เซ็นเซอร์อินฟราเรดไม่ใช่แค่เทอร์โมมิเตอร์เท่านั้น

ที่มา: Ulink Media

ในยุคหลังการระบาด เราเชื่อว่าเซ็นเซอร์อินฟราเรดเป็นสิ่งจำเป็นในชีวิตประจำวัน ในระหว่างการเดินทาง เราจำเป็นต้องวัดอุณหภูมิซ้ำแล้วซ้ำเล่าก่อนที่จะถึงจุดหมายปลายทาง เนื่องจากเซ็นเซอร์อินฟราเรดจำนวนมากใช้ในการวัดอุณหภูมิ จึงมีบทบาทสำคัญหลายประการ ต่อไปนี้เราจะมาดูเซ็นเซอร์อินฟราเรดกันอย่างละเอียด

บทนำเกี่ยวกับเซ็นเซอร์อินฟราเรด

วัตถุใดๆ ที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (-273°C) จะปล่อยพลังงานอินฟราเรดออกมาสู่พื้นที่โดยรอบอย่างต่อเนื่อง และเซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถตรวจจับพลังงานอินฟราเรดของวัตถุและแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ เซ็นเซอร์อินฟราเรดประกอบด้วยระบบออปติคอล องค์ประกอบตรวจจับ และวงจรแปลงสัญญาณ

ระบบออปติคอลสามารถแบ่งออกเป็นแบบส่งผ่านและแบบสะท้อนแสงตามโครงสร้างที่แตกต่างกัน แบบส่งผ่านต้องใช้ส่วนประกอบสองชิ้น คือ ชิ้นหนึ่งส่งผ่านรังสีอินฟราเรดและอีกชิ้นหนึ่งรับรังสีอินฟราเรด ในขณะที่แบบสะท้อนแสงนั้นต้องการเพียงเซ็นเซอร์ตัวเดียวเพื่อรวบรวมข้อมูลที่ต้องการ

องค์ประกอบตรวจจับสามารถแบ่งออกเป็นองค์ประกอบตรวจจับความร้อนและองค์ประกอบตรวจจับแสงตามหลักการทำงาน เทอร์มิสเตอร์เป็นเทอร์มิสเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เมื่อเทอร์มิสเตอร์ได้รับรังสีอินฟราเรด อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น และความต้านทานจะเปลี่ยนแปลง (การเปลี่ยนแปลงนี้อาจมากหรือน้อย เนื่องจากเทอร์มิสเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นเทอร์มิสเตอร์ที่มีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวกและเทอร์มิสเตอร์ที่มีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นลบ) ซึ่งสามารถแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าผ่านวงจรแปลงได้ องค์ประกอบตรวจจับแสงมักใช้เป็นองค์ประกอบไวแสง โดยปกติทำจากตะกั่วซัลไฟด์ ตะกั่วซีลีไนด์ อินเดียมอาร์เซไนด์ แอนติมอนีอาร์เซไนด์ โลหะผสมสามองค์ประกอบของปรอทแคดเมียมเทลลูไรด์ เจอร์มาเนียม และวัสดุเจือซิลิคอน

ตามวงจรการประมวลผลและการแปลงสัญญาณที่แตกต่างกัน เซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถแบ่งออกเป็นประเภทอนาล็อกและดิจิทัลได้ วงจรการประมวลผลสัญญาณของเซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกอนาล็อกคือหลอดสนามแม่เหล็ก ในขณะที่วงจรการประมวลผลสัญญาณของเซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกดิจิทัลคือชิปดิจิทัล

ฟังก์ชันมากมายของเซ็นเซอร์อินฟราเรดเกิดขึ้นจากการผสมผสานและจัดเรียงส่วนประกอบที่ไวต่อแสงสามส่วน ได้แก่ ระบบแสง องค์ประกอบตรวจจับ และวงจรแปลงสัญญาณ มาดูกันว่าเซ็นเซอร์อินฟราเรดได้สร้างความแตกต่างในด้านอื่นๆ อย่างไรบ้าง

การประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรด

1. การตรวจจับก๊าซ

หลักการทางแสงอินฟราเรดของเซ็นเซอร์แก๊สเป็นอุปกรณ์ตรวจจับแก๊สชนิดหนึ่งที่อาศัยคุณสมบัติการดูดซับแบบเลือกเฉพาะในช่วงสเปกตรัมอินฟราเรดใกล้ของโมเลกุลแก๊สต่างๆ โดยใช้ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของแก๊สและความแรงของการดูดซับ (กฎของแลมเบิร์ต-เบียร์) เพื่อระบุและกำหนดความเข้มข้นขององค์ประกอบแก๊ส

เซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถใช้สร้างแผนที่วิเคราะห์อินฟราเรดได้ดังแสดงในรูปด้านบน โมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมต่างกันจะดูดซับอินฟราเรดภายใต้การฉายแสงอินฟราเรดที่มีความถี่เดียวกัน ส่งผลให้ความเข้มของแสงอินฟราเรดเปลี่ยนแปลงไป จากยอดคลื่นที่แตกต่างกัน สามารถระบุชนิดของก๊าซที่อยู่ในส่วนผสมได้

จากการพิจารณาตำแหน่งของยอดการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดเพียงจุดเดียว เราสามารถระบุได้เพียงว่ามีหมู่ฟังก์ชันใดบ้างในโมเลกุลของก๊าซ หากต้องการระบุชนิดของก๊าซได้อย่างแม่นยำ เราจำเป็นต้องพิจารณาตำแหน่งของยอดการดูดกลืนทั้งหมดในย่านรังสีอินฟราเรดกลางของก๊าซนั้น ๆ ซึ่งก็คือ "ลายนิ้วมือการดูดกลืนรังสีอินฟราเรด" ของก๊าซนั้น ๆ ด้วยสเปกตรัมอินฟราเรด เราสามารถวิเคราะห์ปริมาณของก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมได้อย่างรวดเร็ว

เซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซอินฟราเรดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี โลหะวิทยา การตรวจสอบสภาพการทำงานในเหมืองแร่ การตรวจสอบมลพิษทางอากาศ และการตรวจจับที่เกี่ยวข้องกับการลดคาร์บอน การเกษตร และอุตสาหกรรมอื่นๆ ในปัจจุบัน เลเซอร์อินฟราเรดช่วงกลางมีราคาสูง เชื่อว่าในอนาคต เมื่ออุตสาหกรรมต่างๆ ใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดในการตรวจจับก๊าซมากขึ้น เซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซอินฟราเรดจะพัฒนาให้ดียิ่งขึ้นและมีราคาถูกลง

2. เครื่องวัดระยะทางอินฟราเรด

เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรดเป็นอุปกรณ์ตรวจจับชนิดหนึ่ง โดยใช้รังสีอินฟราเรดเป็นตัวกลางในการวัด มีช่วงการวัดกว้าง เวลาตอบสนองสั้น ส่วนใหญ่ใช้ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ การป้องกันประเทศ อุตสาหกรรม และการเกษตร

เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรดประกอบด้วยไดโอดส่งและรับสัญญาณอินฟราเรดคู่หนึ่ง โดยใช้เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรดปล่อยลำแสงอินฟราเรดออกมา เกิดการสะท้อนหลังจากฉายไปยังวัตถุ สะท้อนกลับไปยังเซ็นเซอร์หลังจากรับสัญญาณ จากนั้นใช้ CCD ในการประมวลผลภาพเพื่อรับและส่งข้อมูลความแตกต่างของเวลา ระยะห่างของวัตถุจะถูกคำนวณหลังจากประมวลผลโดยตัวประมวลผลสัญญาณ สามารถใช้งานได้ไม่เพียงแต่บนพื้นผิวธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแผงสะท้อนแสงด้วย เหมาะสำหรับการวัดระยะทาง การตอบสนองความถี่สูง และสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง

3. การส่งผ่านรังสีอินฟราเรด

การส่งข้อมูลโดยใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดก็มีการใช้งานอย่างแพร่หลายเช่นกัน รีโมททีวีใช้สัญญาณส่งผ่านอินฟราเรดเพื่อควบคุมทีวีจากระยะไกล โทรศัพท์มือถือสามารถส่งข้อมูลผ่านการส่งสัญญาณอินฟราเรดได้ เหล่านี้เป็นแอปพลิเคชันที่มีมาตั้งแต่เทคโนโลยีอินฟราเรดถูกพัฒนาขึ้นมาครั้งแรก

4. ภาพถ่ายความร้อนอินฟราเรด

กล้องถ่ายภาพความร้อนเป็นเซ็นเซอร์แบบพาสซีฟที่สามารถจับรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ กล้องถ่ายภาพความร้อนได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกเพื่อใช้เป็นเครื่องมือเฝ้าระวังและมองเห็นในเวลากลางคืนในทางการทหาร แต่เมื่อมีการใช้งานอย่างแพร่หลายมากขึ้น ราคาจึงลดลง ทำให้ขอบเขตการใช้งานขยายวงกว้างขึ้นอย่างมาก การใช้งานกล้องถ่ายภาพความร้อน ได้แก่ การตรวจจับสัตว์ การเกษตร อาคาร ก๊าซ อุตสาหกรรม และการทหาร รวมถึงการตรวจจับ ติดตาม และระบุตัวตนมนุษย์ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ภาพความร้อนอินฟราเรดถูกนำมาใช้ในสถานที่สาธารณะหลายแห่งเพื่อวัดอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ได้อย่างรวดเร็ว

5. การเหนี่ยวนำด้วยอินฟราเรด

สวิตช์เหนี่ยวนำอินฟราเรดเป็นสวิตช์ควบคุมอัตโนมัติที่ใช้เทคโนโลยีการเหนี่ยวนำอินฟราเรด โดยจะทำงานควบคุมอัตโนมัติด้วยการตรวจจับความร้อนอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากภายนอก สามารถเปิดไฟ ประตูอัตโนมัติ สัญญาณกันขโมย และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ได้อย่างรวดเร็ว

เลนส์เฟรสเนลของเซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถตรวจจับแสงอินฟราเรดที่กระจัดกระจายซึ่งปล่อยออกมาจากร่างกายมนุษย์ได้โดยสวิตช์ เพื่อให้สามารถใช้งานฟังก์ชั่นควบคุมอัตโนมัติต่างๆ เช่น การเปิดไฟ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความนิยมของบ้านอัจฉริยะ การตรวจจับอินฟราเรดจึงถูกนำไปใช้ในถังขยะอัจฉริยะ โถสุขภัณฑ์อัจฉริยะ สวิตช์ควบคุมด้วยท่าทางอัจฉริยะ ประตูเหนี่ยวนำ และผลิตภัณฑ์อัจฉริยะอื่นๆ การตรวจจับอินฟราเรดไม่ได้จำกัดอยู่แค่การตรวจจับคนเท่านั้น แต่กำลังได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ได้ฟังก์ชั่นการใช้งานที่มากขึ้น

บทสรุป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) พัฒนาอย่างรวดเร็วและมีโอกาสทางการตลาดที่กว้างขวาง ในบริบทนี้ ตลาดเซ็นเซอร์อินฟราเรดก็เติบโตขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกัน ดังนั้นขนาดตลาดเครื่องตรวจจับอินฟราเรดของจีนจึงเติบโตอย่างต่อเนื่อง จากข้อมูลพบว่า ในปี 2019 ตลาดเครื่องตรวจจับอินฟราเรดของจีนมีมูลค่าเกือบ 400 ล้านหยวน และคาดว่าจะสูงถึงเกือบ 500 ล้านหยวนในปี 2020 เมื่อรวมกับความต้องการในการวัดอุณหภูมิด้วยอินฟราเรดเพื่อรับมือกับโรคระบาด และการตรวจจับก๊าซด้วยอินฟราเรดเพื่อลดการปล่อยคาร์บอน ตลาดเซ็นเซอร์อินฟราเรดในอนาคตจะมีขนาดใหญ่มาก