Clusters multi-longueurs d'onde # LED à spectre complet # LED haute puissance 200-1900 nm

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Connaissance des produits

970 nm Guide de détection d'humidité par LED

UN 970 La LED nm est un émetteur proche infrarouge destiné à la faible bande d'absorption d'eau centrée près de 970 nm. Cette faiblesse est le point. Où 1450 nm sature dans une fraction de millimètre d'eau, 970 nm pénètre de l'ordre du centimètre, il mesure donc l'humidité à travers la majeure partie d'un échantillon plutôt qu'à sa surface. C’est aussi la dernière bande d’eau utile que le silicium voit encore, qui conserve le détecteur comme une photodiode bon marché ou un imageur CMOS standard au lieu d'un réseau InGaAs. Ce guide couvre la structure de la bande d'eau et pourquoi la force de la bande détermine l'épaisseur de votre échantillon., détection du silicium et de l'InGaAs à 970 nm, appariement longueur d'onde de référence pour la mesure ratiométrique, que préciser (longueur d'onde centrale, FWHM, puissance rayonnante, coefficient de température, emballer), et comment 970 nm se compare à 940, 1050, 1200, et 1450 nm.

Pour où 970 nm se situe dans la gamme plus large du proche infrarouge et comment fonctionne la sélection de longueur d'onde sur toute la bande, voir notre guide LED NIR.

Les bandes d'eau, et pourquoi le faible est utile

L'eau liquide est absorbée dans le proche infrarouge dans une série de bandes harmoniques et combinées de l'étirement O-H.. Ils ne sont pas égaux. Chaque harmonique successive vers des longueurs d'onde plus courtes est à peu près d'un ordre de grandeur plus faible que celle située en dessous., et cette échelle de points forts constitue la base même de la sélection de la longueur d'onde pour le travail sur l'humidité..

Bande d'eauMission communeCoefficient d'absorption approximatif1/e pénétration dans l'eau pureQu'est-ce que ça convient
760 nmTroisième région harmonique~0,03 cm⁻¹~30 cm et au-delàTrop faible pour la plupart des travaux sur l'humidité; chemins optiques longs uniquement
970 nmDeuxième combinaison harmonique (2ν₁+ν₃)~0,45 cm⁻¹~2 cmHumidité en vrac et à travers l'échantillon, produit épais ou dense
1190 nmBande combinée~1,0 cm⁻¹~1cmHumidité en vrac là où plus de contraste est nécessaire
1450 nmPremière connotation du tronçon O-H (ν₁+ν₃)~26 cm⁻¹~0,4 mmHumidité superficielle, films minces, jauges de bande et de revêtement
1940 nmCombinaison ν₂+ν₃~120 cm⁻¹~0,08mmFilms très fins, traces d'eau dans les solides secs

Lisez la colonne de pénétration et la règle de conception s'écrit d'elle-même. La force d’absorption et l’épaisseur utilisable de l’échantillon s’échangent directement. Une bande forte donne un contraste important par unité d'eau mais sature presque immédiatement, donc il rapporte sur une couche de surface. Une bande faible donne moins de contraste par unité d'eau mais reste à l'intérieur de la partie linéaire de la loi de Beer-Lambert à travers un échantillon épais, donc il rend compte de l'essentiel.

C'est pourquoi 970 nm et 1450 nm ne sont pas des concurrents. Ils répondent à différentes questions. Si la mesure est « à quel point la surface de cette toile est-elle mouillée ?, film, ou revêtement," la réponse est 1450 nm. Si la mesure est « quelle est la teneur en humidité de ce grain, ce morceau de bois, cette bouteille de solvant, ce volume de tissu,» 1450 nm ne dépasse jamais la couche externe et 970 nm est la longueur d'onde de travail.

Une mise en garde sur les chiffres de pénétration. Ce sont des profondeurs d’absorption uniquement en eau claire. De vrais échantillons se dispersent, et dans un milieu de diffusion comme le grain, poudre, ou dans un tissu, le trajet des photons est bien plus long que l'épaisseur géométrique tandis que la profondeur utile est bien plus courte que ce que le tableau implique. Traitez la colonne comme un classement des bandes, pas comme spécification pour votre échantillon.

Pourquoi 970 nm vous garde sous silicium

La deuxième raison de choisir ce groupe n'a rien à voir avec l'eau. C'est le détecteur.

La réponse du silicium tombe à peu près au-delà 900 nm et est parti environ 1100 nm, et chaque bande d'eau au-dessus 1100 nm force donc un détecteur InGaAs dans la conception. 970 nm se situe dans la dernière partie de la réponse du silicium utilisable. Ce seul fait change la nomenclature d'un instrument d'humidité..

DétecteurRéponse à 970 nmNote pratique
Photodiode PIN en siliciumÀ peu près 0.5 A/H, passé le sommet près 900 nm mais toujours fortLa valeur par défaut. Peu coûteux, faible courant d'obscurité, large base de fournisseurs
Imageur CMOS silicium, standard éclairé par l'avantEfficacité quantique généralement inférieure 10%Fonctionne avec une intégration plus longue ou une puissance rayonnante plus importante; vérifier sur la courbe QE du capteur
Imageur CMOS silicium, Renforcement NIR ou épuisement profondÀ peu près 20 à 30% efficacité quantiqueLe choix judicieux pour 970 imagerie nm; de nombreux capteurs de vision industrielle proposent une variante NIR
Photodiode InGaAsÀ peu près 0.4 à 0.5 A/W sur front montant de la réponseCela ne vaut le coup que si le système transporte déjà des InGaAs pour d'autres bandes
Photodiode au germaniumRépond, mais avec un courant d'obscurité élevéRarement la bonne réponse à 970 nm quand le silicium fonctionne

Pour un instrument hyperspectral ou multispectral c'est le point décisif. Ajout d'un canal d'eau à 1450 nm signifie ajouter un capteur InGaAs, son refroidissement, son optique, et son coût pour un système qui autrement était du silicium. Ajout d'un canal d'eau à 970 nm signifie ajouter une LED supplémentaire à l'illuminateur existant et la lire sur la caméra déjà présente dans la machine. Le contraste est plus faible, mais le coût d'intégration est proche de rien.

Quel 970 La LED nm est composée de

UN 970 L'émetteur nm est construit sur de l'arséniure de gallium, avec une région active de puits quantique InGaAs tendue. C'est le même système matériel derrière le 980 Diodes de pompe nm utilisées dans les amplificateurs à fibre, et c'est une mature, grand volume, technologie bien élevée.

Trois conséquences comptent pour le design.

L'efficacité est bonne. Les émetteurs proche infrarouge basés sur GaAs convertissent l'énergie électrique en puissance optique beaucoup plus efficacement que les dispositifs SWIR basés sur InP ci-dessus 1100 nm. Coût par milliwatt à 970 nm est un ordre de grandeur différent du coût par milliwatt à 1450 nm, et la puissance rayonnante disponible par paquet est beaucoup plus élevée.

Il est totalement invisible. Il n'y a aucune lueur résiduelle à 970 nm, contrairement au rouge pâle visible depuis un 850 émetteur nm. Pour les instruments déployés à proximité de personnes ou en vue d'une caméra couleur, c'est un avantage pratique.

Il est spectralement large et incohérent. Attendez-vous à une pleine largeur à mi-hauteur de l'ordre de 40 à 70 nm, confirmé sur la fiche technique spécifique. Il n'y a pas de speckle ni de bruit modal, et le diagramme de rayonnement est lambertien plutôt qu'un faisceau.

Cette large largeur de ligne est généralement considérée comme un inconvénient, et à 970 nm, ce n'est généralement pas le cas. La bande d'eau ici est elle-même large, sur l'ordre de 60 à 80 nm de large, donc une LED avec un 50 nm FWHM se trouve à l'intérieur de l'entité plutôt que de s'étaler sur celle-ci et sur la ligne de base voisine. Comparez cela avec étroit, caractéristiques d'absorption à pic marqué dans la détection de gaz, où la largeur de ligne d’une LED détruit véritablement la mesure et où un laser est nécessaire. L’eau dans le proche infrarouge est un problème à grande échelle, et une solution à large source lui convient.

Deux parties liées sont faciles à confondre avec celle-ci. UN 980 La diode laser à pompe nm est une ligne étroite, haute luminosité, dispositif couplé par fibre pour le pompage d'un amplificateur, pas un illuminateur diffus. Et un 940 nm LED, que le catalogue propose de manière beaucoup plus approfondie, se trouve juste en dessous de la bande d'eau sur une ligne de base relativement plate, ce qui en fait un mauvais émetteur d'humidité et un excellent émetteur de référence. Ce deuxième point constitue la base de la section suivante.

Mesure ratiométrique et appariement longueur d'onde de référence

Une lecture de transmission à longueur d'onde unique à 970 nm n'est pas une mesure d'humidité. C'est une mesure de tout ce qui a atténué le faisceau: eau, mais aussi diffusion due à la taille des particules et à la densité de tassement, texture de la surface, variation de l'épaisseur de l'échantillon, encrassement des fenêtres, Dérive de sortie LED avec la température et l'âge, et dérive de réactivité du détecteur.

La solution standard est un rapport à deux longueurs d'onde. Mesurer à 970 nm, où l'eau absorbe, et à une longueur d'onde de référence proche où il ne le fait essentiellement pas. Tout ce qui est commun aux deux canaux se divise, et ce qui reste suit la teneur en eau.

RôleLongueurs d'onde candidatesPourquoi
Canal de mesure970 nmLa bande d'eau; le seul canal qui devrait réagir à l'humidité
Référence, côté court850 nm, 910 nm, 940 nmFaible absorption d'eau, confortablement à l'intérieur de la réponse en silicium, profondeur de stock élevée
Référence, côté long1050 nmÉgalement faible absorption; attache la bande par le haut afin que le 970 Le canal nm se situe entre deux références
Deuxième bande d'eau, facultatif1190 nmAjoute une bande plus solide pour les échantillons fins ou à faible humidité; toujours près du bord du silicium

Le bracketing avec des références des deux côtés est préférable à une référence unique lorsque la ligne de base de l'échantillon est inclinée en fonction de la taille ou de la couleur des particules., ce qui est courant dans les travaux agricoles et en poudre. Deux références définissent une ligne de base locale sous le 970 pic, et la profondeur du pic en dessous de cette ligne de base est le signal d'humidité.

Trois détails de mise en œuvre décident si le ratio annule réellement quelque chose:

Partager le chemin optique. Les canaux doivent voir le même volume d'échantillon à travers la même fenêtre et la même géométrie. Des chemins optiques séparés réintroduisent exactement les erreurs de mode commun que le rapport était censé supprimer.

Multiplexé dans le temps, pas seulement dans l'espace. Le pilotage des émetteurs en séquence et la lecture d'un détecteur éliminent les différences de réactivité d'un détecteur à l'autre.. La modulation et l'utilisation d'une détection synchrone ou verrouillée rejettent également la lumière ambiante et le bruit 1/f, ce qui compte dans une usine avec des lampes chaudes et la lumière du jour.

Calibrer par rapport à une méthode de référence. Le ratio est une approximation. Il faut régresser contre le séchage au four, Titrage Karl Fischer, ou quelle que soit la méthode que votre industrie considère comme principale, sur votre matériel, sur votre plage d'humidité. Cet étalonnage est spécifique au matériau et ne se transfère pas entre les produits.

Où 970 nm est la longueur d'onde de travail

ApplicationPourquoi 970 nmQue regarder
Grain, graine, et humidité agricole en vracPénètre les grains entiers plutôt que de lire le film de surface; la détection du silicium maintient l'instrument suffisamment bon marché pour une utilisation en ligne et portableLa diffusion varie en fonction de la taille du grain et de la densité de compactage; nécessite des canaux de référence et un étalonnage par culture
Bois d'œuvre et produits du boisLit l’échantillon plutôt que la couche superficielle, c'est là que les gradients de séchage au four sont importantsDiffusion des espèces et de la direction des grains; calibrer par espèce
Eau dans le carburant, huile, fluide hydraulique, et solvantUne faible absorption maintient une longue cellule à écoulement dans la plage linéaire, et la longueur de trajet supplémentaire augmente la sensibilité aux petites fractions d'eauL'eau émulsionnée et dissoute se comporte différemment; les particules ajoutent de la diffusion
Hydratation de la peau et fraction aqueuse des tissusTombe dans la fenêtre optique tissulaire là où la pénétration est la plus profonde, ainsi une sonde à réflexion diffuse atteint le volume tissulaire réelL'hémoglobine et les lipides sont également absorbés ici; un modèle multi-longueurs d'onde est nécessaire, pas un seul rapport
Canal d'eau multispectral et hyperspectralAjoute une bande d'humidité à un système en silicium sans ajouter de capteur InGaAsLe contraste est plus faible qu'à 1450 nm; Prévoyez plus de temps d'intégration ou de puissance rayonnante
Détection de la teneur en eau des feuilles et de l'état de l'eau des plantesLongueur d’onde d’indice établie pour l’eau de la canopée, associé à une ligne de base proche de 860 nmIl s'agit d'une utilisation de détection, pas une utilisation pour l'éclairage de croissance; spécifier la sortie radiométrique, pas d'unités photosynthétiques
Condensation, surface mouillée, et détection du niveau de liquideLa détection simple du seuil nécessite uniquement que l'eau soit absorbée de manière mesurable., et la longue pénétration tolère les récipients épaisLes parois translucides du conteneur ajoutent leur propre absorption; prendre une référence de conteneur sec

Le fil conducteur de cette liste est l’épaisseur. Chacun de ces échantillons a une profondeur de quelques millimètres à quelques centimètres., et la mesure concerne ce qu'il y a à l'intérieur. Pousser vers des échantillons plus fins, revêtements, films, et les couches de surface et la longueur d'onde correcte remonte l'échelle de bande pour 1450 nm ou 1940 nm.

Sécurité optique à 970 nm

C'est le seul endroit où 970 nm est moins confortable que les longueurs d’onde d’humidité SWIR, et cela vaut la peine de le dire clairement, car cela surprend les équipes qui migrent de 1450 nm.

La marge de sécurité oculaire que les ingénieurs associent au SWIR provient de l'absorption d'eau dans la cornée et de l'humeur aqueuse au-dessus d'environ 1400 nm, qui arrête la lumière avant qu'elle n'atteigne la rétine. 970 nm est bien en dessous de ce seuil. C'est à l'intérieur de la région de risque rétinienne, il est focalisé par l'œil sur la rétine, et parce qu'il est complètement invisible, il ne déclenche aucun réflexe de clignement ni aucune réponse d'aversion..

UN 970 L'illuminateur nm nécessite donc le même traitement qu'un 850 ou 940 nm illuminateur: classification des groupes de risque selon la CEI 62471, ou classification des produits laser selon la CEI 60825-1 si la source est un laser, évalué à l'intensité radiante et à la distance de visualisation que le produit présente réellement. Les réseaux haute puissance destinés à l'inspection en ligne méritent une attention particulière, puisqu'il est facile d'assembler un réseau d'émetteurs dont la sortie combinée dépasse les limites du groupe exempté même si chaque puce est inoffensive.

Spécification d'un 970 nm LED

ParamètrePourquoi c'est important à 970 nmComment préciser
Longueur d'onde centrale et bacLa mesure se situe sur le flanc d'une large bande, donc un centre décalé change l'absorption vue et donc la calibrationIndiquer le centre cible et la tolérance; les bacs plus serrés sont des pièces triées et coûtent plus cher, mais ils laissent un étalonnage servir à une série de production
Largeur spectrale (FWHM)Définit la quantité de bande sur laquelle la source intègre, et dans quelle mesure il chevauche un canal de référence prochePrenez-le de la fiche technique; vérifier que les spectres de mesure et de référence ne se chevauchent pas de manière significative
Pouvoir radiant et intensité radianteLe budget signal, avant pertes de diffusion dans l'échantillonPuissance rayonnante en mW à un courant direct indiqué pour les travaux de transmission; intensité radiante en mW/sr lors de l'inondation d'une cible
Coefficient de température de la longueur d'onde maximaleLes émetteurs de GaAs dérivent de l’ordre de 0.25 à 0.3 nm/K, qui déplace la source le long du flanc d'absorption et ressemble à un changement d'humiditéSoit stabiliser la température de jonction, surveillez-le et corrigez-le, ou s'appuyer sur un canal de référence qui dérive de la même manière
Diagramme de rayonnement et zone émettriceDécide de l'uniformité de l'échantillon et de la quantité de lumière atteignant le détecteurDemandez les dimensions du demi-angle et de la matrice; une lentille à angle étroit concentre le flux, une partie grand angle donne même une inondation
Temps de montée et de descenteDétermine si l'émetteur peut être multiplexé ou modulé pour la détection de verrouillageSpécifiez la fréquence de modulation que la conception utilisera; Les LED NIR standard gèrent confortablement les taux de hachage typiques
Forfait et parcours thermalLa température de jonction définit à la fois la dérive de longueur d'onde au-dessus et le déclassement de sortieChoisissez parmi les familles de packages proposées dans le catalogue dans la gamme du proche infrarouge.: Montage en surface SMT et SMBB, EDC et EDCC haute puissance, Lampe traversante série L, et matrices COB pour illuminateurs multi-puces
Tension directe et schéma d'entraînementUn émetteur GaAs à 970 nm fonctionne à une faible tension directe, et les conducteurs dimensionnés pour les parties visibles se comporteront malConcevoir le pilote à courant constant autour du Vf réel sur toute la plage de températures de fonctionnement

Le coefficient de température mérite d'être souligné car il interagit avec la mesure d'une manière facile à diagnostiquer erronément.. Le 970 la bande nm a des flancs abrupts. Une source dont la longueur d'onde centrale marche 5 nm, à mesure que l'instrument se réchauffe, échantillonne une partie différente de la fonction d'absorption, et la lecture dérive même si l'échantillon n'a pas changé. Si le canal de référence est un système matériel différent ou se situe sur une partie plate du spectre, ça ne dérivera pas de la même manière et le ratio ne vous sauvera pas. Stabiliser l'émetteur, ou caractériser la dérive et la corriger dans le firmware.

Comment 970 nm se compare aux longueurs d'onde voisines

Longueur d'ondeChoisi pourAbsorption d'eauDétecteurRégion à risque rétinien
850 nmVision nocturne, surveillance, éclairage général NIRNégligeableSilicium, près du sommetOui
940 nmProximité invisible et détection de gestesFaible, utile comme référence de référenceSilicium, fortOui
970 nmDétection globale de l'humidité et de l'absorption d'eauBande faible, ~2 cm de pénétrationSilicium, à peu près 0.5 A/HOui
1050 nmImagerie SWIR à courte portée, travail des tissus plus profondsFaible; se trouve entre les bandes d'eauAu bord du silicium; InGaAs en pratiqueOui
1200 nmLe croisement NIR vers SWIR, inspection des semi-conducteursModéré, près du 1190 bande nmInGaAsOui
1450 nmHumidité superficielle, inspection des aliments et du WebFort, ~0,4 mm de pénétrationInGaAs, près du sommetNon
1650 nmTri des huiles et plastiques, détection d'hydrocarburesFaible; choisi pour C-H, pas O-HInGaAsNon

Deux limites sortent de cette table. La limite du silicium se situe entre 970 et 1050 nm, et c'est une limite de coût autant que technique. La limite de sécurité oculaire se situe à proximité 1400 nm, entre 1200 et 1450 nm. 970 nm est la seule véritable bande d'eau qui se situe du côté bon marché des deux, c'est exactement pourquoi il existe comme longueur d'onde de détection plutôt que comme curiosité, et c'est aussi pourquoi le travail de sécurité oculaire incombe à vous.

FAQ

À quoi sert une LED 970 nm?

Détection d'humidité et d'absorption d'eau, presque exclusivement. 970 nm coïncide avec une bande harmonique faible de l'étirement O-H dans l'eau, suffisamment faible pour que la lumière pénètre encore environ deux centimètres d'eau pure, il mesure donc l'humidité à travers la majeure partie d'un échantillon plutôt qu'à sa surface. Les utilisations typiques sont les humidimètres pour céréales et graines., mesure de l'humidité du bois, détection d'eau dans le carburant et d'eau dans l'huile, fraction d'eau des tissus dans les instruments biomédicaux, détection de l'état de l'eau des plantes, et ajout d'un canal d'eau à un système d'imagerie multispectrale à base de silicium. Ce n'est pas une pièce d'éclairage.

Pourquoi utiliser une LED 970 nm au lieu de 1450 nm pour la mesure de l'humidité?

Épaisseur de l'échantillon. Le 1450 La bande nm est environ soixante fois plus forte, ce qui sonne mieux mais signifie qu'il sature à peu près 0.4 mm d'eau. Il rend compte d'une couche superficielle et ne vous dit rien sur l'intérieur d'un grain ou d'un morceau de bois.. 970 nm reste dans l'utilisable, partie à peu près linéaire de la loi de Beer-Lambert à travers des centimètres de matériau. La deuxième raison est le coût: 1450 nm nécessite un détecteur InGaAs, alors que 970 nm fonctionne avec une photodiode au silicium peu coûteuse ou un imageur CMOS standard. Choisir 1450 nm pour les films, revêtements, et des toiles. Choisir 970 nm pour les échantillons en vrac.

Une photodiode au silicium peut-elle détecter une LED de 970 nm?

Oui, et c'est l'une des principales raisons de choisir cette longueur d'onde. Une photodiode PIN en silicium tient à peu près 0.5 A/W à 970 nm, passé son apogée près 900 nm mais toujours confortablement utilisable. Les imageurs CMOS silicium sont plus faibles: efficacité quantique à 970 nm est généralement sous 10% sur un capteur standard éclairé par l'avant, s'élevant à environ 20 à 30% sur une variante améliorée par NIR ou à épuisement profond. Pour l'imagerie à cette longueur d'onde, spécifier la version du capteur amélioré NIR et vérifier sa courbe QE publiée plutôt que de supposer.

Quelle longueur d'onde de référence dois-je associer avec une LED de 970 nm?

Quelque chose à proximité où l'eau absorbe à peine, pour que la dispersion, longueur du chemin, encrassement des fenêtres, et le vieillissement de la source s'annule dans le rapport. Du côté court, 850, 910, ou 940 nm, tout fonctionne et est bien approvisionné. Du côté long, 1050 nm encadre la bande par le haut, bien qu'il dépasse le bord du silicium et nécessite son propre détecteur. Si la ligne de base optique de l’échantillon change en fonction de la taille ou de la couleur des particules, ce qui est normal pour les céréales et les poudres, utiliser des références des deux côtés de 970 nm donc les deux définissent une ligne de base locale et la profondeur du pic en dessous devient le signal d'humidité.

Une LED de 970 nm est-elle sans danger pour les yeux?

Pas intrinsèquement, et il doit être traité avec plus de prudence qu'un émetteur d'humidité SWIR. Longueurs d'onde supérieures à environ 1400 nm sont absorbés dans la cornée avant d’atteindre la rétine, c'est là que la réputation de sécurité oculaire de 1450 nm et 1550 nm vient de. 970 nm est en dessous de ce seuil, donc il atteint et se concentre sur la rétine, et parce qu'il est entièrement invisible, il ne produit aucun réflexe de clignement ni réponse d'aversion.. Classer un 970 nm illuminateur sous CEI 62471 à l'intensité radiante et à la distance de visualisation que le produit présente réellement, et portez une attention particulière aux matrices multi-matrices, dont la production combinée peut dépasser les limites des groupes exemptés même lorsque chaque émetteur est individuellement inoffensif.

Où 970 nm s'inscrit dans le portefeuille

970 nm est une longueur d'onde de mesure, pas une longueur d'onde d'éclairage. Il est choisi car l'eau y absorbe faiblement, et faiblement, c'est ce dont une mesure de masse a besoin. Si l'énoncé de votre problème contient les mots teneur en humidité, fraction d'eau, noyau, échantillon en vrac, eau dans l'huile, ou hydratation des tissus, et l'échantillon a une épaisseur de quelques millimètres à quelques centimètres, c'est le groupe à évaluer en premier. S'il contient un revêtement, film, la toile, ou l'humidité de la surface, la bonne réponse est 1450 nm. S'il contient un éclairage caché ou une détection de proximité sans eau du tout, le problème, 850 et 940 nm sont moins chers et mieux approvisionnés.

Pour les forfaits disponibles, fiches techniques, et demandes d'échantillons dans la gamme du proche infrarouge, voir la catégorie de produits LED NIR.

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