Πηγή: Ulink Media
Στην εποχή μετά την επιδημία, πιστεύουμε ότι οι αισθητήρες υπερύθρων είναι απαραίτητοι κάθε μέρα. Κατά τη διάρκεια των μετακινήσεων, πρέπει να μετράμε τη θερμοκρασία ξανά και ξανά πριν φτάσουμε στον προορισμό μας. Στην πραγματικότητα, ένας μεγάλος αριθμός αισθητήρων υπερύθρων παίζει πολλούς σημαντικούς ρόλους στη μέτρηση θερμοκρασίας. Στη συνέχεια, ας ρίξουμε μια καλή ματιά στον αισθητήρα υπερύθρων.
Εισαγωγή στους αισθητήρες υπερύθρων
Οτιδήποτε πάνω από το απόλυτο μηδέν (-273°C) εκπέμπει συνεχώς υπέρυθρη ενέργεια στον περιβάλλοντα χώρο, ας πούμε. Και ο αισθητήρας υπερύθρων είναι σε θέση να ανιχνεύσει την υπέρυθρη ενέργεια του αντικειμένου και να τη μετατρέψει σε ηλεκτρικά εξαρτήματα. Ο αισθητήρας υπερύθρων αποτελείται από οπτικό σύστημα, στοιχείο ανίχνευσης και κύκλωμα μετατροπής.
Τα οπτικά συστήματα μπορούν να χωριστούν σε τύπους μετάδοσης και τύπου ανάκλασης ανάλογα με τη δομή τους. Η μετάδοση απαιτεί δύο εξαρτήματα, ένα που εκπέμπει υπέρυθρες ακτίνες και ένα που δέχεται υπέρυθρες ακτίνες. Ο ανακλαστήρας, από την άλλη πλευρά, χρειάζεται μόνο έναν αισθητήρα για τη συλλογή των επιθυμητών πληροφοριών.
Το στοιχείο ανίχνευσης μπορεί να χωριστεί σε θερμικό στοιχείο ανίχνευσης και φωτοηλεκτρικό στοιχείο ανίχνευσης σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας. Τα θερμίστορ είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα θερμίστορ. Όταν το θερμίστορ εκτίθεται σε υπέρυθρη ακτινοβολία, η θερμοκρασία αυξάνεται και η αντίσταση αλλάζει (αυτή η αλλαγή μπορεί να είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη, επειδή το θερμίστορ μπορεί να χωριστεί σε θερμίστορ θετικού συντελεστή θερμοκρασίας και σε θερμίστορ αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας), τα οποία μπορούν να μετατραπούν σε ηλεκτρικό σήμα εξόδου μέσω του κυκλώματος μετατροπής. Τα φωτοηλεκτρικά στοιχεία ανίχνευσης χρησιμοποιούνται συνήθως ως φωτοευαίσθητα στοιχεία, συνήθως κατασκευασμένα από θειούχο μόλυβδο, σεληνιούχο μόλυβδο, αρσενικούχο ίνδιο, αρσενικούχο αντιμόνιο, τριαδικό κράμα τελλουριδίου υδραργύρου-καδμίου, γερμάνιο και υλικά με πρόσμιξη πυριτίου.
Σύμφωνα με τα διαφορετικά κυκλώματα επεξεργασίας και μετατροπής σήματος, οι αισθητήρες υπερύθρων μπορούν να χωριστούν σε αναλογικούς και ψηφιακούς τύπους. Το κύκλωμα επεξεργασίας σήματος του αναλογικού πυροηλεκτρικού αισθητήρα υπερύθρων είναι ένας σωλήνας φαινομένου πεδίου, ενώ το κύκλωμα επεξεργασίας σήματος του ψηφιακού πυροηλεκτρικού αισθητήρα υπερύθρων είναι ένα ψηφιακό τσιπ.
Πολλές λειτουργίες του αισθητήρα υπερύθρων πραγματοποιούνται μέσω διαφορετικών μεταλλάξεων και συνδυασμών τριών ευαίσθητων εξαρτημάτων: οπτικό σύστημα, στοιχείο ανίχνευσης και κύκλωμα μετατροπής. Ας ρίξουμε μια ματιά σε μερικούς άλλους τομείς όπου οι αισθητήρες υπερύθρων έχουν κάνει τη διαφορά.
Εφαρμογή αισθητήρα υπερύθρων
1. Ανίχνευση αερίου
Η αρχή της υπέρυθρης οπτικής λειτουργίας ενός αισθητήρα αερίου βασίζεται στα χαρακτηριστικά επιλεκτικής απορρόφησης εγγύς υπέρυθρης φασματικής κλίμακας διαφορετικών μορίων αερίου, στη χρήση της σχέσης συγκέντρωσης αερίου και ισχύος απορρόφησης (νόμος Lambert - Bill Lambert Beer) για τον εντοπισμό και τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης του συστατικού αερίου, μιας συσκευής ανίχνευσης αερίου.
Οι αισθητήρες υπερύθρων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απόκτηση του χάρτη ανάλυσης υπέρυθρης ακτινοβολίας, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Μόρια που αποτελούνται από διαφορετικά άτομα θα υποστούν υπέρυθρη απορρόφηση υπό την ακτινοβολία υπέρυθρου φωτός στην ίδια συχνότητα, με αποτέλεσμα αλλαγές στην ένταση του υπέρυθρου φωτός. Ανάλογα με τις διαφορετικές κορυφές κύματος, μπορούν να προσδιοριστούν οι τύποι αερίων που περιέχονται στο μείγμα.
Σύμφωνα με τη θέση μιας μεμονωμένης κορυφής απορρόφησης στο υπέρυθρο, μπορούν να προσδιοριστούν μόνο οι ομάδες που υπάρχουν στο μόριο του αερίου. Για να προσδιορίσουμε με ακρίβεια τον τύπο του αερίου, πρέπει να εξετάσουμε τις θέσεις όλων των κορυφών απορρόφησης στην περιοχή μέσου υπέρυθρου του αερίου, δηλαδή το αποτύπωμα απορρόφησης στο υπέρυθρο του αερίου. Με το φάσμα υπέρυθρου, η περιεκτικότητα κάθε αερίου στο μείγμα μπορεί να αναλυθεί γρήγορα.
Οι αισθητήρες υπέρυθρων αερίων χρησιμοποιούνται ευρέως στην πετροχημική, μεταλλουργική βιομηχανία, στην εξόρυξη σε συνθήκες εργασίας, στην παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και στην ανίχνευση που σχετίζεται με την εξουδετέρωση άνθρακα, στη γεωργία και σε άλλες βιομηχανίες. Προς το παρόν, τα λέιζερ μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι ακριβά. Πιστεύω ότι στο μέλλον, με μεγάλο αριθμό βιομηχανιών να χρησιμοποιούν αισθητήρες υπέρυθρης ακτινοβολίας για την ανίχνευση αερίου, οι αισθητήρες υπέρυθρου αερίου θα γίνουν πιο εξαιρετικοί και φθηνότεροι.
2. Μέτρηση απόστασης με υπέρυθρες
Ο αισθητήρας υπέρυθρης μέτρησης εύρους είναι ένα είδος συσκευής ανίχνευσης, που χρησιμοποιεί υπέρυθρες ως μέσο μέτρησης, έχει ευρύ φάσμα μέτρησης, σύντομο χρόνο απόκρισης και χρησιμοποιείται κυρίως στη σύγχρονη επιστήμη και τεχνολογία, την εθνική άμυνα και τους βιομηχανικούς και γεωργικούς τομείς.
Ο αισθητήρας υπέρυθρης μέτρησης απόστασης διαθέτει ένα ζεύγος διόδων εκπομπής και λήψης υπέρυθρου σήματος, οι οποίοι χρησιμοποιούν τον αισθητήρα υπέρυθρης μέτρησης για να εκπέμψουν μια δέσμη υπέρυθρου φωτός, σχηματίζοντας μια διαδικασία ανάκλασης μετά την ακτινοβόλησή του στο αντικείμενο, ανακλώντας τον στον αισθητήρα μετά τη λήψη του σήματος και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας επεξεργασία εικόνας CCD, λήψη, μετάδοση και λήψη των δεδομένων χρονικής διαφοράς. Η απόσταση του αντικειμένου υπολογίζεται μετά την επεξεργασία από τον επεξεργαστή σήματος. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο σε φυσικές επιφάνειες, αλλά και σε ανακλαστικά πάνελ. Μέτρηση απόστασης, απόκριση υψηλής συχνότητας, κατάλληλο για σκληρά βιομηχανικά περιβάλλοντα.
3. Η μετάδοση υπερύθρων
Η μετάδοση δεδομένων χρησιμοποιώντας αισθητήρες υπέρυθρης ακτινοβολίας χρησιμοποιείται επίσης ευρέως. Το τηλεχειριστήριο της τηλεόρασης χρησιμοποιεί σήματα μετάδοσης υπέρυθρης ακτινοβολίας για τον τηλεχειρισμό της τηλεόρασης. Τα κινητά τηλέφωνα μπορούν να μεταδίδουν δεδομένα μέσω υπέρυθρης ακτινοβολίας. Αυτές είναι εφαρμογές που υπάρχουν από τότε που αναπτύχθηκε για πρώτη φορά η τεχνολογία υπέρυθρων.
4. Θερμική εικόνα υπερύθρων
Η θερμική απεικόνιση είναι ένας παθητικός αισθητήρας που μπορεί να καταγράψει την υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπεται από όλα τα αντικείμενα των οποίων η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από το απόλυτο μηδέν. Η θερμική απεικόνιση αναπτύχθηκε αρχικά ως εργαλείο στρατιωτικής επιτήρησης και νυχτερινής όρασης, αλλά καθώς η χρήση της έγινε ευρύτερη, η τιμή της μειώθηκε, επεκτείνοντας έτσι σημαντικά το πεδίο εφαρμογής. Οι εφαρμογές της θερμικής απεικόνισης περιλαμβάνουν εφαρμογές σε ζώα, γεωργία, κτίρια, ανίχνευση αερίων, βιομηχανικές και στρατιωτικές εφαρμογές, καθώς και ανίχνευση, παρακολούθηση και αναγνώριση ανθρώπων. Τα τελευταία χρόνια, η υπέρυθρη θερμική εικόνα έχει χρησιμοποιηθεί σε πολλούς δημόσιους χώρους για την γρήγορη μέτρηση της θερμοκρασίας προϊόντων.
5. Υπέρυθρη επαγωγή
Ο διακόπτης επαγωγής υπερύθρων είναι ένας διακόπτης αυτόματου ελέγχου που βασίζεται στην τεχνολογία επαγωγής υπερύθρων. Πραγματοποιεί τη λειτουργία αυτόματου ελέγχου του ανιχνεύοντας την υπέρυθρη θερμότητα που εκπέμπεται από τον εξωτερικό κόσμο. Μπορεί να ανοίξει γρήγορα λάμπες, αυτόματες πόρτες, αντικλεπτικούς συναγερμούς και άλλο ηλεκτρικό εξοπλισμό.
Μέσω του φακού Fresnel του αισθητήρα υπερύθρων, το σκεδαζόμενο υπέρυθρο φως που εκπέμπεται από το ανθρώπινο σώμα μπορεί να ανιχνευθεί από τον διακόπτη, έτσι ώστε να πραγματοποιηθούν διάφορες λειτουργίες αυτόματου ελέγχου, όπως το άναμμα του φωτός. Τα τελευταία χρόνια, με τη δημοτικότητα του έξυπνου σπιτιού, η ανίχνευση υπερύθρων έχει επίσης χρησιμοποιηθεί σε έξυπνους κάδους απορριμμάτων, έξυπνες τουαλέτες, έξυπνους διακόπτες χειρονομίας, επαγωγικές πόρτες και άλλα έξυπνα προϊόντα. Η ανίχνευση υπερύθρων δεν αφορά μόνο την ανίχνευση ανθρώπων, αλλά ενημερώνεται συνεχώς για να επιτυγχάνει περισσότερες λειτουργίες.
Σύναψη
Τα τελευταία χρόνια, η βιομηχανία του Διαδικτύου των Πραγμάτων έχει αναπτυχθεί ραγδαία και έχει ευρείες προοπτικές αγοράς. Σε αυτό το πλαίσιο, η αγορά αισθητήρων υπέρυθρων έχει επίσης σημειώσει περαιτέρω ανάπτυξη. Ως εκ τούτου, η αγορά ανιχνευτών υπέρυθρων στην Κίνα συνεχίζει να αυξάνεται. Σύμφωνα με στοιχεία, το 2019, το μέγεθος της αγοράς ανιχνευτών υπέρυθρων στην Κίνα ήταν σχεδόν 400 εκατομμύρια γιουάν, και μέχρι το 2020 σχεδόν 500 εκατομμύρια γιουάν. Σε συνδυασμό με τη ζήτηση για υπέρυθρη μέτρηση θερμοκρασίας επιδημιών και εξουδετέρωση άνθρακα για ανίχνευση υπέρυθρων αερίων, το μέγεθος της αγοράς αισθητήρων υπέρυθρων θα είναι τεράστιο στο μέλλον.
Ώρα δημοσίευσης: 16 Μαΐου 2022