能和14pin的DIP封装包驱动板，设计用来提供驱动脉冲，也包括一个散热器。用户需要把红外**器焊接到评估板上的正负两个孔上，直接焊或者用导线连接焊。提供使用基于硬件的配置选择，或是软件的交互界面。硬件的交互允许通过外部电压或者板子的电位器控制驱动器的**频率。评估板也会通过USB接口，配合简单的软件驱动程序和能够提供简单的用户交互界面一起使用。

B 特点总结

图1显示了评估板的简单框图。图2是评估板的实物图片。控制器提供用于控制到**器的驱动电流和/或能量的标准化接口。驱动器是一个固定脉冲宽度的可变频率电路，其操作与驱动热设备兼容。只有在软件控制下才能改变脉冲宽度。该系统包含防止意外电源反转的保护。它还提供了板载调节器，以防止电源意外过电压。

跳线提供以下选项/功能：

-跳线J3-提供为**器供电的选项。

J3 on：板载电压调节器，其输出由R1电位计设置（1.2V至4.5V）。

J3 off：插孔“EMIT”用于从外部电源为**器供电。¨

-跳线J9-提供在硬件模式下设置驱动频率的选项。

J9 on：插孔上的电压（“FREQ”）控制频率（0至2.4V对应1Hz至200Hz）。FREQ的模拟驱动器必须能够接收或输出至少3.3mA的电流。

J9 off：板载R4电位计控制频率。¨

-跳线J13-提供通过HW或USB接口控制驱动器的选项。

J13 on：硬件模式，频率由板载电位计或外部电压（“FREQ”插孔）控制，脉冲宽度固定在2300us。如果在软件模式下设置了脉冲宽度，则切换到HW模式将使脉冲宽度变回2300us。

J13 off ：软件模式，驱动器通过软件接口控制（频率和脉冲宽度可调整）。脉冲宽度可以在100us到3000us之间变化。如果驱动器在HW模式下启用，则卸下J13将禁用**器驱动器。无论模式如何，USB端口都可以用于读取当前频率、脉冲宽度和平均电流。

C. 硬件模式（J13跳线输入）

提供给**器的脉冲宽度在硬件模式下不可调，设置为2.3 ms。启用输入激活，当保持低电平或未连接到逻辑高电平时，将禁用**器电源脉冲。跳线J9在带R4的板载频率控制和直流电压外部频率控制输入插孔之间进行选择。跳线J3在带R1的板载**器电源控制和外部**器电源输入插孔之间进行选择。当使用外部**器电源选项时，**器可能会被客户过度供电。客户必须将直流或平均电流保持在1A以下。

D. 软件模式（J13跳线输出）

有关驱动程序和软件安装，请参阅随评估套件提供的USB闪存驱动器上的自述文件，其中包含驱动程序和程序。正确的执行顺序是启动评估板，然后启动软件应用程序。无论跳线设置（J13）如何，都可以使用此应用程序。启动后，应用程序将尝试自动定位评估**。如果“USB状态”指示灯未变为绿色（这可能需要几秒钟），请尝试回收电源并重新启动应用程序。

当J13跳线断开时，“**器软件控制”下的按钮将启用，允许您打开/关闭**器、设置频率和设置脉冲宽度。默认频率为180 Hz，默认脉冲宽度为2.3ms。滑块可以前后移动，以调整**器电源的频率和脉冲宽度。要调整滑块，请单击鼠标按钮并保持移动到所需的位置，然后松开它。将较新频率或脉冲宽度。如果使用**较电压调节器调节电位计R1，则可以对其进行调节以对提供给**较的功率进行额外控制。使用外部驱动电源也可以做到这一点。平均电流显示在“频率”和“脉冲宽度”框下方的框中。该平均电流不得**过1000 mA。参见之前优化**器的信号输出。