Источник: Ulink Media
В постэпидемическую эпоху мы считаем инфракрасные датчики незаменимыми в повседневной жизни. В процессе поездок нам приходится снова и снова измерять температуру, прежде чем мы доберемся до места назначения. Измерение температуры с помощью большого количества инфракрасных датчиков, по сути, играет множество важных ролей. Давайте подробнее рассмотрим инфракрасные датчики.
Введение в инфракрасные датчики
При температуре выше абсолютного нуля (-273°C) объект постоянно излучает инфракрасную энергию в окружающее пространство. Инфракрасный датчик способен улавливать эту инфракрасную энергию и преобразовывать её в электрические компоненты. Инфракрасный датчик состоит из оптической системы, детектирующего элемента и схемы преобразования.
Оптические системы можно разделить на системы пропускания и отражения в зависимости от их структуры. Для систем пропускания требуются два компонента: передающий инфракрасный луч и принимающий инфракрасный луч. Отражатель же, напротив, требует только одного датчика для сбора необходимой информации.
В зависимости от принципа работы детектирующие элементы можно разделить на тепловые и фотоэлектрические. Наиболее широко используются терморезисторы. При воздействии инфракрасного излучения на терморезистор температура повышается, а сопротивление изменяется (это изменение может быть большим или меньшим, поскольку терморезисторы делятся на терморезисторы с положительным и отрицательным температурным коэффициентом), что преобразуется в электрический сигнал через схему преобразования. В качестве фоточувствительных элементов обычно используются фотоэлектрические элементы, как правило, изготавливаемые из сульфида свинца, селенида свинца, арсенида индия, арсенида сурьмы, тройного сплава теллурида ртути и кадмия, а также легированных материалов на основе германия и кремния.
В зависимости от используемых схем обработки и преобразования сигналов, инфракрасные датчики можно разделить на аналоговые и цифровые. Схема обработки сигнала аналогового пироэлектрического инфракрасного датчика представляет собой полевую лампу, тогда как схема обработки сигнала цифрового пироэлектрического инфракрасного датчика представляет собой цифровой чип.
Многие функции инфракрасного датчика реализуются за счет различных комбинаций трех чувствительных компонентов: оптической системы, элемента обнаружения и схемы преобразования. Рассмотрим другие области, где инфракрасные датчики внесли существенный вклад.
Применение инфракрасного датчика
1. Обнаружение газа
Принцип работы инфракрасного оптического газового датчика основан на характеристиках селективного поглощения различных молекул газа в ближнем инфракрасном диапазоне, а также на использовании соотношения концентрации газа и интенсивности поглощения (закон Ламберта-Беера) для идентификации и определения концентрации компонентов газа.
Для получения карты инфракрасного анализа, как показано на рисунке выше, можно использовать инфракрасные датчики. Молекулы, состоящие из разных атомов, будут подвергаться инфракрасному поглощению под воздействием инфракрасного света одной и той же частоты, что приведет к изменению интенсивности инфракрасного излучения. По различным пикам волн можно определить типы газов, содержащихся в смеси.
По положению единственного пика инфракрасного поглощения можно определить только то, какие группы присутствуют в молекуле газа. Для точного определения типа газа необходимо рассмотреть положения всех пиков поглощения в среднеинфракрасной области спектра газа, то есть, инфракрасный спектр поглощения газа. С помощью инфракрасного спектра можно быстро проанализировать состав каждого газа в смеси.
Инфракрасные газовые датчики широко используются в нефтехимической, металлургической промышленности, горнодобывающей промышленности, мониторинге загрязнения воздуха и обнаружении выбросов углерода, сельском хозяйстве и других отраслях. В настоящее время среднеинфракрасные лазеры дороги. Я считаю, что в будущем, с увеличением числа отраслей, использующих инфракрасные датчики для обнаружения газов, инфракрасные газовые датчики станут более совершенными и дешевыми.
2. Измерение расстояния с помощью инфракрасного излучения
Инфракрасный дальномер — это тип измерительного устройства, использующего инфракрасное излучение в качестве среды измерения, обладающий широким диапазоном измерения и коротким временем отклика. Он широко применяется в современной науке и технике, оборонной промышленности, а также в промышленном и сельскохозяйственном секторах.
Инфракрасный дальномер имеет пару передающих и принимающих инфракрасный сигнал диодов. Используя инфракрасный дальномер, он излучает луч инфракрасного света, который после облучения объектом отражается, отражается обратно на датчик, а затем с помощью обработки изображения на ПЗС-матрице принимается, передается и считывается разность временных интервалов. Расстояние до объекта вычисляется после обработки сигнальным процессором. Это устройство может использоваться не только на природных поверхностях, но и на отражающих панелях. Оно обеспечивает измерение расстояния, обладает высокой частотой отклика и подходит для работы в суровых промышленных условиях.
3. Инфракрасное излучение
Передача данных с использованием инфракрасных датчиков также широко распространена. Пульт дистанционного управления телевизором использует инфракрасные сигналы для дистанционного управления; мобильные телефоны могут передавать данные через инфракрасное излучение. Эти приложения существуют с момента появления инфракрасной технологии.
4. Инфракрасное тепловое изображение
Тепловизор — это пассивный датчик, способный улавливать инфракрасное излучение, испускаемое всеми объектами, температура которых выше абсолютного нуля. Первоначально тепловизор разрабатывался как средство военного наблюдения и ночного видения, но по мере расширения его использования цена снизилась, что значительно расширило область его применения. Применение тепловизоров включает в себя мониторинг животных, сельское хозяйство, строительство, обнаружение газов, промышленное и военное применение, а также обнаружение, отслеживание и идентификацию людей. В последние годы инфракрасное тепловое изображение используется во многих общественных местах для быстрого измерения температуры товаров.
5. Инфракрасная индукция
Инфракрасный индукционный выключатель — это автоматический выключатель, работающий на основе технологии инфракрасной индукции. Он реализует свою функцию автоматического управления, улавливая инфракрасное тепло, излучаемое извне. Он может быстро открывать лампы, автоматические двери, противоугонные сигнализации и другое электрооборудование.
Благодаря линзе Френеля инфракрасного датчика, рассеянный инфракрасный свет, излучаемый человеческим телом, может быть воспринят выключателем для реализации различных функций автоматического управления, таких как включение света. В последние годы, с ростом популярности умного дома, инфракрасные датчики также используются в умных мусорных баках, умных унитазах, умных выключателях с управлением жестами, индукционных дверях и других интеллектуальных устройствах. Инфракрасные датчики — это не только датчики, способные распознавать людей, но и постоянно совершенствующиеся устройства, расширяющие свои функциональные возможности.
Заключение
В последние годы индустрия «Интернета вещей» стремительно развивается и имеет широкие рыночные перспективы. В этом контексте рынок инфракрасных датчиков также демонстрирует дальнейший рост. Поэтому масштабы рынка инфракрасных детекторов в Китае продолжают расти. Согласно данным, в 2019 году объем рынка инфракрасных детекторов в Китае составлял почти 400 миллионов юаней, а к 2020 году — около 500 миллионов юаней. В сочетании с спросом на инфракрасное измерение температуры в условиях эпидемии и на нейтрализацию углерода при обнаружении газов с помощью инфракрасного излучения, объем рынка инфракрасных датчиков в будущем будет огромным.
Дата публикации: 16 мая 2022 г.