Nguồn: Ulink Media
Trong thời kỳ hậu đại dịch, chúng tôi tin rằng cảm biến hồng ngoại là không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Trong quá trình di chuyển, chúng ta cần phải đo nhiệt độ nhiều lần trước khi đến được đích đến. Là một thiết bị đo nhiệt độ với số lượng lớn cảm biến hồng ngoại, chúng thực sự đóng nhiều vai trò quan trọng. Tiếp theo, chúng ta hãy cùng tìm hiểu kỹ hơn về cảm biến hồng ngoại.
Giới thiệu về cảm biến hồng ngoại
Bất cứ vật thể nào có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối (-273°C) đều liên tục phát ra năng lượng hồng ngoại vào không gian xung quanh. Và cảm biến hồng ngoại có khả năng cảm nhận năng lượng hồng ngoại của vật thể và chuyển đổi nó thành các thành phần điện. Cảm biến hồng ngoại bao gồm hệ thống quang học, phần tử phát hiện và mạch chuyển đổi.
Hệ thống quang học có thể được chia thành loại truyền dẫn và loại phản xạ dựa trên cấu trúc khác nhau. Loại truyền dẫn cần hai thành phần, một bộ phát tia hồng ngoại và một bộ thu tia hồng ngoại. Mặt khác, loại phản xạ chỉ cần một cảm biến để thu thập thông tin cần thiết.
Theo nguyên lý hoạt động, phần tử cảm biến có thể được chia thành phần tử cảm biến nhiệt và phần tử cảm biến quang điện. Nhiệt điện trở là loại nhiệt điện trở được sử dụng rộng rãi nhất. Khi nhiệt điện trở tiếp xúc với bức xạ hồng ngoại, nhiệt độ tăng lên và điện trở thay đổi (sự thay đổi này có thể lớn hoặc nhỏ, vì nhiệt điện trở có thể được chia thành nhiệt điện trở hệ số nhiệt dương và nhiệt điện trở hệ số nhiệt âm), sự thay đổi này có thể được chuyển đổi thành tín hiệu điện đầu ra thông qua mạch chuyển đổi. Phần tử cảm biến quang điện thường được sử dụng làm phần tử nhạy sáng, thường được làm từ chì sunfua, chì selenua, indi arsenua, antimon arsenua, hợp kim ba thành phần thủy ngân cadmi telluride, vật liệu pha tạp germani và silic.
Dựa trên các mạch xử lý và chuyển đổi tín hiệu khác nhau, cảm biến hồng ngoại có thể được chia thành loại tương tự và loại kỹ thuật số. Mạch xử lý tín hiệu của cảm biến hồng ngoại nhiệt điện tương tự là ống hiệu ứng trường, trong khi mạch xử lý tín hiệu của cảm biến hồng ngoại nhiệt điện kỹ thuật số là chip kỹ thuật số.
Nhiều chức năng của cảm biến hồng ngoại được thực hiện thông qua các hoán vị và tổ hợp khác nhau của ba thành phần nhạy cảm: hệ thống quang học, phần tử phát hiện và mạch chuyển đổi. Hãy cùng xem xét một số lĩnh vực khác mà cảm biến hồng ngoại đã tạo ra sự khác biệt.
Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại
1. Phát hiện khí
Nguyên lý quang học hồng ngoại của cảm biến khí dựa trên đặc tính hấp thụ chọn lọc phổ cận hồng ngoại của các phân tử khí khác nhau, sử dụng mối quan hệ giữa nồng độ khí và cường độ hấp thụ (định luật Lambert-Berley) để nhận dạng và xác định nồng độ thành phần khí trong thiết bị cảm biến khí.
Cảm biến hồng ngoại có thể được sử dụng để thu được bản đồ phân tích hồng ngoại như hình trên. Các phân tử được cấu tạo từ các nguyên tử khác nhau sẽ hấp thụ tia hồng ngoại dưới tác động của ánh sáng hồng ngoại có cùng tần số, dẫn đến sự thay đổi cường độ ánh sáng hồng ngoại. Dựa vào các đỉnh sóng khác nhau, có thể xác định được loại khí có trong hỗn hợp.
Dựa vào vị trí của một đỉnh hấp thụ hồng ngoại duy nhất, người ta chỉ có thể xác định được các nhóm chức tồn tại trong phân tử khí. Để xác định chính xác loại khí, cần phải xem xét vị trí của tất cả các đỉnh hấp thụ trong vùng hồng ngoại trung bình của khí, tức là dấu vân tay hấp thụ hồng ngoại của khí. Với phổ hồng ngoại, hàm lượng của từng loại khí trong hỗn hợp có thể được phân tích nhanh chóng.
Cảm biến khí hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong ngành hóa dầu, luyện kim, khai thác mỏ, giám sát ô nhiễm không khí và phát hiện liên quan đến trung hòa carbon, nông nghiệp và các ngành công nghiệp khác. Hiện nay, laser hồng ngoại tầm trung vẫn còn đắt tiền. Tôi tin rằng trong tương lai, với việc ngày càng nhiều ngành công nghiệp sử dụng cảm biến hồng ngoại để phát hiện khí, cảm biến khí hồng ngoại sẽ trở nên hiệu quả hơn và rẻ hơn.
2. Thiết bị đo khoảng cách bằng tia hồng ngoại
Cảm biến đo khoảng cách hồng ngoại là một loại thiết bị cảm biến, sử dụng tia hồng ngoại làm môi trường đo, có phạm vi đo rộng, thời gian phản hồi ngắn, chủ yếu được sử dụng trong khoa học và công nghệ hiện đại, quốc phòng và các lĩnh vực công nghiệp và nông nghiệp.
Cảm biến đo khoảng cách hồng ngoại có một cặp điốt phát và thu tín hiệu hồng ngoại. Điốt này phát ra chùm tia hồng ngoại, tạo thành quá trình phản xạ sau khi chiếu vào vật thể, tín hiệu phản xạ trở lại cảm biến sau khi được thu nhận. Sau đó, bộ xử lý tín hiệu sử dụng ảnh CCD để xử lý dữ liệu chênh lệch thời gian nhận và phát. Khoảng cách đến vật thể được tính toán sau khi xử lý bởi bộ xử lý tín hiệu. Thiết bị này có thể được sử dụng không chỉ trên các bề mặt tự nhiên mà còn trên các tấm phản xạ. Nó có khả năng đo khoảng cách chính xác, đáp ứng tần số cao, phù hợp với môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
3. Truyền dẫn hồng ngoại
Việc truyền dữ liệu bằng cảm biến hồng ngoại cũng được sử dụng rộng rãi. Điều khiển từ xa TV sử dụng tín hiệu truyền hồng ngoại để điều khiển TV từ xa; điện thoại di động có thể truyền dữ liệu thông qua truyền hồng ngoại. Đây là những ứng dụng đã tồn tại từ khi công nghệ hồng ngoại được phát triển lần đầu.
4. Hình ảnh nhiệt hồng ngoại
Máy ảnh nhiệt là một cảm biến thụ động có khả năng thu nhận bức xạ hồng ngoại phát ra từ tất cả các vật thể có nhiệt độ cao hơn độ không tuyệt đối. Ban đầu, máy ảnh nhiệt được phát triển như một công cụ giám sát quân sự và nhìn đêm, nhưng khi được sử dụng rộng rãi hơn, giá thành đã giảm, do đó mở rộng đáng kể lĩnh vực ứng dụng. Các ứng dụng của máy ảnh nhiệt bao gồm giám sát động vật, nông nghiệp, xây dựng, phát hiện khí gas, ứng dụng công nghiệp và quân sự, cũng như phát hiện, theo dõi và nhận dạng con người. Trong những năm gần đây, hình ảnh nhiệt hồng ngoại đã được sử dụng ở nhiều nơi công cộng để nhanh chóng đo nhiệt độ của sản phẩm.
5. Cảm ứng hồng ngoại
Công tắc cảm ứng hồng ngoại là công tắc điều khiển tự động dựa trên công nghệ cảm ứng hồng ngoại. Nó thực hiện chức năng điều khiển tự động bằng cách cảm nhận nhiệt hồng ngoại phát ra từ môi trường bên ngoài. Nó có thể nhanh chóng bật đèn, cửa tự động, hệ thống báo động chống trộm và các thiết bị điện khác.
Thông qua thấu kính Fresnel của cảm biến hồng ngoại, ánh sáng hồng ngoại tán xạ phát ra từ cơ thể người có thể được công tắc cảm nhận, từ đó thực hiện các chức năng điều khiển tự động khác nhau như bật đèn. Trong những năm gần đây, với sự phổ biến của nhà thông minh, cảm biến hồng ngoại cũng được sử dụng trong thùng rác thông minh, nhà vệ sinh thông minh, công tắc cử chỉ thông minh, cửa cảm ứng và các sản phẩm thông minh khác. Cảm biến hồng ngoại không chỉ dùng để cảm nhận con người mà còn liên tục được nâng cấp để đạt được nhiều chức năng hơn.
Phần kết luận
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp Internet vạn vật (IoT) đã phát triển nhanh chóng và có triển vọng thị trường rộng lớn. Trong bối cảnh đó, thị trường cảm biến hồng ngoại cũng tiếp tục tăng trưởng. Do đó, quy mô thị trường cảm biến hồng ngoại của Trung Quốc tiếp tục phát triển. Theo số liệu, năm 2019, quy mô thị trường cảm biến hồng ngoại của Trung Quốc đạt gần 400 triệu nhân dân tệ, đến năm 2020 sẽ đạt gần 500 triệu nhân dân tệ. Kết hợp với nhu cầu đo nhiệt độ bằng hồng ngoại trong bối cảnh dịch bệnh và nhu cầu trung hòa carbon bằng cách phát hiện khí hồng ngoại, quy mô thị trường cảm biến hồng ngoại sẽ rất lớn trong tương lai.
Thời gian đăng bài: 16 tháng 5 năm 2022