Cảm biến hồng ngoại không chỉ là nhiệt kế

Nguồn: Ulink Media

Trong thời kỳ hậu dịch bệnh, chúng ta tin rằng cảm biến hồng ngoại là thứ không thể thiếu hàng ngày. Trong quá trình đi lại, chúng ta cần phải đo nhiệt độ nhiều lần trước khi đến đích. Là một phép đo nhiệt độ với số lượng lớn cảm biến hồng ngoại, trên thực tế, có rất nhiều vai trò quan trọng. Tiếp theo, chúng ta hãy cùng xem xét kỹ hơn về cảm biến hồng ngoại.

Giới thiệu về cảm biến hồng ngoại

Bất cứ thứ gì trên độ không tuyệt đối (-273°C) đều liên tục phát ra năng lượng hồng ngoại vào không gian xung quanh, có thể nói như vậy. Và cảm biến hồng ngoại có thể 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 và loại phản xạ theo cấu trúc khác nhau. Truyền cần hai thành phần, một thành phần truyền hồng ngoại và một thành phần thu hồng ngoại. Mặt khác, bộ phản xạ chỉ cần một cảm biến để thu thập thông tin mong muốn.

Phần tử phát hiện có thể được chia thành phần tử phát hiện nhiệt và phần tử phát hiện quang điện theo nguyên lý hoạt động. Nhiệt điện trở là nhiệt điện trở được sử dụng rộng rãi nhất. Khi nhiệt điện trở chịu bức xạ hồng ngoại, nhiệt độ tăng lên và điện trở thay đổi (sự thay đổi này có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn, vì nhiệt điện trở có thể được chia thành nhiệt điện trở hệ số nhiệt độ dương và nhiệt điện trở hệ số nhiệt độ âm), có thể được chuyển đổi thành tín hiệu điện đầu ra thông qua mạch chuyển đổi. Các phần tử phát hiện quang điện thường được sử dụng làm phần tử nhạy sáng, thường được làm bằng hợp kim ba thành phần chì sulfide, chì selenide, indium arsenide, antimon arsenide, thủy ngân cadmium telluride, germanium và vật liệu pha tạp silicon.

Theo 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 pyroelectric tương tự là ống hiệu ứng trường, trong khi mạch xử lý tín hiệu của cảm biến hồng ngoại pyroelectric 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 kết hợp khác nhau của ba thành phần nhạy cảm: hệ thống quang học, phần tử phát hiện và mạch chuyển đổi. Chúng ta hãy 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 là loại cảm biến 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 – Bill Lambert Beer) để nhận dạng và xác định nồng độ thành phần khí của thiết bị cảm biến khí.

Cảm biến hồng ngoại có thể được sử dụng để có được bản đồ phân tích hồng ngoại như thể hiện trong hình trên. Các phân tử được cấu thành từ các nguyên tử khác nhau sẽ trải qua quá trình hấp thụ hồng ngoại dưới sự chiếu xạ của ánh sáng hồng ngoại ở cùng tần số, dẫn đến sự thay đổi cường độ của ánh sáng hồng ngoại. Theo các đỉnh sóng khác nhau, các loại khí có trong hỗn hợp có thể được xác định.

Theo vị trí của một đỉnh hấp thụ hồng ngoại đơn lẻ, chỉ có thể xác định được nhóm nào tồn tại trong phân tử khí. Để xác định chính xác loại khí, chúng ta cần xem xét vị trí của tất cả các đỉnh hấp thụ trong vùng hồng ngoại giữa của khí, cụ thể là dấu vân tay hấp thụ hồng ngoại của khí. Với phổ hồng ngoại, có thể phân tích nhanh chóng hàm lượng của từng loại khí trong hỗn hợp.

Cảm biến khí hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa dầu, luyện kim, khai thác điều kiện làm việc, giám sát ô nhiễm không khí và phát hiện liên quan đến trung hòa carbon, nông nghiệp và các ngành công nghiệp khác. Hiện tại, laser hồng ngoại trung bình rất đắt. Tôi tin rằng trong tương lai, với số lượng lớn các ngành công nghiệp sử dụng cảm biến hồng ngoại để phát hiện khí, cảm biến khí hồng ngoại sẽ trở nên tuyệt vời hơn và rẻ hơn.

2. Đo khoảng cách hồng ngoại

Cảm biến đo khoảng cách hồng ngoại là một loại thiết bị cảm biến, sử dụng hồng ngoại làm phương tiện đo lường, phạm vi đo rộng, thời gian phản hồi ngắn, chủ yếu được sử dụng trong khoa học 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 diode phát và thu tín hiệu hồng ngoại, sử dụng cảm biến đo khoảng cách hồng ngoại để phát ra chùm tia sáng hồng ngoại, tạo thành quá trình phản xạ sau khi chiếu tới vật thể, phản xạ tới cảm biến sau khi nhận tín hiệu, sau đó sử dụng xử lý hình ảnh CCD để thu và nhận dữ liệu chênh lệch thời gian. Khoảng cách của vật thể được tính toán sau khi xử lý bởi bộ xử lý tín hiệu. Điều này có thể được sử dụng không chỉ trên bề mặt tự nhiên mà còn trên các tấm phản quang. Đo khoảng cách, đáp ứng tần số cao, phù hợp với môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

3. Truyền dẫn hồng ngoại

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 có từ khi công nghệ hồng ngoại lần đầu tiên được phát triển.

4. Hình ảnh nhiệt hồng ngoại

Máy ảnh nhiệt là một cảm biến thụ động có thể chụp bức xạ hồng ngoại phát ra từ tất cả các vật thể có nhiệt độ cao hơn độ không tuyệt đối. Máy ảnh nhiệt ban đầu được phát triển như một công cụ giám sát quân sự và nhìn ban 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 động vật, nông nghiệp, xây dựng, phát hiện khí, 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 đo nhanh 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 của mình bằng cách cảm nhận nhiệt hồng ngoại phát ra từ thế giới bên ngoài. Nó có thể nhanh chóng mở đèn, cửa tự động, báo động chống trộm và các thiết bị điện khác.

Thông qua thấu kính Fresnel của cảm biến hồng ngoại, ánh sáng hồng ngoại phân tán do cơ thể con người phát ra có thể được công tắc cảm nhận, để thực hiện nhiều chức năng điều khiển tự động như bật đèn. Trong những năm gần đây, với sự phổ biến của nhà thông minh, cảm biến hồng ngoại cũng đã 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 là cảm biến con người, mà còn liên tục được cập nhật để đạt được nhiều chức năng hơn.

Phần kết luận

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp Internet vạn vật đã phát triển nhanh chóng và có triển vọng thị trường rộng lớn. Trong bối cảnh này, thị trường cảm biến hồng ngoại cũng đã tăng trưởng hơn nữa. Do đó, quy mô thị trường máy dò hồng ngoại của Trung Quốc tiếp tục tăng trưởng. Theo số liệu, năm 2019, quy mô thị trường máy dò hồng ngoại của Trung Quốc đạt gần 400 triệu nhân dân tệ, đến năm 2020 hoặc gần 500 triệu nhân dân tệ. Kết hợp với nhu cầu đo nhiệt độ hồng ngoại của dịch bệnh và trung hòa carbon để phát hiện khí hồng ngoại, quy mô thị trường cảm biến hồng ngoại sẽ rất lớn trong tương lai.