Cảm biến hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại là một cảm biến có thể cảm nhận được các tia hồng ngoại do mục tiêu bức xạ và sử dụng các đặc tính vật lý của tia hồng ngoại để đo. Theo cơ chế phát hiện, nó có thể được chia thành máy dò photon và máy dò nhiệt . Công nghệ cảm biến hồng ngoại đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ hiện đại, quốc phòng, công nghiệp và nông nghiệp.

Cảm biến hồng ngoại là cảm biến sử dụng tia hồng ngoại để xử lý dữ liệu, có ưu điểm là độ nhạy cao, cảm biến hồng ngoại có thể điều khiển hoạt động của thiết bị truyền động.

Tổng quan cơ bản

Công nghệ hồng ngoại đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đo tốc độ và nhiều sản phẩm đã sử dụng công nghệ hồng ngoại để đo và phát hiện tốc độ xe. Khi tia hồng ngoại được sử dụng trong lĩnh vực đo tốc độ, điều khó khắc phục nhất là sự can thiệp từ các nguồn sáng khác nhau có chứa tia hồng ngoại như ánh sáng mặt trời mạnh.

Sự giao thoa của các nguồn ánh sáng bên ngoài đã trở thành nút thắt cổ chai cho ứng dụng của tia hồng ngoại trong lĩnh vực này. Để giải quyết vấn đề này, một sơ đồ thiết kế của cảm biến đo tốc độ hồng ngoại được đề xuất ở đây, có thể hỗ trợ kỹ thuật cho phép đo đa điểm tốc độ tức thời và gia tốc giai đoạn, và có thể được sử dụng trong sản xuất công nghiệp như đo tốc độ đường và dỡ hàng dây chuyền sản xuất cân tốc độ.liên kết tốc độ.

Công nghệ hồng ngoại đã được nhiều người biết đến và công nghệ này đã được sử dụng rộng rãi trong công nghệ hiện đại, công nghệ quốc phòng, công nghệ công nông nghiệp và các lĩnh vực khác. Hệ thống cảm biến hồng ngoại là một hệ thống đo lường sử dụng tia hồng ngoại làm phương tiện, có thể được chia thành năm loại theo chức năng:

(1) máy đo bức xạ, được sử dụng để đo bức xạ và quang phổ;

(2) hệ thống tìm kiếm và theo dõi, được sử dụng để tìm kiếm và theo dõi các mục tiêu hồng ngoại, xác định vị trí không gian của nó và chuyển động của nó được theo dõi

(3) hệ thống hình ảnh nhiệt, có thể tạo ra hình ảnh phân bố bức xạ hồng ngoại của toàn bộ mục tiêu

(4) hệ thống liên lạc và phạm vi hồng ngoại

(5) hệ thống kết hợp, trong đó đề cập đến các hệ thống khác nhau ở trên Một sự kết hợp của hai hoặc nhiều trong số chúng.

Cảm biến hồng ngoại có thể được chia thành máy dò photon (dựa trên hiệu ứng quang điện ) và máy dò nhiệt (dựa trên hiệu ứng nhiệt) theo cơ chế phát hiện.

Một cảm biến cửa tự động sử dụng các tính chất vật lý của tia hồng ngoại để thực hiện các phép đo. Tia hồng ngoại hay còn gọi là tia hồng ngoại có các tính chất như phản xạ, khúc xạ, tán xạ, giao thoa và hấp thụ. Bất kỳ chất nào, miễn là có nhiệt độ nhất định (trên độ không tuyệt đối), đều có thể phát ra tia hồng ngoại.

Cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc trực tiếp với đối tượng đo trong quá trình đo, do đó không có ma sát và có ưu điểm là độ nhạy cao và phản hồi nhanh.

Cảm biến hồng ngoại bao gồm hệ thống quang học, bộ phận phát hiện và mạch chuyển đổi. Hệ thống quang học có thể được chia thành hai loại: truyền qua và phản xạ theo cấu trúc của chúng.

Theo nguyên tắc làm việc, phần tử phát hiện có thể được chia thành phần tử phát hiện nhiệt và phần tử phát hiện quang điện. Thermistors là thành phần nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất. Khi nhiệt điện trở tiếp xúc với bức xạ hồng ngoại, nhiệt độ tăng lên và điện trở thay đổi (sự thay đổi này có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn, vì nhiệt điện trở có thể được chia thành nhiệt điện trở hệ số nhiệt độ dương và nhiệt điện trở hệ số nhiệt độ âm ), Nó trở thành đầu ra tín hiệu điện thông qua một mạch chuyển đổi.

Các phần tử cảm quang thường được sử dụng trong các phần tử phát hiện quang điện , thường được làm bằng các vật liệu như chì sulfua, chì selenua, indi arsenua , antimon arsenua, hợp kim ternary cadmium Telluride thủy ngân , pha tạp gecmani và silic.

Cảm biến hồng ngoại thường được sử dụng trong phép đo nhiệt độ không tiếp xúc, phân tích thành phần khí và phát hiện lỗ hổng không phá hủy, đồng thời được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như y học, quân sự, công nghệ vũ trụ và kỹ thuật môi trường.

Ví dụ, sử dụng cảm biến hồng ngoại để đo nhiệt độ bề mặt cơ thể con người từ khoảng cách xa, bạn có thể phát hiện ra nhiệt độ bất thường và chẩn đoán và điều trị bệnh kịp thời (xem thiết bị chụp ảnh nhiệt ); dự báo thời tiết quy mô lớn; việc sử dụng của các cảm biến hồng ngoại có thể phát hiện được tình trạng quá nhiệt của động cơ chạy trên máy bay, v.v.

Kính viễn vọng có cảm biến hồng ngoại có thể được sử dụng trong các hoạt động quân sự, chiến tranh trong rừng để phát hiện kẻ thù trong rừng rậm và chiến tranh đô thị để phát hiện kẻ thù sau bức tường, tất cả những điều trên đều sử dụng cảm biến hồng ngoại để đo nhiệt độ bề mặt cơ thể con người để biết vị trí của kẻ thù.

Ví dụ

Báo động có thể phát hiện các tia hồng ngoại do cơ thể con người phát ra, khi có người đi vào khu vực giám sát của báo động sẽ phát ra âm thanh báo động, thích hợp để báo động chống trộm ở những nơi quan trọng như nhà ở, văn phòng, nhà kho và phòng thí nghiệm.

Nó bao gồm một cảm biến hồng ngoại, mạch khuếch đại tín hiệu, bộ so sánh điện áp , mạch trễ và mạch cảnh báo âm thanh. Khi cảm biến phát hiện hồng ngoại IC1 phát hiện tín hiệu hồng ngoại do cơ thể người phía trước phát ra, chân ② của IC1 sẽ tạo ra tín hiệu điện yếu, tín hiệu này được khuếch đại bởi mạch khuếch đại giai đoạn đầu bao gồm triode VT1, v.v., sau đó đưa vào. đến bộ khuếch đại hoạt động IC2 thông qua C2 để đạt được mức tăng cao.

Khuếch đại nhiễu thấp, tại thời điểm này tín hiệu đầu ra bằng chân IC2 đủ mạnh. IC3 được sử dụng làm bộ so sánh điện áp và chân của nó được cung cấp điện áp tham chiếu bởi R10 và VD1. Khi tín hiệu điện áp đầu ra từ chân của IC2 đến chân của IC3, điện áp của hai đầu vào được so sánh.

Tại thời điểm này , Chân IC3 được thay đổi từ mức Cao ban đầu trở thành mức thấp. IC4 là mạch trễ cảnh báo, R14 và C6 tạo thành mạch trễ và thời gian của nó là khoảng 1 phút. Khi chân của IC3 ở mức thấp, C6 sẽ phóng điện qua VD2 và chân của IC4 lúc này ở mức thấp. Nó được so sánh với điện áp tham chiếu của chân của IC4.

Khi nó thấp hơn điện áp tham chiếu của nó, của IC4 Chân trở thành mức cao, VT2 được bật và âm thanh BL được bật để phát ra âm thanh báo động. Sau khi tín hiệu hồng ngoại của cơ thể con người biến mất, chân của IC3 tiếp tục đầu ra mức cao và VD2 bị cắt tại thời điểm này. Vì điện áp ở cả hai đầu của C6 không thể thay đổi đột ngột, hãy sạc C6 từ từ qua R14. Khi điện áp ở hai đầu của C6 cao hơn điện áp tham chiếu, chân của IC4 trở thành mức thấp trong khoảng 1 phút, tức là báo động kéo dài trong 1 phút. .

Ứng dụng

Phát hiện

Cảm biến sử dụng đặc tính là tia hồng ngoại rất nhạy cảm với ngọn lửa, sử dụng ống thu hồng ngoại đặc biệt để phát hiện ngọn lửa, sau đó chuyển đổi độ sáng của ngọn lửa thành tín hiệu mức cao và thấp , được đưa vào bộ xử lý trung tâm và đơn vị xử lý trung tâm theo các thay đổi tín hiệu Thực hiện các thủ tục tương ứng.

Cảm biến có thể phát hiện ánh sáng hồng ngoại có bước sóng trong khoảng từ 700 nanomet đến 1000 nanomet và góc phát hiện là 60°, đồng thời độ nhạy của bước sóng ánh sáng hồng ngoại đạt mức tối đa khi bước sóng vào khoảng 880 nanomet.

Đầu dò ngọn lửa hồng ngoại xa chuyển đổi sự thay đổi cường độ của ánh sáng hồng ngoại bên ngoài thành sự thay đổi của dòng điện, được phản ánh là sự thay đổi giá trị trong phạm vi 0-255 thông qua bộ chuyển đổi A/D. Ánh sáng hồng ngoại bên ngoài càng mạnh thì giá trị càng nhỏ; ánh sáng hồng ngoại càng yếu thì giá trị càng lớn.

Cảm biến phạm vi hồng ngoại sử dụng nguyên tắc cường độ phản xạ của tín hiệu hồng ngoại ở các khoảng cách khác nhau so với chướng ngại vật cũng khác nhau và phát hiện khoảng cách của chướng ngại vật.

Cảm biến phạm vi hồng ngoại có một cặp điốt phát và nhận tín hiệu hồng ngoại. Ống phát ra tín hiệu hồng ngoại của một tần số cụ thể và ống thu nhận tín hiệu hồng ngoại của tần số này. Khi hướng phát hiện tia hồng ngoại gặp chướng ngại vật, tia hồng ngoại sẽ tín hiệu được phản xạ trở lại và được nhận.

Sau khi được ống nhận và xử lý, nó được đưa trở lại máy chủ của bộ xử lý trung tâm thông qua giao diện cảm biến kỹ thuật số và bộ xử lý trung tâm có thể sử dụng tín hiệu phản hồi hồng ngoại để xác định các thay đổi trong môi trường xung quanh.

Nhiệt kế hồng ngoại

Thành phần của nhiệt kế hồng ngoại chủ yếu bao gồm hệ thống quang học, bộ điều biến , bộ khuếch đại cảm biến hồng ngoại và chỉ báo. Cảm biến hồng ngoại là một thiết bị nhận bức xạ mục tiêu và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện.

Nguyên tắc làm việc

Mục tiêu được kiểm tra

Hệ thống hồng ngoại có thể được thiết lập theo đặc điểm bức xạ hồng ngoại của mục tiêu cần đo.

Suy giảm khí quyển

Khi bức xạ hồng ngoại của mục tiêu được đo đi qua bầu khí quyển của trái đất , bức xạ hồng ngoại do nguồn hồng ngoại phát ra sẽ bị suy giảm do sự tán xạ và hấp thụ của các phân tử khí, các loại khí và các hạt sol khác nhau.

Máy thu quang

Nó nhận một phần bức xạ hồng ngoại của mục tiêu và truyền nó đến cảm biến hồng ngoại. Tương đương với ăng-ten radar , thường được sử dụng làm vật kính.

Bộ điều chế bức xạ

Bức xạ từ mục tiêu cần đo được điều chế thành ánh sáng bức xạ xen kẽ, cung cấp thông tin định hướng mục tiêu và có thể lọc các tín hiệu nhiễu diện rộng. Còn được gọi là đĩa điều chế và bộ băm nhỏ , nó có nhiều cấu hình khác nhau.

Máy dò hồng ngoại

Đây là trái tim của hệ thống hồng ngoại. Nó là một cảm biến phát hiện bức xạ hồng ngoại bằng cách sử dụng hiệu ứng vật lý do tương tác giữa bức xạ hồng ngoại và vật chất, và trong hầu hết các trường hợp, nó sử dụng hiệu ứng điện do tương tác này tạo ra. Các máy dò như vậy có thể được chia thành hai loại: máy dò photon và máy dò nhạy nhiệt.

Bộ làm mát máy dò

Vì một số máy dò phải làm việc ở nhiệt độ cao nên các hệ thống tương ứng phải có thiết bị làm lạnh. Sau khi làm mát, thiết bị có thể rút ngắn thời gian phản hồi và cải thiện độ nhạy phát hiện.

Hệ thống xử lý tín hiệu

Các tín hiệu được phát hiện được khuếch đại, lọc và thông tin được trích xuất từ ​​các tín hiệu này. Thông tin này sau đó được chuyển đổi thành định dạng cần thiết và cuối cùng được gửi đến thiết bị điều khiển hoặc màn hình.

Màn hình hiển thị

Đây là thiết bị đầu cuối cho các thiết bị hồng ngoại. Các màn hình thường được sử dụng bao gồm máy hiện sóng , ống hình ảnh , vật liệu nhạy cảm với tia hồng ngoại , dụng cụ chỉ báo và máy ghi âm .

Theo quy trình trên, hệ thống hồng ngoại có thể hoàn thành phép đo đại lượng vật lý tương ứng. Cốt lõi của hệ thống hồng ngoại là máy dò hồng ngoại, có thể được chia thành máy dò nhiệt và máy dò photon theo cơ chế phát hiện. Hãy lấy đầu báo nhiệt làm ví dụ để phân tích nguyên lý hoạt động của đầu báo.

Máy dò nhiệt sử dụng hiệu ứng nhiệt bức xạ để làm cho nhiệt độ của phần tử phát hiện tăng lên sau khi nhận được năng lượng bức xạ, do đó làm cho hiệu suất phụ thuộc vào nhiệt độ của máy dò thay đổi. Bằng cách phát hiện sự thay đổi của một trong những tính chất này, bức xạ có thể được phát hiện.

Trong hầu hết các trường hợp, bức xạ được phát hiện bằng phương pháp thay đổi nhiệt điện. Khi phần tử nhận được bức xạ và gây ra những thay đổi vật lý phi điện, sự thay đổi lượng điện tương ứng có thể được đo sau khi biến đổi thích hợp.

Cảm biến hồng ngoại đã đóng một vai trò to lớn trong thực tiễn sản xuất hiện đại.Với sự cải tiến của thiết bị phát hiện và các bộ phận khác của công nghệ, cảm biến hồng ngoại có thể có hiệu suất cao hơn và độ nhạy tốt hơn.

Lưu ý sử dụng

Cảm biến hồng ngoại là bộ phận rất quan trọng trong hệ thống phát hiện tia hồng ngoại nhưng lại rất tinh vi, nếu trong quá trình sử dụng bạn không chú ý có thể gây hỏng cảm biến hồng ngoại. Do đó, cảm biến hồng ngoại nên chú ý đến các điểm sau khi sử dụng:

(1) Trước tiên, bạn phải chú ý hiểu các chỉ số hiệu suất và phạm vi ứng dụng của cảm biến hồng ngoại, đồng thời nắm vững các điều kiện sử dụng của nó.

(2) Phải chú ý đến nhiệt độ làm việc của cảm biến, nói chung nên chọn cảm biến hồng ngoại có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng để dễ bảo trì.

(3) Điều chỉnh đúng điểm làm việc của cảm biến hồng ngoại. Nói chung, các cảm biến có một điểm hoạt động tối ưu. Chỉ khi làm việc ở điểm làm việc tối ưu thì tỷ số tín hiệu trên tạp âm của cảm biến hồng ngoại mới lớn nhất.

(4) Chọn bộ tiền khuếch đại thích hợp để phối hợp với cảm biến hồng ngoại để đạt được hiệu quả phát hiện tốt nhất.

(5) Tần số điều biến phù hợp với đáp ứng tần số của cảm biến hồng ngoại.

(6) Không được chạm hoặc chà xát phần quang học của cảm biến để tránh hư hỏng và nhiễm bẩn.

(7) Chú ý chống ẩm, chống rung và chống ăn mòn khi bảo quản cảm biến.

Công ty TNHH thiết bị tự động HI-TECH

Các tin khác