Nguồn: Ulink Media
Trong thời kỳ hậu dịch bệnh, chúng ta tin rằng cảm biến hồng ngoại là thiết bị không thể thiếu mỗi ngày. Trong quá trình di chuyển, chúng ta cần phải đo nhiệt độ nhiều lần trước khi đến đích. Là một thiết bị đo nhiệt độ với số lượng lớn cảm biến hồng ngoại, trên thực tế, nó có rất nhiều vai trò quan trọng. Tiếp theo, hãy cùng tìm hiểu 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. Cảm biến hồng ngoại có khả năng cảm nhận năng lượng hồng ngoại của vật thể và chuyển đổi nó thành các linh kiện điện. Cảm biến hồng ngoại bao gồm hệ thống quang học, bộ phận phát hiện và mạch chuyển đổi.
Hệ thống quang học có thể được chia thành loại truyền dẫn và loại phản xạ tùy theo cấu trúc khác nhau. Hệ thống truyền dẫn cần hai thành phần, một thành phần phát 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 loại 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 (biến thiên này có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn, vì nhiệt điện trở có thể được chia thành nhiệt điện trở hệ số nhiệt dương và nhiệt điện trở hệ số nhiệt âm), có thể được chuyển đổi thành tín hiệu điện đầu ra thông qua mạch chuyển đổi. Phần tử phát hiện quang điện thường được sử dụng làm phần tử cảm quang, thường được làm bằng chì sunfua, chì selenua, indi arsenua, antimon arsenua, thủy ngân cadmium telluride hợp kim ba thành phần, germani và silicon pha tạp.
Theo 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 hiện thực hóa 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. Hãy cùng xem xét một số lĩnh vực khác mà cảm biến hồng ngoại đã tạo nên 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 thu được bản đồ phân tích hồng ngoại như thể hiện trong hình trên. Các phân tử được cấu tạo từ các nguyên tử khác nhau sẽ bị hấp thụ hồng ngoại dưới sự chiếu xạ của ánh sáng hồng ngoại ở cùng tần số, dẫn đến sự thay đổi cường độ ánh sáng hồng ngoại. Dựa trên các đỉnh sóng khác nhau, các loại khí có trong hỗn hợp có thể được xác định.
Dựa trên 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, tức là dấu vân tay hấp thụ hồng ngoại của khí. Với phổ hồng ngoại, hàm lượng của từng khí trong hỗn hợp có thể được phân tích nhanh chóng.
Cảm biến khí hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp 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 khá đắt đỏ. 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 tốt 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 tia hồng ngoại làm môi trường 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 sử dụng một cặp diode thu phát tín hiệu hồng ngoại, sử dụng cảm biến đo khoảng cách hồng ngoại để phát ra chùm tia hồng ngoại, sau khi chiếu đến vật thể, chùm tia phản xạ lại cảm biến sau khi nhận được tín hiệu, và sau đó sử dụng bộ xử lý hình ảnh CCD để thu và phát dữ liệu chênh lệch thời gian. Khoảng cách đến vật thể được tính toán sau khi xử lý bởi bộ xử lý tín hiệu. Cảm biến này không chỉ có thể được sử dụng 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
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 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 thu được 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 và nhìn đêm cho quân đội, nhưng khi được sử dụng rộng rãi hơn, giá thành đã giảm xuống, nhờ đó mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng. Các ứng dụng của máy ảnh nhiệt bao gồm động vật, nông nghiệp, xây dựng, phát hiện khí, công nghiệp và quân sự, cũng như phát hiện, theo dõi và nhận dạng con người. Trong những năm gần đây, 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 bằng cách cảm nhận nhiệt hồng ngoại phát ra từ môi trường 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 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, chẳng hạn như bật đèn. Trong những năm gần đây, cùng với sự phổ biến của nhà thông minh, cảm biến hồng ngoại cũng đã được ứng dụng trong thùng rác thông minh, bồn cầu thông minh, công tắc cử chỉ thông minh, cửa cảm ứng và các sản phẩm thông minh khác. Cảm biến hồng ngoại không chỉ đơn thuần 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 (IoT) đã phát triển nhanh chóng và có triển vọng thị trường rộng mở. Trong bối cảnh này, thị trường cảm biến hồng ngoại cũng tăng trưởng mạnh mẽ hơn nữa. Do đó, quy mô thị trường cảm biến hồng ngoại của Trung Quốc tiếp tục mở rộng. Theo dữ liệu, năm 2019, quy mô thị trường cảm biến hồng ngoại của Trung Quốc đạt gần 400 triệu nhân dân tệ, và dự kiến sẽ đạt gần 500 triệu nhân dân tệ vào năm 2020. Kết hợp với nhu cầu đo nhiệt độ hồng ngoại trong 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.
Thời gian đăng: 16-05-2022