ที่มา: ยูลิงค์ มีเดีย
ในยุคหลังโรคระบาด เราเชื่อว่าเซนเซอร์อินฟราเรดเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในชีวิตประจำวัน ในการเดินทาง เราจำเป็นต้องวัดอุณหภูมิซ้ำแล้วซ้ำเล่าก่อนจะถึงจุดหมายปลายทาง เนื่องจากเซนเซอร์อินฟราเรดมีจำนวนมาก เซนเซอร์จึงมีบทบาทสำคัญหลายประการ ต่อไปเรามาดูเซนเซอร์อินฟราเรดกัน
บทนำเกี่ยวกับเซ็นเซอร์อินฟราเรด
อะไรก็ตามที่อยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์ (-273°C) จะปล่อยพลังงานอินฟราเรดออกสู่พื้นที่โดยรอบอย่างต่อเนื่อง และเซนเซอร์อินฟราเรดสามารถรับรู้พลังงานอินฟราเรดของวัตถุและแปลงเป็นส่วนประกอบไฟฟ้า เซนเซอร์อินฟราเรดประกอบด้วยระบบออปติก องค์ประกอบตรวจจับ และวงจรแปลง
ระบบออปติกสามารถแบ่งตามโครงสร้างได้เป็นประเภทการส่งสัญญาณและประเภทการสะท้อน การส่งสัญญาณต้องใช้ส่วนประกอบสองส่วน คือ ส่วนที่ส่งสัญญาณอินฟราเรดและส่วนที่รับอินฟราเรด ในขณะที่ตัวสะท้อนแสงต้องการเพียงเซ็นเซอร์ตัวเดียวเพื่อรวบรวมข้อมูลที่ต้องการ
องค์ประกอบการตรวจจับสามารถแบ่งออกได้เป็นองค์ประกอบการตรวจจับความร้อนและองค์ประกอบการตรวจจับโฟโตอิเล็กทริกตามหลักการทำงาน เทอร์มิสเตอร์เป็นเทอร์มิสเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เมื่อเทอร์มิสเตอร์ได้รับรังสีอินฟราเรด อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นและความต้านทานจะเปลี่ยนแปลง (การเปลี่ยนแปลงนี้อาจมากขึ้นหรือน้อยลง เนื่องจากเทอร์มิสเตอร์สามารถแบ่งออกได้เป็นเทอร์มิสเตอร์สัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกและเทอร์มิสเตอร์สัมประสิทธิ์อุณหภูมิลบ) ซึ่งสามารถแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเอาต์พุตผ่านวงจรการแปลง องค์ประกอบการตรวจจับโฟโตอิเล็กทริกมักใช้เป็นองค์ประกอบที่ไวต่อแสง ซึ่งมักทำจากตะกั่วซัลไฟด์ ตะกั่วเซเลไนด์ อินเดียมอาร์เซไนด์ แอนติโมนีอาร์เซไนด์ โลหะผสมเทอร์นารีแคดเมียมเทลลูไรด์ของปรอท เจอร์เมเนียม และวัสดุที่เจือปนซิลิกอน
ตามวงจรประมวลผลและแปลงสัญญาณที่แตกต่างกัน เซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถแบ่งได้เป็นประเภทอนาล็อกและดิจิทัล วงจรประมวลผลสัญญาณของเซ็นเซอร์อินฟราเรดไพโรอิเล็กทริกแบบอนาล็อกคือหลอดผลสนาม ในขณะที่วงจรประมวลผลสัญญาณของเซ็นเซอร์อินฟราเรดไพโรอิเล็กทริกแบบดิจิทัลคือชิปดิจิทัล
เซ็นเซอร์อินฟราเรดสามารถทำหน้าที่ต่างๆ ได้มากมายผ่านการเปลี่ยนแปลงและการผสมผสานที่แตกต่างกันของส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน 3 ส่วน ได้แก่ ระบบออปติก องค์ประกอบการตรวจจับ และวงจรแปลงสัญญาณ มาดูด้านอื่นๆ ที่เซ็นเซอร์อินฟราเรดสร้างความแตกต่างกัน
การประยุกต์ใช้งานเซ็นเซอร์อินฟราเรด
1. การตรวจจับก๊าซ
หลักการตรวจจับแก๊สด้วยแสงอินฟราเรดเป็นการใช้คุณสมบัติการดูดกลืนแบบเลือกสเปกตรัมใกล้อินฟราเรดของโมเลกุลแก๊สต่างๆ โดยใช้ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของแก๊สและความแข็งแรงในการดูดกลืน (กฎของ Lambert – Bill Lambert Beer) เพื่อระบุและกำหนดความเข้มข้นของส่วนประกอบของแก๊สในอุปกรณ์ตรวจจับแก๊ส
เซนเซอร์อินฟราเรดสามารถใช้เพื่อรับแผนที่การวิเคราะห์อินฟราเรดได้ดังแสดงในรูปด้านบน โมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมต่าง ๆ จะดูดซับอินฟราเรดภายใต้การฉายแสงอินฟราเรดที่ความถี่เดียวกัน ส่งผลให้ความเข้มของแสงอินฟราเรดเปลี่ยนแปลงไป ตามจุดสูงสุดของคลื่นที่แตกต่างกัน จะสามารถระบุประเภทของก๊าซที่มีอยู่ในส่วนผสมได้
จากตำแหน่งของจุดสูงสุดของการดูดกลืนอินฟราเรดจุดเดียว สามารถระบุได้เฉพาะกลุ่มที่มีอยู่ในโมเลกุลของก๊าซเท่านั้น เพื่อระบุชนิดของก๊าซได้อย่างแม่นยำ เราต้องดูตำแหน่งของจุดสูงสุดของการดูดกลืนทั้งหมดในบริเวณอินฟราเรดกลางของก๊าซ ซึ่งก็คือลายนิ้วมือของการดูดกลืนอินฟราเรดของก๊าซ ด้วยสเปกตรัมอินฟราเรด สามารถวิเคราะห์เนื้อหาของก๊าซแต่ละชนิดในส่วนผสมได้อย่างรวดเร็ว
เซ็นเซอร์ก๊าซอินฟราเรดใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี อุตสาหกรรมโลหะวิทยา อุตสาหกรรมการทำเหมือง การตรวจสอบมลพิษทางอากาศและการตรวจจับที่เกี่ยวข้องกับการทำให้เป็นกลางของคาร์บอน การเกษตร และอุตสาหกรรมอื่นๆ ในปัจจุบัน เลเซอร์อินฟราเรดระดับกลางมีราคาแพง ฉันเชื่อว่าในอนาคต เมื่ออุตสาหกรรมจำนวนมากใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดในการตรวจจับก๊าซ เซ็นเซอร์ก๊าซอินฟราเรดจะดีขึ้นและราคาถูกลง
2. การวัดระยะอินฟราเรด
เซนเซอร์วัดระยะอินฟราเรดเป็นอุปกรณ์ตรวจจับชนิดหนึ่ง ซึ่งใช้อินฟราเรดเป็นสื่อกลางในการวัด มีช่วงการวัดกว้าง เวลาตอบสนองสั้น โดยส่วนใหญ่ใช้ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ การป้องกันประเทศ รวมถึงด้านอุตสาหกรรมและเกษตรกรรม
เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรดมีไดโอดส่งและรับสัญญาณอินฟราเรดคู่หนึ่ง ซึ่งใช้เซ็นเซอร์วัดระยะอินฟราเรดในการปล่อยลำแสงอินฟราเรด ซึ่งจะสร้างกระบวนการสะท้อนหลังจากฉายรังสีไปยังวัตถุ จากนั้นสะท้อนไปยังเซ็นเซอร์หลังจากรับสัญญาณ จากนั้นจึงใช้การประมวลผลภาพ CCD เพื่อรับส่งข้อมูลความแตกต่างของเวลา ระยะทางของวัตถุจะถูกคำนวณหลังจากประมวลผลโดยโปรเซสเซอร์สัญญาณ สามารถใช้ได้ไม่เพียงแต่บนพื้นผิวธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแผงสะท้อนแสงด้วย การวัดระยะทาง การตอบสนองความถี่สูง เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรง
3. การส่งสัญญาณอินฟราเรด
การส่งข้อมูลโดยใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดก็ใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน รีโมทคอนโทรลทีวีใช้สัญญาณการส่งสัญญาณอินฟราเรดเพื่อควบคุมทีวีจากระยะไกล โทรศัพท์มือถือสามารถส่งข้อมูลผ่านการส่งสัญญาณอินฟราเรดได้ การใช้งานเหล่านี้มีมาตั้งแต่มีการพัฒนาเทคโนโลยีอินฟราเรดเป็นครั้งแรก
4. ภาพความร้อนอินฟราเรด
กล้องถ่ายภาพความร้อนเป็นเซ็นเซอร์แบบพาสซีฟที่สามารถจับภาพรังสีอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ กล้องถ่ายภาพความร้อนได้รับการพัฒนาขึ้นในตอนแรกเพื่อใช้เป็นเครื่องมือเฝ้าระวังและมองเห็นเวลากลางคืนทางการทหาร แต่เมื่อกล้องนี้ได้รับความนิยมมากขึ้น ราคาก็ลดลง จึงทำให้มีการใช้งานกล้องถ่ายภาพความร้อนเพิ่มมากขึ้น กล้องถ่ายภาพความร้อนสามารถนำไปใช้งานกับสัตว์ การเกษตร การก่อสร้าง การตรวจจับก๊าซ อุตสาหกรรมและการทหาร รวมถึงการตรวจจับ ติดตาม และระบุตัวตนของมนุษย์ได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดถูกนำมาใช้ในสถานที่สาธารณะหลายแห่งเพื่อวัดอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ได้อย่างรวดเร็ว
5. การเหนี่ยวนำอินฟราเรด
สวิตช์เหนี่ยวนำอินฟราเรดเป็นสวิตช์ควบคุมอัตโนมัติที่ใช้เทคโนโลยีเหนี่ยวนำอินฟราเรด โดยทำหน้าที่ควบคุมอัตโนมัติด้วยการตรวจจับความร้อนอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากโลกภายนอก สามารถเปิดโคมไฟ ประตูอัตโนมัติ สัญญาณกันขโมย และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ได้อย่างรวดเร็ว
ด้วยเลนส์เฟรสเนลของเซ็นเซอร์อินฟราเรด แสงอินฟราเรดที่กระจัดกระจายซึ่งปล่อยออกมาจากร่างกายมนุษย์สามารถรับรู้ได้โดยสวิตช์ ดังนั้นจึงสามารถใช้งานฟังก์ชันการควบคุมอัตโนมัติต่างๆ เช่น การเปิดไฟได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความนิยมของบ้านอัจฉริยะ การตรวจจับอินฟราเรดยังถูกนำมาใช้ในถังขยะอัจฉริยะ ห้องน้ำอัจฉริยะ สวิตช์ควบคุมการเคลื่อนไหวอัจฉริยะ ประตูเหนี่ยวนำ และผลิตภัณฑ์อัจฉริยะอื่นๆ การตรวจจับอินฟราเรดไม่ได้เป็นเพียงการตรวจจับผู้คนเท่านั้น แต่ยังได้รับการอัปเดตอย่างต่อเนื่องเพื่อให้มีฟังก์ชันเพิ่มเติม
บทสรุป
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งได้พัฒนาอย่างรวดเร็วและมีแนวโน้มทางการตลาดที่กว้างขวาง ในบริบทนี้ ตลาดเซ็นเซอร์อินฟราเรดก็เติบโตอย่างต่อเนื่องเช่นกัน ดังนั้นขนาดตลาดเครื่องตรวจจับอินฟราเรดของจีนจึงยังคงเติบโตต่อไป ตามข้อมูล ในปี 2019 ขนาดตลาดเครื่องตรวจจับอินฟราเรดของจีนจะเกือบ 400 ล้านหยวน ภายในปี 2020 หรือเกือบ 500 ล้านหยวน เมื่อรวมกับความต้องการการวัดอุณหภูมิอินฟราเรดสำหรับการแพร่ระบาดและการทำให้เป็นกลางคาร์บอนสำหรับการตรวจจับก๊าซอินฟราเรด ขนาดตลาดของเซ็นเซอร์อินฟราเรดจะมีขนาดใหญ่ในอนาคต
เวลาโพสต์ : 16 พ.ค. 2565