Реклама

Светодиодные излучатели для телевизионных систем

Волков Виктор д.т.н.
№ 4(12)’2011
PDF версия
В статье рассматриваются светодиодные излучатели для инфракрасных осветителей, используемых в телевизионных системах с целью обеспечения наблюдения при низких уровнях освещенности и в полной темноте. Описаны конкретные модели светодиодных излучателей и осветителей на их основе, приводятся их основные параметры, показан характер сопряжения осветителей с телевизионными системами.

В настоящее время телевизионные системы (ТВС) широко используются для охраны объектов, для обеспечения антитеррористической деятельности, в криминалистике, для контроля, досмотра и пр. [1]. ТВС обладают значительной чувствительностью, но при низких уровнях освещенности (сумерки, ночь) и тем более в полной темноте для обеспечения нормального наблюдения необходимо применение дополнительных инфракрасных (ИК) осветителей. Наиболее целесообразно их исполнение на основе светодиодных излучателей, обладающих достаточно высокой мощностью, возможностью работы в ИК-области спектра, низким энергопотреблением и высокими эксплуатационными характеристиками, имеющих малые массо-габаритные показатели и значительный срок службы, простых в установке на рабочее место и безопасных в использовании. ИК-осветители могут работать как снаружи, так и внутри помещений.

Требование функционирования светодиодных осветителей в ИК-области спектра обусловлено необходимостью скрытности их работы (невозможностью видения их излучения невооруженным глазом), а также хорошим пропусканием атмосферы в ИК-области спектра по сравнению с видимой областью. Светодиодные ИК-осветители излучают чаще всего в области длин волн 850, 880 и 940 нм. На рис. 1 представлены спектральные характеристики ТВ-камер на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС), используемых в современных ТВС, а также типичных светодиодных ИК-излучателей. Видно, что эти излучатели достаточно хорошо согласуются по спектру с ТВ-камерами. Основные параметры отечественных светодиодных ИК-излучателей, используемых в осветителях ТВС, представлены в таблице 1 [2–7], а зарубежных — в таблице 2 [8–19].

Спектральные характеристики

Рис. 1. Спектральные характеристики:
1 – типичной матрицы ПЗС ТВ-камеры;
2 – ИК-светодиода с длиной волны 850 нм;
3 – ИК-светодиода с длиной волны 870 нм; 4 – ИК-светодиода с длиной волны 940 нм

Таблица 1. Типичные отечественные светодиодные ИК-излучатели для ТВС

Модель Мощность излучения, мВт Сила излучения, мВт/ср Угол излучения, град, по уровню 0,5Imax Прямое напряжение, В (не более) Макcимальная длина волны излучения, нм
Не менее Типичная Не менееd Типичная
НПЦ «ОПТЭЛ»
Прямой ток 100 мА
У-142Г – 20 100 150 10±3 1,8 940±10
АОИ189Г – 25 170 220 10±3 2,2 870±20
Прямой ток 200 мА
У-200ИК-2 – 300 – 65000 3±0,5 12±0,5 870±20
У-200ИК-3 – 200 – 35000 3±0,5 12±0,5 940±10
У-288Б 350 400 – 550 40±10 10,0 870±20
У-288В 200 300 – 300 40±10 10,0 940±10
У-174Б 350 400 – – 120±10 10,0 870±20
Прямой ток 400 мА
АОИ195А 100 120 – 300 35±10 2,2 870±20
АОИ195Г 80 90 – 200 35±10 2,2 940±10
У-190Б-П 90 100 – 600 10±3 2,2 870±20
У-190В-П 60 75 – 400 10±3 1,8 940±10
Прямой ток 600 мА
У-234Б 580 620 – 200 100±10 5,0 870±20
У-234Б-1 580 610 – 450 70±5 5,0 870±20
У-234Б-2 580 610 – 2200 20±5 5,0 870±20
Прямой ток 700 мА
У-193Б 200 230 – 500 30±10 2,2 870±20
У-224Б 200 250 – 5000 7±2 2,2 870±20
У-224Б-1 200 250 – 8000 5±1 2,5 870±20
У-224В 100 150 – 3000 7±2 2,2 940±10
У-176Б 200 250 – 5000 7±2 2,2 870±20
Прямой ток 1000 мА
У-236Б 800 900 – 550 85±10 5,0 870±20
У-236Б-1 800 900 – 3000 20±5 5,0 870±20
ОАО «НИИПП»
Прямой ток 500 мА
ТОМ 120S 70   –   10–30 2,2 800–900
Прямой ток 1000 мА
ТОМ 120Э 180 – 1700 – 7–10 2,2 820–900
ТОМ 120Д 100 – 500 – 40–50 2,2 800–960
ТОМ 120Н 150 – 5500 – 7–10 2,2 800–960
АОИ201А 180 – 700 – 18 2,2 800–960
АЛ148 150 – 535 – 18–30 2,2 850–900

Таблица 2. Типичные зарубежные светодиодные излучатели для ТВС

Фирма Модель Мощность излучения, мВт Сила излучения, мВт/ср Угол излучения, град, по уровню 0,5Imax Прямое напряжение, В (не более) Макcимальная длина волны излучения, нм
Не менее Типичная Не менее Типичная
Прямой ток 20 мА
Honeywell SEP8506-003   100   167 50 1,5 935
  SEP8705-003   70   1300 15 1,7 880
  SEP8706-003   100   167 50 1,7 880
Прямой ток 50 мА
Kingbright L-53F3BT   30   139 30 1,2 940
  KA-352F3C   8   2,3 120 1,5 940
  L-34F3C   20   93 30 1,2 940
  L-34F4C   20   93 30 1,3 880
  L-53F3C   30   139 30 1,2 940
  L-53F4C-7113SF4C   30   139 30 1,3 880
Прямой ток 100 мА
Honeywell SE5450-014   150   1566 20 1,7 935
Vishay TSHA5203   65   434 25 1,5 860
Прямой ток 110 мА
Vishay TSAL5100   130   1358 20 1,35 940
Прямой ток 700 мА
Edison Opto EDEN-1LA3   5,4   34 150 1,5 940

На рис. 2 представлен сверхъяркий светодиодный ИК-излучатель GERMICOM-GR [20] на основе кристаллов GaAs с легирующими добавками, повышающими яркость свечения. Для эффективного отвода тепла с поверхности кристалла используется специальная «чашка» с повышенным коэффициентом теплопроводности. Для обеспечения различных углов подсветки применяются несколько типов линз из специального материала, свободно пропускающего ИК-излучение (рис. 3) [20]. Для создания достаточно мощных ИК-осветителей отдельные светодиодные ИК-излучатели собираются в матрицу (решетку). При этом такая матрица может располагаться по периметру ТВ-камеры в одном с ней корпусе (рис. 4 и 5) [21, 22]. Такое конструктивное исполнение позволяет сократить габариты, но излучение ИК-осветителя, отраженное от защитного стекла кожуха ТВ-камеры, попадает в нее и снижает контрастность изображения. Кроме того, из-за малого расстояния по фронту между осью ТВ-камеры и осями ИК-излучателей контраст изображения снижается вследствие влияния излучения обратного рассеяния в атмосфере. Поэтому более предпочтительным вариантом является использование отдельных ИК-осветителей, разнесенных по отношению к оси ТВ-камеры на максимально возможное расстояние. Матрица светодиодных излучателей такого автономного ИК-осветителя по существу представляет собой светодиодный кластер, который может также состоять из элементарных кластеров. Например, модель GNCL-S12.5×64 [23] представляет собой сборку из 64 кластеров, каждый из которых содержит по 4–5 светодиодных ИК-излучателей. Основные параметры автономных светодиодных ИК-осветителей для ТВС представлены в таблице 3 [20, 24–27].

Таблица 3. Основные параметры ИК-осветителей для ТВС

Фирма Модель Рабочая длина волны, нм Угол излучения, град. Масса, кг/габариты, мм Напряжение питания, В/энергопотребление, Вт Дальность подсветки, м Примечание
ООО «Микролайт» IR-plate 940 160 0,1/106х72х6 12±0,6/<5 до 4 Климатическое исполнение IP65, Р = 0,22 Вт
ООО «ЭВС» ПИК «Пластина» 950 120 0,02/95х80х3 12±0,5/<5 до 2 (для ТВК с Е = 0,1 лк)
ООО «Микролайт» IR-6/20-880 880 (940) 20±2 0,035/Ø34×27,5 12±0,6/<2,5 до 4 Климатическое исполнение IP65, Р = 0,15 Вт
IR-112/120 880 120±12 0,8/180×96×29 12±0,6/<20 до 1,8 Климатическое исполнение IP65
IR-30 880 80 0,035/134×64×50 12±0,6/<12,6 4,8–5,5 Климатическое исполнение IP65, Р = 0,75 Вт
IR-21 880 (940) 25 0,15/74×35×30 12±0,6/<2,5 20–25 (17–20) Климатическое исполнение IP65, Р = 0,11 Вт
IR-56 20 0,3/98×76×42 12±0,6/<7,6 33–40 (25–30) Климатическое исполнение IP65, Р = 0,29 Вт
IR-98 20 0,8/110×100×55 12±0,6/<14 50–60 (35–40) Климатическое исполнение IP65, Р = 0,50 Вт
IR-84 30 0,9/Ø90×90 12±0,6/<12,6 50 (30) Р = 0,80 Вт
IR-112/20 880 20 0,8/180×96×26 12±0,6/<20 70–80 Климатическое исполнение IP65, Р = 0,80 Вт
IR-294 880 (940) 20 1,5/200×134×64 12±0,6/<21 80–100 Р = 1,65 Вт
IR-16/20 880 20 0,9/180×155×120 12±0,6/<38 160–180 Климатическое исполнение IP65, Р = 0,21 Вт
IR-64 880 3–20 4,8/310×280×160 12±0,6/<38 250–300 Р = 0,80 Вт
НТФ «Тирекс» ПИК 20.2 870 80 0,4/125×60×60 12/1,44 до 30 Климатическое исполнение IP66, Δtp = –65…+40 °С
ПИК20 «Пожарный датчик» 950 80 0,2/Ø100×65     Климатическое исполнение IP66, Δtp = –5…+40 °С
ТПГ «КОМКОМ» Germicom GR-20 880 20 0,9/82×67×67 12±10%/4(10) 40–70 (72–125)  
Germicom GR-120 120   12±10%/4(8) 12–21 (20–35)  
ООО «ИК Технологии» Dominant L56 850 (940) 15 или 70×50 0,6/80×83×61 12+25/–6%/9,6 или 24+25/–6%/9,6 50 (40); 15 (8) Климатическое исполнение IP66, Δtp = –50…+40 °С
Dominant L126 1,0/145×83×61 12+25/–6%/9,6 или 24+25/–6%/19,2 90 (50); 25 (15)
Dominant L140 1,1/92×172×61 12+25/–6%/9,6 или 24+25/–6%/24 115 (70); 35 (25)
Dominant L252 1,6/145×172×61 12+25/–6%/9,6 или 24+25/–6%/38,4 130 (80); 45 (35)
Dominant L420 31/265×172×61 12+25/–6%/9,6 или 24+25/–6%/72 250 (160); 70 (50)
Dominant P6 850 6 или 120 1,0/145×83×61 12+25/–6%/9,6 или 24+25/–6%/12 180; 7
Dominant P18 1,6/145×172×61 12+25/–6%/9,6 или 24+25/–6%/36 500; 12
Dominant P36 3,0/265×172×61 12+25/–6%/9,6 или 24+25/–6%/72 800; 20
ООО «ЭВС» ПИК 7 870 7 3,5/∅135×200 11–14/11–14 100; 200 Е = 0,08 лк; Е = 10-3 лк;
Δtp = –50…+40 °С
ПИК 11 30 2,9/∅135×195 11–14/11–14 до 35; до 70
ПИК 12 80   11–14/38,5–49 до 25; до 50
ПИК 20 80 0,3/48×98×34 11–14/8,8–11,2 до 15; до 30
ПИК 21 30   11–14/7,7–9,8 до 22; до 45
ПИК 22 80     до 15; до 30
ПИК 23 80 0,03/∅30×30 12±0,2/4,8 до 7; до 14
ПИК 40 80 0,3/48×98×34 11–14/8,8–11,2 до 15; до 30
ПИК 41 30 0,3/∅60×100 11–14/9,9–12,6 до 24; до 50
ПИК 42 80 0,3/∅60×100   до 17; до 35
ПИК 51 950 80 0,4/210×120×40 11–14/8,8–11,2 до 10 Е = 0,1 лк
ПИК 100-10 850 10 0,8/132×122×48 12/25 до 220; до 110 Е = 0,08 лк; Е = 10-3 лк;
Δtp = –50…+40 °С
ПИК 200 25 870 25 0,3/55×55×155 12/8 до 50 Δtp = –40…+40 °С
ПИК 200 10×20 850 10–20 (горизонтальный)
10 (вертикальный) 		0,6/55×110×155 12/25 220-170 Два модуля; Δtp = –40…+40 °С

Примечания: Р — мощность излучения, Δtp — диапазон рабочих температур, ТВК — ТВ-камера, Е — ее чувствительность; ч/б — черно-белая ТВ-камера, цв — цветная ТВ-камера

Сверхъяркий светодиодный ИК-излучатель

Рис. 2. Сверхъяркий светодиодный ИК-излучатель

Различные типы линз для формирования излучения ИК-осветителя

Рис. 3. Различные типы линз для формирования излучения ИК-осветителя

ТВ-камеры НТC-71 и НТС-79

Рис. 4. ТВ-камеры НТC-71 и НТС-79 с периферическим расположением светодиодных ИК-излучателей в корпусе ТВ-камеры

ТВ-камера с таким же исполнением, что и по рис. 4

Рис. 5. ТВ-камера с таким же исполнением, что и по рис. 4, но с возможностью погружения под воду на глубину 40 м

Совместная работа ИК-осветителя возможна только с черно-белой или цветной видеокамерой, имеющей режим принудительного переключения «день–ночь». Для сохранения резкости изображения при работе с ИК-подсветкой ТВ-камера должна быть оборудована специальным объективом, приспособленным для работы в ближней ИК-области спектра [27].

Существует много типовых моделей ИК-осветителей и сотни вариантов их исполнения. Дистанция освещения варьируется от 5 до 1600 м с углами подсветки 270–6° [27]. Встроенный в корпус осветителя стабилизатор тока со сверхнизким проходным напряжением позволяет применять без ухудшения рабочих характеристик типовые блоки питания со стандартными выходными напряжениями 12/24 В. К таким блокам, например, относятся модели БП-50-12/24, БП-75-12/24, БП-150-12/24 с мощностью соответственно 50, 75, 150 Вт, массой соответственно 1; 1,1; 1,5 кг и габаритами 222×146×55 мм [27]. Возможно применение менее дорогих блоков питания, не предназначенных для эксплуатации при отрицательных температурах окружающей среды и размещенных в помещениях, находящихся на значительном удалении от осветителей, либо использовать единый мощный источник питания для всей системы освещения объекта, причем лучше всего — с технологией ИБП (UPS) [27]. Стабилизатор имеет встроенную защиту от несоблюдения полярности питающего напряжения и импульсных бросков напряжения до 50 В. Точность стабилизации тока — ±1%, ресурс работы — не менее 5×104 часов [27].

Работа осветителя автоматизирована с помощью фотодатчика, включающего осветитель при уменьшении наружной освещенности менее установленного порога (например 10 лк) и выключающего его при освещенности выше этого порога на 2–5 лк с задержкой в 20 с для защиты от влияния светодинамической рекламы или кратковременной засветки от фар автомобилей. В условиях офисного (люминесцирующего) освещения чувствительность фотодатчиков не уменьшается [27].

Отсутствие радиочастотного шума позволяет применять осветитель совместно с другой высокотехнологичной аппаратурой с максимально жесткими требованиями по электромагнитной совместимости. Низкая чувствительность электронных компонентов осветителя к электромагнитным излучениям позволяет ему работать в местах с высокой концентрацией электромагнитных полей (высоковольтные ЛЭП и подстанции) [27].

Типовой универсальный кронштейн для крепления осветителя имеется в его комплекте. Применение специального крепежного кронштейна с адаптивным механизмом регулировки при инсталляции позволяет сдваивать и страивать осветители одной модели в единую, значительно более мощную излучающую систему. Такой кронштейн позволяет более гибко настраивать систему освещения объекта: радикально увеличивать сектора освещенности либо многократно увеличивать дальность подсветки при сохранении первоначальных углов излучения, а также комбинировать параметр «угол–дальность» в зависимости от конкретной потребности [27].

Оптимальный способ отвода тепла от светодиодных излучателей и герметизация корпуса позволяют использовать осветители при температуре окружающей среды –50…+40 °С. Ресурс работы ИК-осветителей при снижении мощности излучения до 70% от номинальной при коэффициенте использования 0,5 — не менее 8 лет. При этом отсутствует необходимость технического обслуживания в течение всего срока эксплуатации. Применение высококачественных комплектующих изделий и 100%-й входной контроль позволили увеличить гарантийный срок эксплуатации ИК-осветителей до трех лет [27].

Дополнительно возможна установка следующих типовых опций: схемы импульсного управления осветителем (стробирования) от внешнего источника, например видеосигнала ТВ-камеры; схемы принудительного переключения цветной ТВ-камеры в ночной черно-белый режим при включении осветителя по сигналу фотодатчика; схемы термозащиты, снижающей потребляемую и излучаемую мощность на 30% при перегреве корпуса радиатора выше +80 °С с переключением на полную мощность при снижении его температуры до +70 °С по сигналу термодатчика; встроенного или внешнего выпрямителя AC/DС с интегрированным фильтром [27]. На рис. 6 представлен ИК-осветитель Dominant L252 и его общий вид. На рис. 7 показан ИК-осветитель IR-84, а на рис. 8 — характер наблюдения при выключенном и включенном ИК-осветителе IR-84. На рис. 9 показан ИК-осветитель ПИК 11, 12, на рис. 10 — ИК-осветители ПИК 21, 22, на рис. 11 — ИК-осветители ПИК 41, ПИК 42, на рис. 12 — способ их крепления на кронштейне. На рис. 13 показана ТВ-камера с ИК-осветителями на общем кронштейне.

а) ИК-осветитель Dominant L252; б) его внешний вид

Рис. 6. а) ИК-осветитель Dominant L252; б) его конструктивный внешний вид

ИК-осветитель IR-84

Рис. 7. ИК-осветитель IR-84

Изображение, наблюдаемое при пониженных уровнях освещенности

Рис. 8. Изображение, наблюдаемое при пониженных уровнях освещенности: а) в ТВ-камеру без включения ИК-осветителя IR-84; б) с включением его

Мощный ИК-осветитель ПИК 11, 12

Рис. 9. Мощный ИК-осветитель ПИК 11, 12

ИК-осветители ПИК 21, 22

Рис. 10. ИК-осветители ПИК 21, 22, комплектуемые двухкоординатным кронштейном для установки на любую горизонтальную или вертикальную поверхность

ИК-осветители ПИК 41, 42

Рис. 11. ИК-осветители ПИК 41, 42, предназначенные для установки на кронштейн термокожуха ТВ-камеры

ИК-осветители ПИК 41

Рис. 12. ИК-осветители ПИК 41, установленные с помощью переходника на одном кронштейне с термокожухом

ИК-осветители, закрепленные на кронштейне вместе с ТВ-камерой

Рис. 13. ИК-осветители, закрепленные на кронштейне вместе с ТВ-камерой

Для скрытого наблюдения используются ИК-осветители в виде пластин (их параметры приведены в таблице 3), ИК-ламп в светильниках и болтов (таблица 4) [28, 29].

Таблица 4. Основные параметры светодиодных ИК-осветителей для скрытой подсветки


Фирма 		Модель Рабочая длина волны, нм Угол излучения, град. Масса, кг/габариты, мм Напряжение питания, В/энергопотребление, Вт Дальность подсветки, м Примечание
НТЦ «Подсвет» IRL-940P 940 140 ≤0,1/∅64×102 = 12±10%/<11 5 Δtp = –40…+40 °С
IRL-900P 900 6
IRS-940 940 ≤0,1/∅80×70 5
IRS-900 900 6
НТФ «Тирэкс» «ПИК-Болт» 950 100×95 ∅20×15 (резьба М10, длина 15 мм) = 12±0,5%/<5 2,4 Дальность дана для ТВК с Е = 0,1 лк

Примечания: Δtp – диапазон рабочих температур, ТВК — ТВ-камера, Е — ее чувствительность.

ИК-осветители в виде пластин (панелей) предусматривают скрытое размещение ТВ-камеры за панелью [24]. На переднюю сторону панели можно нанести любой рисунок или надпись, например «Не курить», «Выход» и т. д. Корпус пластины изготовлен из алюминиевых сплавов [24]. Передняя часть пластины защищена специальным пластиковым фильтром, на котором и допускается располагать надписи. В частности, пластина IR-plate [24] обеспечивает подсветку на дальности до 4 м в угле 160°. На рис. 14 показана ИК-пластина IR-plate, а на рис. 15 — пример ее установки на двери [24].

ИК-пластина IR-plate

Рис. 14. ИК-пластина IR-plate

Пример установки IR-plate на двери

Рис. 15. Пример установки IR-plate на двери

ИК-осветитель может быть замаскирован под лампу накаливания (рис. 15), которая может быть установлена в типовой фурнитуре потолочного светильника (рис. 16) [28]. Осветитель имеет широкую и равномерную диаграмму направленности [29]. ИК-осветитель, замаскированный под болт, имеет цилиндрический резьбовой корпус (рис. 17) [29]. На его торцевой поверхности закреплен шестиэлементный матричный ИК светодиодный излучатель, закрытый темным ИК-фильтром. Совокупность шести практически точечных источников, не имеющих формирующей оптики, обеспечивает широкоугольную и практически равномерную диаграмму направленности излучателя.

ИК-лампа (вверху), она же в светильнике (внизу)

Рис. 16. ИК-лампа (вверху), она же в светильнике (внизу)

ИК-осветитель ПИК-Болт

Рис. 17. ИК-осветитель «ПИК-Болт»

Таким образом, существуют разнообразные светодиодные ИК-осветители для ТВ-систем, которые могут обеспечить решение требуемых задач в различных условиях применения.

Литература

  1. Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. М.: Новости. 2009.
  2. http://www.optelcenter.com/ru/prodSection1_3.htm
  3. http://www.niipp.ru/Russian/products/AL148.html
  4. http://www.niipp.ru/Russian/products/TOM120S.html
  5. http://www.niipp.ru/Russian/products/TOM120E.html
  6. http://www.niipp.ru/Russian/products/TOM120D.html
  7. http://www.niipp.ru/Russian/products/TOM120H.html
  8. http://www.chipindustry.ru/product0/36290.aspx
  9. http://www.chipindustry.ru/product0/1833.aspx
  10. http://www.chipindustry.ru/product0/15266.aspx
  11. http://www.chipindustry.ru/product0/956756736.aspx
  12. http://www.chipindustry.ru/product0/639861367.aspx
  13. http://www.chipindustry.ru/product0/19176.aspx
  14. http://www.chipindustry.ru/product0/53684.aspx
  15. http://www.chipindustry.ru/product0/411413060.aspx
  16. http://www.chipindustry.ru/product0/32441.aspx
  17. http://www.chipindustry.ru/product0/25120.aspx
  18. http://www.chipindustry.ru/product0/543760574.aspx
  19. http://www.edison-opto.ru/products/edison/ir.php
  20. GERMICOM // Каталог торгового дома «КОМКОМ». Москва, 2011.
  21. CCTV. Оборудование видеонаблюдения // Каталог фирмы HUNT Electronic. Тайвань. 2011.
  22. Supplier for top-quality video surveillance products // Каталог фирмы Shenzhen Topband Electronics and Technology. Китай. 2011.
  23. http://www.radiodetali.com/td/cluster/gncl-s125x64a.htm
  24. Ты можешь видеть в темноте? // Каталог фирмы ООО «Микролайт». Москва, 2011.
  25. http://www.evs.ru/prod,php?gr=29
  26. ИК-прожекторы для систем видеонаблюдения // Проспект НТФ «Тирекс». Москва, 2010.
  27. Светодиодные прожекторы для систем видеонаблюдения DOMINANTTM // Каталог ООО «ИК ехнологии». М. о., г. Воскресенск, 2011.
  28. Светодиодный ИК-осветитель для скрытой подсветки // Проспект НТЦ «Подсвет». Москва, 2010.
  29. Светодиодный ИК-осветитель для скрытой подсветки «ПИК-Болт» // Системы безопасности. 2006. № 1 (67).

29.08.2011 | Без рубрики
Оставить комментарий

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *