เซ็นเซอร์อินฟราเรดไม่ใช่แค่เครื่องวัดอุณหภูมิ

ที่มา: Ulink Media

ในยุคหลังการระบาด เราเชื่อว่าเซ็นเซอร์อินฟราเรดเป็นสิ่งจำเป็นในชีวิตประจำวัน ในการเดินทาง เราจำเป็นต้องวัดอุณหภูมิซ้ำแล้วซ้ำเล่าก่อนจะถึงจุดหมายปลายทาง เนื่องจากมีเซ็นเซอร์อินฟราเรดจำนวนมาก เซ็นเซอร์อินฟราเรดจึงมีบทบาทสำคัญหลายประการ ต่อไป เรามาดูเซ็นเซอร์อินฟราเรดกัน

บทนำเกี่ยวกับเซ็นเซอร์อินฟราเรด

อะไรก็ตามที่สูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (-273°C) จะปล่อยพลังงานอินฟราเรดออกสู่อวกาศโดยรอบอย่างต่อเนื่อง เซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถรับรู้พลังงานอินฟราเรดของวัตถุและแปลงเป็นส่วนประกอบไฟฟ้าได้ เซ็นเซอร์อินฟราเรดประกอบด้วยระบบออปติคัล ส่วนประกอบตรวจจับ และวงจรแปลงสัญญาณ

ระบบออปติคัลสามารถแบ่งตามโครงสร้างได้เป็นประเภทการส่งสัญญาณและประเภทการสะท้อน การส่งสัญญาณต้องใช้สองส่วน คือ ส่วนอินฟราเรดส่งและส่วนอินฟราเรดรับ ในทางกลับกัน ตัวสะท้อนแสงต้องการเพียงเซ็นเซอร์ตัวเดียวเพื่อรวบรวมข้อมูลที่ต้องการ

องค์ประกอบตรวจจับสามารถแบ่งตามหลักการทำงานได้เป็นองค์ประกอบตรวจจับความร้อนและองค์ประกอบตรวจจับโฟโตอิเล็กทริก เทอร์มิสเตอร์เป็นเทอร์มิสเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เมื่อเทอร์มิสเตอร์ได้รับรังสีอินฟราเรด อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นและความต้านทานจะเปลี่ยนแปลง (การเปลี่ยนแปลงนี้อาจมากขึ้นหรือน้อยลง เนื่องจากเทอร์มิสเตอร์สามารถแบ่งได้เป็นเทอร์มิสเตอร์สัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกและเทอร์มิสเตอร์สัมประสิทธิ์อุณหภูมิลบ) ซึ่งสามารถแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าขาออกผ่านวงจรแปลง องค์ประกอบตรวจจับโฟโตอิเล็กทริกมักใช้เป็นองค์ประกอบไวแสง ซึ่งมักทำจากตะกั่วซัลไฟด์ ตะกั่วซีลีไนด์ อินเดียมอาร์เซไนด์ แอนติโมนีอาร์เซไนด์ ปรอทแคดเมียมเทลลูไรด์ โลหะผสมเทอร์นารี เจอร์เมเนียม และวัสดุเจือซิลิคอน

เซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถแบ่งตามวงจรประมวลผลและแปลงสัญญาณที่แตกต่างกันได้เป็นประเภทอนาล็อกและดิจิทัล วงจรประมวลผลสัญญาณของเซ็นเซอร์อินฟราเรดไพโรอิเล็กทริกแบบอนาล็อกเป็นแบบหลอดสนามแม่เหล็ก ในขณะที่วงจรประมวลผลสัญญาณของเซ็นเซอร์อินฟราเรดไพโรอิเล็กทริกแบบดิจิทัลเป็นแบบชิปดิจิทัล

ฟังก์ชันมากมายของเซ็นเซอร์อินฟราเรดเกิดขึ้นได้จากการผสมผสานและสับเปลี่ยนที่แตกต่างกันของส่วนประกอบสำคัญสามส่วน ได้แก่ ระบบออปติคัล องค์ประกอบตรวจจับ และวงจรแปลงสัญญาณ ลองมาดูส่วนอื่นๆ ที่เซ็นเซอร์อินฟราเรดสร้างความแตกต่างกัน

การประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรด

1. การตรวจจับก๊าซ

หลักการออปติคัลอินฟราเรดของเซนเซอร์แก๊สเป็นการใช้คุณสมบัติการดูดกลืนแบบเลือกสเปกตรัมใกล้อินฟราเรดของโมเลกุลแก๊สต่างๆ โดยใช้ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของแก๊สและความแข็งแรงในการดูดกลืน (กฎของ Lambert – Bill Lambert Beer) เพื่อระบุและกำหนดความเข้มข้นของส่วนประกอบแก๊สในอุปกรณ์ตรวจจับแก๊ส

เซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถใช้เพื่อวิเคราะห์แผนที่อินฟราเรดได้ดังแสดงในรูปด้านบน โมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมต่างชนิดกันจะถูกดูดกลืนรังสีอินฟราเรดภายใต้การฉายรังสีอินฟราเรดที่ความถี่เดียวกัน ส่งผลให้ความเข้มของแสงอินฟราเรดเปลี่ยนแปลงไป สามารถระบุชนิดของก๊าซที่มีอยู่ในส่วนผสมได้จากจุดสูงสุดของคลื่นที่แตกต่างกัน

จากตำแหน่งของจุดสูงสุดของการดูดกลืนอินฟราเรดจุดเดียว เราสามารถระบุได้เฉพาะหมู่ที่มีอยู่ในโมเลกุลของก๊าซเท่านั้น เพื่อระบุชนิดของก๊าซได้อย่างแม่นยำ เราต้องพิจารณาตำแหน่งของจุดสูงสุดของการดูดกลืนทั้งหมดในช่วงอินฟราเรดกลางของก๊าซ ซึ่งก็คือลายนิ้วมือของการดูดกลืนอินฟราเรดของก๊าซนั้น ด้วยสเปกตรัมอินฟราเรด เราสามารถวิเคราะห์เนื้อหาของก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมได้อย่างรวดเร็ว

เซ็นเซอร์ก๊าซอินฟราเรดถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี โลหะวิทยา เหมืองแร่ สภาพการทำงาน การตรวจสอบมลพิษทางอากาศ และการตรวจจับที่เกี่ยวข้องกับการทำให้คาร์บอนเป็นกลาง เกษตรกรรม และอุตสาหกรรมอื่นๆ ปัจจุบันเลเซอร์อินฟราเรดระดับกลางมีราคาสูง ผมเชื่อว่าในอนาคต เมื่ออุตสาหกรรมจำนวนมากใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดในการตรวจจับก๊าซ เซ็นเซอร์ก๊าซอินฟราเรดจะมีประสิทธิภาพและราคาถูกกว่ามาก

2. การวัดระยะอินฟราเรด

เซนเซอร์วัดระยะอินฟราเรดเป็นอุปกรณ์ตรวจจับชนิดหนึ่ง ซึ่งใช้รังสีอินฟราเรดเป็นสื่อกลางในการวัด มีช่วงการวัดกว้าง เวลาตอบสนองสั้น โดยส่วนใหญ่ใช้ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ การป้องกันประเทศ และภาคอุตสาหกรรมและเกษตรกรรม

เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรดประกอบด้วยไดโอดส่งและรับสัญญาณอินฟราเรดคู่หนึ่ง ซึ่งใช้เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรดปล่อยลำแสงอินฟราเรดออกมา ก่อให้เกิดกระบวนการสะท้อนหลังจากฉายรังสีไปยังวัตถุ สะท้อนกลับไปยังเซ็นเซอร์หลังจากรับสัญญาณ และใช้การประมวลผลภาพ CCD เพื่อรับ-ส่งและรับข้อมูลความแตกต่างของเวลา ระยะทางของวัตถุจะถูกคำนวณหลังจากประมวลผลโดยตัวประมวลผลสัญญาณ สามารถใช้งานได้ไม่เพียงแต่บนพื้นผิวธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแผงสะท้อนแสงด้วย การวัดระยะทาง การตอบสนองความถี่สูง เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรง

3. การส่งสัญญาณอินฟราเรด

การส่งข้อมูลโดยใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดก็เป็นที่นิยมกันอย่างแพร่หลายเช่นกัน รีโมทคอนโทรลทีวีใช้สัญญาณอินฟราเรดเพื่อควบคุมทีวีจากระยะไกล โทรศัพท์มือถือสามารถส่งข้อมูลผ่านอินฟราเรดได้ แอปพลิเคชันเหล่านี้มีมาตั้งแต่การพัฒนาเทคโนโลยีอินฟราเรดครั้งแรก

4. ภาพความร้อนอินฟราเรด

กล้องถ่ายภาพความร้อนเป็นเซ็นเซอร์แบบพาสซีฟที่สามารถจับภาพรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ เดิมทีกล้องถ่ายภาพความร้อนนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อใช้เป็นเครื่องมือเฝ้าระวังทางทหารและกล้องมองกลางคืน แต่เมื่อได้รับความนิยมมากขึ้น ราคาก็ลดลง จึงทำให้มีการใช้งานที่กว้างขวางขึ้นอย่างมาก กล้องถ่ายภาพความร้อนสามารถนำไปใช้งานในการตรวจจับสัตว์ เกษตรกรรม การก่อสร้าง การตรวจจับก๊าซ อุตสาหกรรม และการทหาร รวมถึงการตรวจจับ ติดตาม และระบุบุคคล ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดถูกนำมาใช้ในพื้นที่สาธารณะหลายแห่งเพื่อวัดอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ได้อย่างรวดเร็ว

5. การเหนี่ยวนำอินฟราเรด

สวิตช์เหนี่ยวนำอินฟราเรดเป็นสวิตช์ควบคุมอัตโนมัติที่ใช้เทคโนโลยีเหนี่ยวนำอินฟราเรด สวิตช์นี้ทำงานโดยการตรวจจับความร้อนอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากภายนอก สามารถเปิดโคมไฟ ประตูอัตโนมัติ สัญญาณกันขโมย และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ได้อย่างรวดเร็ว

เลนส์เฟรสเนลของเซ็นเซอร์อินฟราเรดทำให้สวิตช์สามารถตรวจจับแสงอินฟราเรดที่กระจัดกระจายจากร่างกายมนุษย์ได้ เพื่อให้สามารถใช้งานฟังก์ชันควบคุมอัตโนมัติต่างๆ เช่น การเปิดไฟได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความนิยมของบ้านอัจฉริยะ เซ็นเซอร์อินฟราเรดจึงถูกนำมาใช้ในถังขยะอัจฉริยะ ห้องน้ำอัจฉริยะ สวิตช์ควบคุมด้วยท่าทางอัจฉริยะ ประตูเหนี่ยวนำ และผลิตภัณฑ์อัจฉริยะอื่นๆ เซ็นเซอร์อินฟราเรดไม่ได้เป็นเพียงการตรวจจับคนเท่านั้น แต่ยังได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อพัฒนาฟังก์ชันการใช้งานให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

บทสรุป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ได้พัฒนาอย่างรวดเร็วและมีโอกาสทางการตลาดที่กว้างขวาง ด้วยเหตุนี้ ตลาดเซ็นเซอร์อินฟราเรดจึงเติบโตอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ขนาดตลาดเครื่องตรวจจับอินฟราเรดของจีนยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง ข้อมูลระบุว่าในปี 2562 ตลาดเครื่องตรวจจับอินฟราเรดของจีนมีมูลค่าเกือบ 400 ล้านหยวน และในปี 2563 ตลาดเครื่องตรวจจับอินฟราเรดจะมีมูลค่าเกือบ 500 ล้านหยวน เมื่อรวมกับความต้องการการวัดอุณหภูมิอินฟราเรดสำหรับการระบาดของโรคและการลดคาร์บอนสำหรับการตรวจจับก๊าซอินฟราเรด จะทำให้ขนาดตลาดของเซ็นเซอร์อินฟราเรดมีการเติบโตอย่างมหาศาลในอนาคต