حسگرهای مادون قرمز فقط دماسنج نیستند

منبع: رسانه Ulink

در دوران پس از همه‌گیری، ما معتقدیم که حسگرهای مادون قرمز هر روز ضروری هستند. در فرآیند رفت و آمد، قبل از رسیدن به مقصد، باید بارها و بارها اندازه‌گیری دما را انجام دهیم. در واقع، به عنوان یک اندازه‌گیری دما با تعداد زیادی حسگر مادون قرمز، نقش‌های مهم زیادی وجود دارد. در ادامه، بیایید نگاهی دقیق به حسگر مادون قرمز بیندازیم.

مقدمه‌ای بر حسگرهای مادون قرمز

هر چیزی که بالاتر از صفر مطلق (-273 درجه سانتیگراد) باشد، به طور مداوم انرژی مادون قرمز را به فضای اطراف ساطع می‌کند. و حسگر مادون قرمز، قادر است انرژی مادون قرمز جسم را حس کرده و آن را به اجزای الکتریکی تبدیل کند. حسگر مادون قرمز از سیستم نوری، عنصر تشخیص و مدار تبدیل تشکیل شده است.

سیستم‌های نوری را می‌توان بر اساس ساختار مختلف به نوع انتقالی و نوع انعکاسی تقسیم کرد. انتقالی به دو جزء نیاز دارد، یکی فرستنده مادون قرمز و دیگری گیرنده مادون قرمز. از سوی دیگر، بازتابنده تنها به یک حسگر برای جمع‌آوری اطلاعات مورد نظر نیاز دارد.

عنصر تشخیص را می‌توان بر اساس اصل کار به عنصر تشخیص حرارتی و عنصر تشخیص فوتوالکتریک تقسیم کرد. ترمیستورها پرکاربردترین ترمیستورها هستند. هنگامی که ترمیستور در معرض تابش مادون قرمز قرار می‌گیرد، دما افزایش می‌یابد و مقاومت تغییر می‌کند (این تغییر ممکن است بزرگتر یا کوچکتر باشد، زیرا ترمیستور را می‌توان به ترمیستور با ضریب دمایی مثبت و ترمیستور با ضریب دمایی منفی تقسیم کرد)، که می‌تواند از طریق مدار تبدیل به خروجی سیگنال الکتریکی تبدیل شود. عناصر تشخیص فوتوالکتریک معمولاً به عنوان عناصر حساس به نور استفاده می‌شوند که معمولاً از سولفید سرب، سلنید سرب، آرسنید ایندیوم، آرسنید آنتیموان، آلیاژ سه‌تایی جیوه کادمیوم تلورید، مواد آلاییده شده با ژرمانیوم و سیلیکون ساخته می‌شوند.

با توجه به مدارهای پردازش و تبدیل سیگنال مختلف، سنسورهای مادون قرمز را می‌توان به آنالوگ و دیجیتال تقسیم کرد. مدار پردازش سیگنال سنسور مادون قرمز پیروالکتریک آنالوگ، لوله اثر میدانی است، در حالی که مدار پردازش سیگنال سنسور مادون قرمز پیروالکتریک دیجیتال، تراشه دیجیتال است.

بسیاری از عملکردهای حسگر مادون قرمز از طریق جایگشت‌ها و ترکیبات مختلف سه جزء حساس تحقق می‌یابند: سیستم نوری، عنصر تشخیص و مدار تبدیل. بیایید نگاهی به برخی دیگر از حوزه‌هایی که حسگرهای مادون قرمز در آنها تفاوت ایجاد کرده‌اند، بیندازیم.

کاربرد حسگر مادون قرمز

۱. تشخیص گاز

اصل نوری مادون قرمز حسگر گاز نوعی مبتنی بر ویژگی‌های جذب انتخابی طیفی مادون قرمز نزدیک مولکول‌های مختلف گاز، استفاده از رابطه غلظت گاز و قدرت جذب (قانون لامبرت - بیل لامبرت بیر) برای شناسایی و تعیین غلظت اجزای گاز در دستگاه حسگر گاز است.

حسگرهای مادون قرمز می‌توانند برای به دست آوردن نقشه آنالیز مادون قرمز همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، استفاده شوند. مولکول‌های تشکیل شده از اتم‌های مختلف، تحت تابش نور مادون قرمز با فرکانس یکسان، جذب مادون قرمز می‌شوند و در نتیجه شدت نور مادون قرمز تغییر می‌کند. با توجه به پیک‌های موج مختلف، انواع گاز موجود در مخلوط را می‌توان تعیین کرد.

بر اساس موقعیت یک پیک جذب مادون قرمز، تنها می‌توان گروه‌های موجود در مولکول گاز را تعیین کرد. برای تعیین دقیق نوع گاز، باید موقعیت تمام پیک‌های جذب در ناحیه مادون قرمز میانی گاز، یعنی اثر انگشت جذب مادون قرمز گاز، را بررسی کنیم. با طیف مادون قرمز، می‌توان به سرعت محتوای هر گاز در مخلوط را تجزیه و تحلیل کرد.

حسگرهای گاز مادون قرمز به طور گسترده در صنایع پتروشیمی، متالورژی، معدنکاری در شرایط کاری، نظارت بر آلودگی هوا و تشخیص مربوط به خنثی سازی کربن، کشاورزی و سایر صنایع استفاده می‌شوند. در حال حاضر، لیزرهای مادون قرمز میانی گران هستند. من معتقدم که در آینده، با تعداد زیادی از صنایع که از حسگرهای مادون قرمز برای تشخیص گاز استفاده می‌کنند، حسگرهای گاز مادون قرمز عالی‌تر و ارزان‌تر خواهند شد.

۲. اندازه‌گیری فاصله مادون قرمز

حسگر فاصله مادون قرمز نوعی دستگاه حسگر است که از مادون قرمز به عنوان واسطه سیستم اندازه‌گیری استفاده می‌کند، دامنه اندازه‌گیری وسیع، زمان پاسخ کوتاه، عمدتاً در علم و فناوری مدرن، دفاع ملی و زمینه‌های صنعتی و کشاورزی استفاده می‌شود.

حسگر فاصله‌یابی مادون قرمز دارای یک جفت دیود فرستنده و گیرنده سیگنال مادون قرمز است که از حسگر فاصله‌یابی مادون قرمز برای انتشار پرتویی از نور مادون قرمز استفاده می‌کند، پس از تابش به جسم، یک فرآیند بازتاب تشکیل می‌دهد، پس از دریافت سیگنال به حسگر بازتاب می‌شود و سپس با استفاده از پردازش تصویر CCD، داده‌های اختلاف زمانی را ارسال و دریافت می‌کند. فاصله جسم پس از پردازش توسط پردازنده سیگنال محاسبه می‌شود. این حسگر نه تنها در سطوح طبیعی، بلکه در پنل‌های بازتابنده نیز قابل استفاده است. اندازه‌گیری فاصله، پاسخ فرکانسی بالا، مناسب برای محیط‌های صنعتی خشن.

۳. انتقال مادون قرمز

انتقال داده با استفاده از حسگرهای مادون قرمز نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. کنترل از راه دور تلویزیون از سیگنال‌های انتقال مادون قرمز برای کنترل از راه دور تلویزیون استفاده می‌کند؛ تلفن‌های همراه می‌توانند از طریق انتقال مادون قرمز داده‌ها را منتقل کنند. اینها کاربردهایی هستند که از زمان توسعه فناوری مادون قرمز وجود داشته‌اند.

۴. تصویر حرارتی مادون قرمز

تصویرگر حرارتی یک حسگر غیرفعال است که می‌تواند تابش مادون قرمز ساطع شده از تمام اجسامی که دمای آنها بالاتر از صفر مطلق است را ثبت کند. تصویرگر حرارتی در ابتدا به عنوان یک ابزار نظارتی نظامی و دید در شب توسعه داده شد، اما با گسترش استفاده از آن، قیمت آن کاهش یافت و در نتیجه زمینه کاربرد آن به میزان قابل توجهی گسترش یافت. کاربردهای تصویرگر حرارتی شامل کاربردهای حیوانی، کشاورزی، ساختمانی، تشخیص گاز، کاربردهای صنعتی و نظامی و همچنین تشخیص، ردیابی و شناسایی انسان است. در سال‌های اخیر، تصویر حرارتی مادون قرمز در بسیاری از اماکن عمومی برای اندازه‌گیری سریع دمای محصولات استفاده شده است.

۵. القای مادون قرمز

سوئیچ القایی مادون قرمز یک سوئیچ کنترل اتوماتیک مبتنی بر فناوری القایی مادون قرمز است. این سوئیچ با حس کردن گرمای مادون قرمز ساطع شده از دنیای بیرون، عملکرد کنترل اتوماتیک خود را انجام می‌دهد. این سوئیچ می‌تواند به سرعت لامپ‌ها، درهای اتوماتیک، دزدگیرهای ضد سرقت و سایر تجهیزات الکتریکی را باز کند.

از طریق لنز فرنل حسگر مادون قرمز، نور مادون قرمز پراکنده شده توسط بدن انسان می‌تواند توسط سوئیچ حس شود تا عملکردهای مختلف کنترل خودکار مانند روشن کردن چراغ را انجام دهد. در سال‌های اخیر، با محبوبیت خانه‌های هوشمند، حسگر مادون قرمز در سطل‌های زباله هوشمند، توالت‌های هوشمند، کلیدهای حرکتی هوشمند، درب‌های القایی و سایر محصولات هوشمند نیز استفاده شده است. حسگر مادون قرمز فقط مربوط به حس کردن افراد نیست، بلکه دائماً برای دستیابی به عملکردهای بیشتر به‌روزرسانی می‌شود.

نتیجه‌گیری

در سال‌های اخیر، صنعت اینترنت اشیا به سرعت توسعه یافته و چشم‌انداز بازار گسترده‌ای دارد. در این زمینه، بازار حسگرهای مادون قرمز نیز رشد بیشتری داشته است. بنابراین، مقیاس بازار آشکارسازهای مادون قرمز چین همچنان در حال رشد است. طبق داده‌ها، در سال ۲۰۱۹، اندازه بازار آشکارسازهای مادون قرمز چین نزدیک به ۴۰۰ میلیون یوان بود که تا سال ۲۰۲۰ به نزدیک ۵۰۰ میلیون یوان خواهد رسید. با توجه به تقاضا برای اندازه‌گیری دمای مادون قرمز در بیماری‌های همه‌گیر و خنثی‌سازی کربن برای تشخیص گاز مادون قرمز، اندازه بازار حسگرهای مادون قرمز در آینده بسیار بزرگ خواهد بود.