חיישני אינפרא אדום הם לא רק מדחומים

מקור: Ulink Media

בעידן שלאחר המגפה, אנו מאמינים שחיישני אינפרא אדום הם הכרחיים בכל יום. בתהליך הנסיעה לעבודה, עלינו לעבור מדידת טמפרטורה שוב ושוב לפני שנוכל להגיע ליעדנו. כמדידת טמפרטורה עם מספר רב של חיישני אינפרא אדום, למעשה, ישנם תפקידים חשובים רבים. בשלב הבא, בואו נבחן היטב את חיישן האינפרא אדום.

מבוא לחיישנים אינפרא אדום

כל דבר מעל האפס המוחלט (-273°C) פולט כל הזמן אנרגיה אינפרא אדום למרחב שמסביב, אם אפשר לומר כך. וחיישן אינפרא אדום מסוגל לחוש את אנרגיית האינפרא אדום של האובייקט ולהמיר אותה לרכיבים חשמליים. חיישן אינפרא אדום מורכב ממערכת אופטית, רכיב גילוי ומעגל המרה.

ניתן לחלק את המערכת האופטית לסוג שידור וסוג החזרה בהתאם למבנה השונה. השידור דורש שני רכיבים, אחד משדר אינפרא אדום ואחד קולט אינפרא אדום. לעומת זאת, המשקף זקוק לחיישן אחד בלבד כדי לאסוף את המידע הרצוי.

ניתן לחלק את רכיב הגילוי לרכיב גילוי תרמי ורכיב גילוי פוטואלקטרי בהתאם לעיקרון העבודה. תרמיסטורים הם התרמיסטורים הנפוצים ביותר. כאשר התרמיסטור נחשף לקרינה אינפרא אדומה, הטמפרטורה עולה וההתנגדות משתנה (שינוי זה יכול להיות גדול או קטן יותר, מכיוון שניתן לחלק את התרמיסטור לתרמיסטור בעל מקדם טמפרטורה חיובי ותרמיסטור בעל מקדם טמפרטורה שלילי), אשר ניתן להמיר לאות חשמלי דרך מעגל ההמרה. רכיבי גילוי פוטואלקטריים משמשים בדרך כלל כרכיבים רגישים לאור, עשויים בדרך כלל מגופרית עופרת, סלניד עופרת, אינדיום ארסניד, אנטימון ארסניד, סגסוגת טרנרית כספית קדמיום טלוריד, חומרים מסוממים בגרמניום וסיליקון.

בהתאם למעגלי עיבוד והמרה השונים של אותות, ניתן לחלק חיישני אינפרא אדום לסוגים אנלוגיים ודיגיטליים. מעגל עיבוד האותות של חיישן אינפרא אדום פירואלקטרי אנלוגי הוא שפופרת אפקט שדה, בעוד שמעגל עיבוד האותות של חיישן אינפרא אדום פירואלקטרי דיגיטלי הוא שבב דיגיטלי.

פונקציות רבות של חיישן אינפרא אדום ממומשות באמצעות תצורות ושילובים שונים של שלושה רכיבים רגישים: מערכת אופטית, רכיב גילוי ומעגל המרה. בואו נבחן כמה תחומים נוספים שבהם חיישני אינפרא אדום עשו את ההבדל.

יישום חיישן אינפרא אדום

1. גילוי גז

עקרון הפעולה האופטי האינפרא אדום של חיישן גז מבוסס על מאפייני ספיגה סלקטיביים ספקטרליים של מולקולות גז שונות באינפרא אדום קרוב. השימוש ביחסי ריכוז הגז ועוצמת הספיגה (חוק למברט-ביל למברט ביר) מאפשר לזהות ולקבוע את ריכוז רכיבי הגז במכשיר חישה.

ניתן להשתמש בחיישני אינפרא אדום כדי לקבל את מפת ניתוח האינפרא אדום כפי שמוצג באיור למעלה. מולקולות המורכבות מאטומים שונים יעברו ספיגה אינפרא אדום תחת הקרנת אור אינפרא אדום באותה תדר, וכתוצאה מכך יתרחשו שינויים בעוצמת האור האינפרא אדום. בהתאם לשיאי גל שונים, ניתן לקבוע את סוגי הגז הכלולים בתערובת.

לפי מיקום שיא בליעה אינפרא אדום יחיד, ניתן לקבוע רק אילו קבוצות קיימות במולקולת הגז. כדי לקבוע במדויק את סוג הגז, עלינו לבחון את מיקומם של כל שיאי הבליעה באזור האינפרא אדום האמצעי של הגז, כלומר, טביעת האצבע של בליעת האינפרא אדום של הגז. בעזרת ספקטרום אינפרא אדום, ניתן לנתח במהירות את תכולת כל גז בתערובת.

חיישני גז אינפרא אדום נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה הפטרוכימית, המתכת, כרייה בתנאי עבודה, ניטור זיהום אוויר וגילוי הקשור לנטרול פחמן, חקלאות ותעשיות אחרות. כיום, לייזרים אינפרא אדום בינוני יקרים. אני מאמין שבעתיד, עם מספר רב של תעשיות שישתמשו בחיישני אינפרא אדום לגילוי גז, חיישני גז אינפרא אדום יהפכו למצוינים וזולים יותר.

2. מדידת מרחק אינפרא אדום

חיישן אינפרא אדום הוא סוג של מכשיר חישה, המשתמש באינפרא אדום כמדיום של מערכת מדידה, טווח מדידה רחב, זמן תגובה קצר, משמש בעיקר במדע וטכנולוגיה מודרניים, הגנה לאומית ותחומי תעשייה וחקלאות.

חיישן טווח אינפרא אדום כולל זוג דיודות שידור וקליטה של ​​אותות אינפרא אדום, המשתמשות בחיישן טווח אינפרא אדום כדי לפלוט קרן אור אינפרא אדום, ויוצרות תהליך החזרה לאחר הקרנה לאובייקט, החזרה לחיישן לאחר קבלת האות, ולאחר מכן באמצעות עיבוד תמונה CCD קולטות את נתוני השידור והקליטה של ​​הפרשי הזמן. מרחק האובייקט מחושב לאחר עיבוד על ידי מעבד האותות. ניתן להשתמש בו לא רק על משטחים טבעיים, אלא גם על לוחות מחזירי אור. מדידת מרחק, תגובת תדר גבוהה, מתאימה לסביבות תעשייתיות קשות.

3. שידור אינפרא אדום

העברת נתונים באמצעות חיישני אינפרא אדום נמצאת גם בשימוש נרחב. שלט רחוק של טלוויזיה משתמש באותות שידור אינפרא אדום כדי לשלוט מרחוק בטלוויזיה; טלפונים ניידים יכולים להעביר נתונים באמצעות שידור אינפרא אדום. אלו יישומים שקיימים מאז שפותחה לראשונה טכנולוגיית האינפרא אדום.

4. תמונה תרמית אינפרא אדום

הדמיית תרמית היא חיישן פסיבי שיכול ללכוד את קרינת האינפרא אדום הנפלטת מכל העצמים שטמפרטורתם גבוהה מהאפס המוחלט. הדמיית התרמית פותחה במקור ככלי מעקב וראיית לילה צבאי, אך ככל שהפכה לשימוש נרחב יותר, מחירה ירד, וכך התרחב מאוד תחום היישומים שלה. יישומי הדמיית תרמית כוללים יישומים של בעלי חיים, חקלאות, בנייה, גילוי גז, תעשייה וצבא, כמו גם גילוי, מעקב וזיהוי בני אדם. בשנים האחרונות, הדמיית תרמית אינפרא אדום נמצאת בשימוש במקומות ציבוריים רבים למדידה מהירה של טמפרטורת מוצרים.

5. אינדוקציה אינפרא אדום

מתג אינדוקציה אינפרא אדום הוא מתג בקרה אוטומטי המבוסס על טכנולוגיית אינדוקציה אינפרא אדום. הוא מממש את פונקציית הבקרה האוטומטית שלו על ידי חישת חום אינפרא אדום הנפלט מהעולם החיצון. הוא יכול לפתוח במהירות מנורות, דלתות אוטומטיות, אזעקות נגד גניבה וציוד חשמלי אחר.

דרך עדשת פרנל של חיישן האינפרא אדום, ניתן לחוש את האור האינפרא אדום המפוזר הנפלט מגוף האדם על ידי המתג, על מנת לממש פונקציות בקרה אוטומטיות שונות כגון הדלקת האור. בשנים האחרונות, עם הפופולריות של בית חכם, חישת אינפרא אדום משמשת גם בפחי אשפה חכמים, שירותים חכמים, מתגי מחוות חכמים, דלתות אינדוקציה ומוצרים חכמים אחרים. חישת אינפרא אדום אינה עוסקת רק בחישה של אנשים, אלא מתעדכנת כל הזמן כדי להשיג פונקציות נוספות.

מַסְקָנָה

בשנים האחרונות, תעשיית האינטרנט של הדברים התפתחה במהירות ויש לה סיכויי שוק רחבים. בהקשר זה, גם שוק חיישני האינפרא אדום צומח עוד יותר. לכן, שוק גלאי האינפרא אדום בסין ממשיך לגדול. על פי נתונים, בשנת 2019, גודל שוק גלאי האינפרא אדום בסין עמד על כמעט 400 מיליון יואן, ובשנת 2020 זה יהיה כמעט 500 מיליון יואן. בשילוב עם הביקוש למדידת טמפרטורה אינפרא אדום של מגפות ונטרול פחמן לגילוי גזים אינפרא אדום, גודל שוק חיישני האינפרא אדום יהיה עצום בעתיד.