เซ็นเซอร์อินฟราเรดไม่ใช่แค่เทอร์โมมิเตอร์เท่านั้น

ที่มา: ยูลิงค์ มีเดีย

ในยุคหลังโรคระบาด เราเชื่อว่าเซ็นเซอร์อินฟราเรดเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ทุกวัน ระหว่างการเดินทางเราต้องผ่านการวัดอุณหภูมิซ้ำแล้วซ้ำเล่าก่อนจะถึงจุดหมาย เนื่องจากการวัดอุณหภูมิด้วยเซนเซอร์อินฟราเรดจำนวนมาก จริงๆ แล้วมีบทบาทสำคัญหลายประการ ต่อไปเรามาดูเซ็นเซอร์อินฟราเรดกันดีกว่า

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเซ็นเซอร์อินฟราเรด

อะไรก็ตามที่อยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์ (-273°C) จะปล่อยพลังงานอินฟราเรดออกสู่พื้นที่โดยรอบอย่างต่อเนื่อง และเซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถสัมผัสพลังงานอินฟราเรดของวัตถุและแปลงเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าได้ เซ็นเซอร์อินฟราเรดประกอบด้วยระบบแสง องค์ประกอบการตรวจจับ และวงจรการแปลง

ระบบออปติคอลสามารถแบ่งออกเป็นประเภทการส่งสัญญาณและประเภทการสะท้อนตามโครงสร้างที่แตกต่างกัน การส่งสัญญาณต้องใช้สององค์ประกอบ ส่วนประกอบหนึ่งส่งอินฟราเรดและอีกชิ้นรับอินฟราเรด ในทางกลับกัน ตัวสะท้อนแสงต้องการเซ็นเซอร์เพียงตัวเดียวในการรวบรวมข้อมูลที่ต้องการ

องค์ประกอบการตรวจจับสามารถแบ่งออกเป็นองค์ประกอบการตรวจจับความร้อนและองค์ประกอบการตรวจจับตาแมวตามหลักการทำงาน เทอร์มิสเตอร์เป็นเทอร์มิสเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เมื่อเทอร์มิสเตอร์ถูกรังสีอินฟราเรด อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น และความต้านทานจะเปลี่ยนไป (การเปลี่ยนแปลงนี้อาจใหญ่ขึ้นหรือเล็กลง เนื่องจากเทอร์มิสเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นเทอร์มิสเตอร์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกและเทอร์มิสเตอร์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิลบ) ซึ่งสามารถแปลงเป็นเอาต์พุตสัญญาณไฟฟ้าได้ ผ่านวงจรแปลง องค์ประกอบการตรวจจับโฟโตอิเล็กทริคมักใช้เป็นองค์ประกอบที่ไวต่อแสง ซึ่งมักทำจากตะกั่วซัลไฟด์ ลีดซีลีไนด์ อินเดียมอาร์เซไนด์ อาร์เซไนด์พลวง โลหะผสมแบบไตรภาคแคดเมียมเทลลูไรด์ปรอท เจอร์เมเนียมและวัสดุเจือด้วยซิลิกอน

ตามวงจรการประมวลผลและการแปลงสัญญาณที่แตกต่างกัน เซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถแบ่งออกเป็นประเภทอะนาล็อกและดิจิตอล วงจรประมวลผลสัญญาณของเซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกแบบอะนาล็อกคือหลอดเอฟเฟกต์สนาม ในขณะที่วงจรประมวลผลสัญญาณของเซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกแบบดิจิทัลคือชิปดิจิทัล

ฟังก์ชั่นต่างๆ ของเซ็นเซอร์อินฟราเรดเกิดขึ้นได้จากการเรียงสับเปลี่ยนที่แตกต่างกันและการรวมกันของส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนสามส่วน ได้แก่ ระบบออปติคัล องค์ประกอบการตรวจจับ และวงจรการแปลง เรามาดูด้านอื่นๆ ที่เซ็นเซอร์อินฟราเรดสร้างความแตกต่างกัน

การประยุกต์ใช้เซนเซอร์อินฟราเรด

1. การตรวจจับก๊าซ

หลักการออปติคัลอินฟราเรดของเซ็นเซอร์ก๊าซเป็นแบบที่อิงตามลักษณะการดูดซึมแบบเลือกสเปกตรัมใกล้อินฟราเรดของโมเลกุลก๊าซต่างๆ การใช้ความเข้มข้นของก๊าซและความสัมพันธ์ของความแข็งแรงในการดูดซับ (แลมเบิร์ต - กฎหมายเบียร์แลมเบิร์ตบิล) เพื่อระบุและกำหนดความเข้มข้นของก๊าซส่วนประกอบของก๊าซ อุปกรณ์ตรวจจับ

สามารถใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดเพื่อรับแผนที่การวิเคราะห์อินฟราเรดดังแสดงในรูปด้านบน โมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมต่างกันจะได้รับการดูดกลืนแสงอินฟราเรดภายใต้การฉายรังสีของแสงอินฟราเรดที่ความถี่เดียวกัน ส่งผลให้ความเข้มของแสงอินฟราเรดเปลี่ยนแปลงไป จากจุดสูงสุดของคลื่นต่างๆ จึงสามารถกำหนดประเภทของก๊าซที่มีอยู่ในส่วนผสมได้

ตามตำแหน่งของจุดสูงสุดของการดูดกลืนแสงอินฟราเรดจุดเดียว จะสามารถระบุได้เฉพาะกลุ่มที่มีอยู่ในโมเลกุลของก๊าซเท่านั้น เพื่อระบุประเภทของก๊าซอย่างแม่นยำ เราต้องดูตำแหน่งของยอดการดูดกลืนแสงทั้งหมดในบริเวณอินฟราเรดตอนกลางของก๊าซ กล่าวคือ ลายลักษณ์อักษรการดูดกลืนแสงอินฟราเรดของก๊าซ ด้วยสเปกตรัมอินฟราเรด ทำให้สามารถวิเคราะห์ปริมาณก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมได้อย่างรวดเร็ว

เซ็นเซอร์ก๊าซอินฟราเรดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี อุตสาหกรรมโลหะ การทำเหมืองแร่ในสภาพการทำงาน การตรวจสอบมลพิษทางอากาศ และการตรวจจับที่เกี่ยวข้องกับการทำให้คาร์บอนเป็นกลาง การเกษตร และอุตสาหกรรมอื่นๆ ปัจจุบันเลเซอร์อินฟราเรดกลางมีราคาแพง ฉันเชื่อว่าในอนาคต อุตสาหกรรมจำนวนมากที่ใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดในการตรวจจับก๊าซ เซ็นเซอร์ก๊าซอินฟราเรดจะมีความยอดเยี่ยมและราคาถูกกว่า

2. การวัดระยะอินฟราเรด

เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรดเป็นอุปกรณ์ตรวจจับชนิดหนึ่ง ซึ่งใช้อินฟราเรดเป็นสื่อกลางของระบบการวัด ช่วงการวัดที่กว้าง เวลาตอบสนองที่สั้น ส่วนใหญ่ใช้ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ การป้องกันประเทศ และสาขาอุตสาหกรรมและเกษตรกรรม

เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรดมีไดโอดส่งและรับสัญญาณอินฟราเรดคู่หนึ่ง โดยใช้เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรดเพื่อปล่อยลำแสงอินฟราเรด สร้างกระบวนการสะท้อนหลังจากการฉายรังสีไปยังวัตถุ สะท้อนไปยังเซ็นเซอร์หลังจากรับสัญญาณ จากนั้นใช้ CCD การประมวลผลภาพการรับส่งและรับข้อมูลความแตกต่างของเวลา ระยะทางของวัตถุจะถูกคำนวณหลังจากประมวลผลโดยตัวประมวลผลสัญญาณ สามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่กับพื้นผิวธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้กับแผงสะท้อนแสงได้ด้วย ระยะการวัด การตอบสนองความถี่สูง เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง

3. การส่งสัญญาณอินฟราเรด

การส่งข้อมูลโดยใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดก็ใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน รีโมทคอนโทรลของทีวีใช้สัญญาณการส่งสัญญาณอินฟราเรดเพื่อควบคุมทีวีจากระยะไกล โทรศัพท์มือถือสามารถส่งข้อมูลผ่านการส่งสัญญาณอินฟราเรด แอปพลิเคชันเหล่านี้เป็นแอปพลิเคชันที่มีมาตั้งแต่เทคโนโลยีอินฟราเรดได้รับการพัฒนาครั้งแรก

4. ภาพความร้อนอินฟราเรด

กล้องถ่ายภาพความร้อนเป็นเซ็นเซอร์แบบพาสซีฟที่สามารถจับรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุทั้งหมดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ เดิมทีกล้องถ่ายภาพความร้อนได้รับการพัฒนาเพื่อใช้เป็นเครื่องมือตรวจการณ์ทางทหารและกล้องมองกลางคืน แต่เมื่อมีการใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้น ราคาก็ลดลง ส่งผลให้ขอบเขตการใช้งานกว้างขึ้นอย่างมาก การใช้งานกล้องถ่ายภาพความร้อนประกอบด้วยสัตว์ เกษตรกรรม อาคาร การตรวจจับก๊าซ การใช้งานทางอุตสาหกรรมและการทหาร ตลอดจนการตรวจจับ การติดตาม และการระบุตัวตนของมนุษย์ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ภาพความร้อนอินฟราเรดได้ถูกนำมาใช้ในที่สาธารณะหลายแห่งเพื่อให้สามารถวัดอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ได้อย่างรวดเร็ว

5. การเหนี่ยวนำอินฟราเรด

สวิตช์เหนี่ยวนำอินฟราเรดเป็นสวิตช์ควบคุมอัตโนมัติที่ใช้เทคโนโลยีการเหนี่ยวนำอินฟราเรด มีฟังก์ชันการควบคุมอัตโนมัติโดยการตรวจจับความร้อนอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากโลกภายนอก สามารถเปิดโคมไฟ ประตูอัตโนมัติ สัญญาณกันขโมย และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ได้อย่างรวดเร็ว

ผ่านเลนส์ Fresnel ของเซ็นเซอร์อินฟราเรด แสงอินฟราเรดที่กระจัดกระจายที่ปล่อยออกมาจากร่างกายมนุษย์สามารถรับรู้ได้ด้วยสวิตช์ เพื่อให้ทราบถึงฟังก์ชันการควบคุมอัตโนมัติต่างๆ เช่น การเปิดไฟ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากบ้านอัจฉริยะได้รับความนิยม การตรวจจับด้วยอินฟราเรดจึงถูกนำมาใช้ในถังขยะอัจฉริยะ ห้องน้ำอัจฉริยะ สวิตช์ด้วยท่าทางอัจฉริยะ ประตูเหนี่ยวนำ และผลิตภัณฑ์อัจฉริยะอื่นๆ การตรวจจับด้วยอินฟราเรดไม่ได้เป็นเพียงการตรวจจับผู้คนเท่านั้น แต่ยังได้รับการอัปเดตอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ได้ฟังก์ชันต่างๆ มากขึ้น

บทสรุป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรม Internet of Things มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วและมีโอกาสทางการตลาดในวงกว้าง ในบริบทนี้ ตลาดเซ็นเซอร์อินฟราเรดก็มีการเติบโตเช่นกัน ดังนั้นขนาดตลาดเครื่องตรวจจับอินฟราเรดของจีนจึงเติบโตอย่างต่อเนื่อง ตามข้อมูลในปี 2019 ตลาดเครื่องตรวจจับอินฟราเรดของจีนมีขนาดเกือบ 400 ล้านหยวนภายในปี 2563 หรือเกือบ 500 ล้านหยวน เมื่อรวมกับความต้องการวัดอุณหภูมิอินฟราเรดของโรคระบาดและการทำให้คาร์บอนเป็นกลางสำหรับการตรวจจับก๊าซอินฟราเรด ขนาดของตลาดเซ็นเซอร์อินฟราเรดจะมีขนาดใหญ่มากในอนาคต