أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء ليست مجرد موازين حرارة

المصدر: يولينك ميديا

في حقبة ما بعد الوباء، نعتقد أن أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء لا غنى عنها كل يوم. أثناء عملية التنقل، نحتاج إلى إجراء قياس درجة الحرارة مرارًا وتكرارًا قبل أن نتمكن من الوصول إلى وجهتنا. في الواقع، هناك العديد من الأدوار المهمة لقياس درجة الحرارة باستخدام عدد كبير من أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء. بعد ذلك، دعونا نلقي نظرة فاحصة على مستشعر الأشعة تحت الحمراء.

مقدمة لأجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء

أي شيء فوق الصفر المطلق (-273 درجة مئوية) ينبعث باستمرار طاقة الأشعة تحت الحمراء إلى الفضاء المحيط، إذا جاز التعبير. ومستشعر الأشعة تحت الحمراء قادر على استشعار طاقة الأشعة تحت الحمراء للجسم وتحويلها إلى مكونات كهربائية. يتكون مستشعر الأشعة تحت الحمراء من نظام بصري وعنصر كشف ودائرة تحويل.

يمكن تقسيم النظام البصري إلى نوع الإرسال ونوع الانعكاس وفقًا للبنية المختلفة. يتطلب الإرسال مكونين، أحدهما يرسل الأشعة تحت الحمراء والآخر يستقبل الأشعة تحت الحمراء. ومن ناحية أخرى، يحتاج العاكس إلى مستشعر واحد فقط لجمع المعلومات المطلوبة.

يمكن تقسيم عنصر الكشف إلى عنصر كشف حراري وعنصر كشف كهروضوئي وفقًا لمبدأ العمل. الثرمستورات هي الثرمستورات الأكثر استخدامًا. عندما يتعرض الثرمستور للأشعة تحت الحمراء، تزداد درجة الحرارة، وتتغير المقاومة (قد يكون هذا التغيير أكبر أو أصغر، لأنه يمكن تقسيم الثرمستور إلى ثرمستور بمعامل درجة حرارة موجبة وثرمستور بمعامل درجة حرارة سالبة)، والتي يمكن تحويلها إلى خرج إشارة كهربائية من خلال دائرة التحويل . تُستخدم عناصر الكشف الكهروضوئية بشكل شائع كعناصر حساسة للضوء، وعادةً ما تكون مصنوعة من كبريتيد الرصاص، وسيلينيد الرصاص، وزرنيخيد الإنديوم، وزرنيخيد الأنتيمون، وسبائك تيلوريد الكادميوم الثلاثية، والجرمانيوم والسيليكون.

وفقا لدوائر معالجة وتحويل الإشارات المختلفة، يمكن تقسيم أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء إلى نوع تناظري ورقمي. دائرة معالجة الإشارات لمستشعر الأشعة تحت الحمراء الكهروحرارية التناظري هي عبارة عن أنبوب ذو تأثير ميداني، في حين أن دائرة معالجة الإشارة لمستشعر الأشعة تحت الحمراء الكهروحرارية الرقمي عبارة عن شريحة رقمية.

يتم تحقيق العديد من وظائف مستشعر الأشعة تحت الحمراء من خلال التباديل والمجموعات المختلفة لثلاثة مكونات حساسة: النظام البصري، وعنصر الكشف، ودائرة التحويل. دعونا نلقي نظرة على بعض المجالات الأخرى التي أحدثت فيها أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء فرقًا.

تطبيق جهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء

1. كشف الغاز

مبدأ الأشعة تحت الحمراء البصرية لمستشعر الغاز هو نوع من يعتمد على خصائص الامتصاص الانتقائي الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة لجزيئات الغاز المختلفة، واستخدام تركيز الغاز وعلاقة قوة الامتصاص (قانون لامبرت - بيل لامبرت بير) لتحديد وتحديد تركيز الغاز المكون للغاز جهاز الاستشعار.

يمكن استخدام مستشعرات الأشعة تحت الحمراء للحصول على خريطة تحليل الأشعة تحت الحمراء كما هو موضح في الشكل أعلاه. ستخضع الجزيئات المكونة من ذرات مختلفة لامتصاص الأشعة تحت الحمراء تحت إشعاع ضوء الأشعة تحت الحمراء بنفس التردد، مما يؤدي إلى تغيرات في شدة ضوء الأشعة تحت الحمراء. ووفقاً لاختلاف قمم الموجات، يمكن تحديد أنواع الغازات الموجودة في الخليط.

وفقًا لموضع ذروة امتصاص الأشعة تحت الحمراء الفردية، لا يمكن تحديد سوى المجموعات الموجودة في جزيء الغاز. لتحديد نوع الغاز بدقة، نحتاج إلى النظر إلى مواضع جميع قمم الامتصاص في منطقة الأشعة تحت الحمراء الوسطى للغاز، أي بصمة امتصاص الأشعة تحت الحمراء للغاز. باستخدام طيف الأشعة تحت الحمراء، يمكن تحليل محتوى كل غاز في الخليط بسرعة.

تستخدم أجهزة استشعار الغاز بالأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في صناعة البتروكيماويات والمعادن والتعدين في حالة العمل ومراقبة تلوث الهواء والكشف المتعلق بتحييد الكربون والزراعة وغيرها من الصناعات. في الوقت الحاضر، تعد أجهزة الليزر ذات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة باهظة الثمن. أعتقد أنه في المستقبل، مع وجود عدد كبير من الصناعات التي تستخدم أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء للكشف عن الغاز، ستصبح أجهزة استشعار الغاز بالأشعة تحت الحمراء أكثر ممتازة وأرخص.

2. قياس المسافة بالأشعة تحت الحمراء

مستشعر نطاق الأشعة تحت الحمراء هو نوع من أجهزة الاستشعار، يستخدم الأشعة تحت الحمراء كوسيلة لنظام القياس، نطاق قياس واسع، وقت استجابة قصير، يستخدم بشكل رئيسي في العلوم والتكنولوجيا الحديثة، والدفاع الوطني والمجالات الصناعية والزراعية.

يحتوي مستشعر نطاق الأشعة تحت الحمراء على زوج من الثنائيات لإرسال واستقبال إشارة الأشعة تحت الحمراء، وذلك باستخدام مستشعر نطاق الأشعة تحت الحمراء لإصدار شعاع من ضوء الأشعة تحت الحمراء، وتشكيل عملية انعكاس بعد تشعيع الجسم، مما يعكس المستشعر بعد تلقي الإشارة، ثم استخدام CCD معالجة الصور واستقبال الإرسال واستقبال بيانات فرق التوقيت. يتم حساب مسافة الكائن بعد المعالجة بواسطة معالج الإشارة. ويمكن استخدام هذا ليس فقط على الأسطح الطبيعية، ولكن أيضًا على الألواح العاكسة. قياس المسافة، استجابة عالية التردد، مناسبة للبيئات الصناعية القاسية.

3. انتقال الأشعة تحت الحمراء

كما يتم استخدام نقل البيانات باستخدام أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع. يستخدم جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفزيون إشارات الإرسال بالأشعة تحت الحمراء للتحكم في التلفزيون عن بعد؛ يمكن للهواتف المحمولة نقل البيانات من خلال الإرسال بالأشعة تحت الحمراء. هذه هي التطبيقات التي كانت موجودة منذ أن تم تطوير تقنية الأشعة تحت الحمراء لأول مرة.

4. الصورة الحرارية بالأشعة تحت الحمراء

جهاز التصوير الحراري هو جهاز استشعار سلبي يمكنه التقاط الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من جميع الأجسام التي تكون درجة حرارتها أعلى من الصفر المطلق. تم تطوير جهاز التصوير الحراري في الأصل كأداة للمراقبة العسكرية والرؤية الليلية، ولكن مع تزايد استخدامه على نطاق واسع، انخفض سعره، مما أدى إلى توسيع مجال التطبيق بشكل كبير. تشمل تطبيقات التصوير الحراري التطبيقات الحيوانية والزراعية والبناءية والكشف عن الغاز والتطبيقات الصناعية والعسكرية، بالإضافة إلى الكشف البشري والتتبع وتحديد الهوية. في السنوات الأخيرة، تم استخدام الصورة الحرارية بالأشعة تحت الحمراء في العديد من الأماكن العامة لقياس درجة حرارة المنتجات بسرعة.

5. تحريض الأشعة تحت الحمراء

مفتاح الحث بالأشعة تحت الحمراء هو مفتاح تحكم أوتوماتيكي يعتمد على تقنية الحث بالأشعة تحت الحمراء. إنها تدرك وظيفة التحكم الآلي الخاصة بها عن طريق استشعار حرارة الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من العالم الخارجي. يمكنه فتح المصابيح والأبواب الأوتوماتيكية وأجهزة إنذار ضد السرقة وغيرها من المعدات الكهربائية بسرعة.

من خلال عدسة فريسنل لمستشعر الأشعة تحت الحمراء، يمكن استشعار ضوء الأشعة تحت الحمراء المتناثر المنبعث من جسم الإنسان عن طريق المفتاح، وذلك لتحقيق وظائف التحكم الآلي المختلفة مثل تشغيل الضوء. في السنوات الأخيرة، مع شعبية المنزل الذكي، تم استخدام الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء أيضًا في صناديق القمامة الذكية والمراحيض الذكية ومفاتيح الإيماءات الذكية والأبواب الحثية وغيرها من المنتجات الذكية. لا يقتصر الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء على استشعار الأشخاص فحسب، بل يتم تحديثه باستمرار لتحقيق المزيد من الوظائف.

خاتمة

في السنوات الأخيرة، تطورت صناعة إنترنت الأشياء بسرعة ولديها آفاق سوق واسعة. وفي هذا السياق، كان سوق أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء أيضا مزيدا من النمو. ولذلك، يستمر حجم سوق كاشف الأشعة تحت الحمراء في الصين في النمو. وفقًا للبيانات، في عام 2019، بلغ حجم سوق كاشف الأشعة تحت الحمراء في الصين ما يقرب من 400 مليون يوان، بحلول عام 2020 أو ما يقرب من 500 مليون يوان. إلى جانب الطلب على قياس درجة حرارة الوباء بالأشعة تحت الحمراء وتحييد الكربون للكشف عن غاز الأشعة تحت الحمراء، سيكون حجم سوق أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء ضخمًا في المستقبل.