Источник: Ulink Media
В постэпидемическую эпоху мы считаем, что инфракрасные датчики незаменимы каждый день. В поездках на работу и обратно нам приходится снова и снова измерять температуру, прежде чем мы доберемся до места назначения. Система измерения температуры с большим количеством инфракрасных датчиков, на самом деле, выполняет множество важных функций. Далее давайте подробно рассмотрим инфракрасный датчик.
Введение в инфракрасные датчики
Всё, что находится при температуре выше абсолютного нуля (-273°C), постоянно излучает инфракрасную энергию в окружающее пространство, так сказать. Инфракрасный датчик способен улавливать инфракрасное излучение объекта и преобразовывать его в электрические составляющие. Инфракрасный датчик состоит из оптической системы, чувствительного элемента и схемы преобразования.
Оптические системы можно разделить на пропускающие и отражающие по своей структуре. Для пропускания требуется два компонента: один передающий инфракрасный сигнал, а другой принимающий. В свою очередь, отражателю для сбора необходимой информации требуется только один датчик.
По принципу действия чувствительные элементы можно разделить на тепловые и фотоэлектрические. Термисторы являются наиболее распространёнными термисторами. Под воздействием инфракрасного излучения температура термистора повышается, и его сопротивление изменяется (это изменение может быть больше или меньше, поскольку термисторы делятся на термисторы с положительным и отрицательным температурным коэффициентом), что может быть преобразовано в выходной электрический сигнал с помощью схемы преобразования. Фотоэлектрические чувствительные элементы обычно используются в качестве фоточувствительных элементов, обычно изготавливаемых из сульфида свинца, селенида свинца, арсенида индия, арсенида сурьмы, тройного сплава теллурида ртути и кадмия, а также материалов, легированных германием и кремнием.
В зависимости от типа схемы обработки и преобразования сигнала инфракрасные датчики можно разделить на аналоговые и цифровые. Схема обработки сигнала аналогового пироэлектрического инфракрасного датчика представляет собой полевой лазер, а схема обработки сигнала цифрового пироэлектрического инфракрасного датчика – цифровую микросхему.
Многие функции инфракрасного датчика реализуются посредством различных комбинаций и сочетаний трёх чувствительных компонентов: оптической системы, детекторного элемента и схемы преобразования. Давайте рассмотрим другие области, в которых инфракрасные датчики сыграли важную роль.
Применение инфракрасного датчика
1. Обнаружение газа
Инфракрасный оптический принцип действия газового датчика основан на селективном поглощении в ближнем инфракрасном диапазоне различных молекул газа, использовании зависимости концентрации газа от силы поглощения (закон Ламберта – Билла Ламберта-Бера) для идентификации и определения концентрации газового компонента газочувствительного устройства.
Инфракрасные датчики могут быть использованы для получения карты инфракрасного анализа, как показано на рисунке выше. Молекулы, состоящие из разных атомов, поглощают инфракрасное излучение при облучении инфракрасным светом одинаковой частоты, что приводит к изменению интенсивности инфракрасного света. По разным пикам волн можно определить тип газа, содержащегося в смеси.
По положению одного пика инфракрасного поглощения можно определить только те группы, которые присутствуют в молекуле газа. Для точного определения типа газа необходимо оценить положение всех пиков поглощения в средней инфракрасной области, то есть получить инфракрасный спектр поглощения газа. С помощью инфракрасного спектра можно быстро проанализировать содержание каждого газа в смеси.
Инфракрасные датчики газа широко используются в нефтехимической, металлургической промышленности, горнодобывающей промышленности, мониторинге загрязнения воздуха и контроле выбросов углекислого газа, сельском хозяйстве и других отраслях. В настоящее время лазеры среднего инфракрасного диапазона дороги. Я полагаю, что в будущем, по мере того как всё больше отраслей промышленности будут использовать инфракрасные датчики для обнаружения газа, инфракрасные датчики газа станут более совершенными и дешёвыми.
2. Инфракрасный дальномер
Инфракрасный датчик дальности является разновидностью чувствительного устройства, использующего инфракрасное излучение в качестве средства измерения, широкий диапазон измерений, малое время отклика, в основном используется в современной науке и технике, национальной обороне, промышленности и сельском хозяйстве.
Инфракрасный дальномер оснащен парой инфракрасных диодов, передающих и принимающих инфракрасный сигнал. Инфракрасный дальномер излучает инфракрасный луч, формируя процесс отражения после облучения объекта, отражения от датчика после получения сигнала, а затем с помощью ПЗС-матрицы обработки изображения, передачи и приема данных о разнице во времени. Расстояние до объекта рассчитывается после обработки сигнальным процессором. Его можно использовать не только на естественных поверхностях, но и на отражающих панелях. Измерение расстояния, высокая частотная характеристика, подходит для суровых промышленных условий.
3. Инфракрасная передача
Передача данных с помощью инфракрасных датчиков также широко используется. Пульт дистанционного управления телевизором использует инфракрасные сигналы для дистанционного управления; мобильные телефоны также могут передавать данные через инфракрасный порт. Эти приложения появились ещё в то время, когда впервые была разработана инфракрасная технология.
4. Инфракрасное тепловое изображение
Тепловизор — это пассивный датчик, способный регистрировать инфракрасное излучение, испускаемое всеми объектами, температура которых выше абсолютного нуля. Изначально тепловизор разрабатывался как военный прибор наблюдения и ночного видения, но по мере расширения его применения цена снизилась, что значительно расширило область его применения. Тепловизоры применяются в таких областях, как наблюдение за животными, сельское хозяйство, строительство, обнаружение газов, промышленность и военная промышленность, а также для обнаружения, отслеживания и идентификации людей. В последние годы инфракрасное тепловизионное изображение используется во многих общественных местах для быстрого измерения температуры продуктов.
5. Инфракрасная индукция
Инфракрасный индукционный выключатель — это автоматический выключатель, работающий на основе технологии инфракрасной индукции. Он реализует свою функцию автоматического управления, реагируя на инфракрасное тепло, излучаемое снаружи. Он позволяет быстро включать и выключать лампы, автоматические двери, противоугонную сигнализацию и другое электрооборудование.
Благодаря линзе Френеля инфракрасного датчика рассеянный инфракрасный свет, излучаемый телом человека, улавливается выключателем, что позволяет реализовать различные функции автоматического управления, например, включение света. В последние годы, с ростом популярности «умного дома», инфракрасные датчики также используются в «умных» мусорных баках, «умных» туалетах, «умных» выключателях жестов, индукционных дверях и других умных устройствах. Инфракрасные датчики — это не только датчики присутствия людей, но и постоянное развитие для расширения их функций.
Заключение
В последние годы индустрия Интернета вещей стремительно развивается и имеет широкие рыночные перспективы. В этом контексте рынок инфракрасных датчиков также продолжает расти. Таким образом, масштаб рынка инфракрасных датчиков в Китае продолжает расти. Согласно данным, в 2019 году объём рынка инфракрасных датчиков в Китае составил около 400 миллионов юаней, а к 2020 году он достигнет почти 500 миллионов юаней. В сочетании со спросом на инфракрасные датчики для измерения температуры в эпидемиологических целях и нейтрализации углерода для инфракрасного обнаружения газов, объём рынка инфракрасных датчиков в будущем будет огромным.
Время публикации: 16 мая 2022 г.