I sensori a infrarossi non sono solo termometri

Fonte: Ulink Media

Nell'era post-epidemia, crediamo che i sensori a infrarossi siano indispensabili ogni giorno. Durante gli spostamenti, dobbiamo sottoporci ripetutamente alla misurazione della temperatura prima di poter raggiungere la nostra destinazione. La misurazione della temperatura con un gran numero di sensori a infrarossi, infatti, svolge molti ruoli importanti. Diamo ora un'occhiata più da vicino al sensore a infrarossi.

Introduzione ai sensori a infrarossi

Qualsiasi temperatura superiore allo zero assoluto (-273 °C) emette costantemente energia infrarossa nello spazio circostante, per così dire. Un sensore a infrarossi è in grado di percepire l'energia infrarossa dell'oggetto e convertirla in componenti elettrici. Un sensore a infrarossi è costituito da un sistema ottico, un elemento di rilevamento e un circuito di conversione.

I sistemi ottici possono essere suddivisi in a trasmissione e a riflessione in base alla diversa struttura. La trasmissione richiede due componenti, uno che trasmette l'infrarosso e uno che lo riceve. Il riflettore, invece, necessita di un solo sensore per raccogliere le informazioni desiderate.

Gli elementi di rilevamento possono essere suddivisi in elementi di rilevamento termici ed elementi di rilevamento fotoelettrici in base al principio di funzionamento. I termistori sono i termistori più ampiamente utilizzati. Quando il termistore è esposto a radiazioni infrarosse, la temperatura aumenta e la resistenza varia (questa variazione può essere maggiore o minore, poiché il termistore può essere suddiviso in termistori a coefficiente di temperatura positivo e termistori a coefficiente di temperatura negativo), che possono essere convertiti in un segnale elettrico in uscita attraverso il circuito di conversione. Gli elementi di rilevamento fotoelettrici sono comunemente utilizzati come elementi fotosensibili, solitamente realizzati in solfuro di piombo, seleniuro di piombo, arseniuro di indio, arseniuro di antimonio, lega ternaria di tellururo di mercurio e cadmio, materiali drogati con germanio e silicio.

In base ai diversi circuiti di elaborazione e conversione del segnale, i sensori a infrarossi possono essere suddivisi in analogici e digitali. Il circuito di elaborazione del segnale del sensore piroelettrico a infrarossi analogico è un tubo a effetto di campo, mentre il circuito di elaborazione del segnale del sensore piroelettrico a infrarossi digitale è un chip digitale.

Molte funzioni dei sensori a infrarossi sono realizzate attraverso diverse permutazioni e combinazioni di tre componenti sensibili: sistema ottico, elemento di rilevamento e circuito di conversione. Diamo un'occhiata ad altri ambiti in cui i sensori a infrarossi hanno fatto la differenza.

Applicazione del sensore a infrarossi

1. Rilevamento del gas

Il principio ottico a infrarossi del sensore di gas è un tipo di sensore basato sulle caratteristiche di assorbimento selettivo spettrale nel vicino infrarosso di diverse molecole di gas, sull'uso della concentrazione del gas e della relazione tra la forza di assorbimento (legge di Lambert-Bill Lambert Beer) per identificare e determinare la concentrazione del componente gassoso del dispositivo di rilevamento del gas.

I sensori a infrarossi possono essere utilizzati per ottenere la mappa di analisi infrarossa, come mostrato nella figura sopra. Le molecole composte da atomi diversi subiranno un assorbimento infrarosso sotto l'irradiazione di luce infrarossa alla stessa frequenza, con conseguenti variazioni nell'intensità della luce infrarossa. In base ai diversi picchi d'onda, è possibile determinare i tipi di gas contenuti nella miscela.

In base alla posizione di un singolo picco di assorbimento infrarosso, è possibile determinare solo quali gruppi sono presenti nella molecola del gas. Per determinare con precisione il tipo di gas, è necessario osservare le posizioni di tutti i picchi di assorbimento nella regione del medio infrarosso del gas, ovvero l'impronta digitale di assorbimento infrarosso del gas. Con lo spettro infrarosso, il contenuto di ciascun gas nella miscela può essere analizzato rapidamente.

I sensori di gas a infrarossi sono ampiamente utilizzati nell'industria petrolchimica e metallurgica, nelle condizioni di lavoro nell'industria mineraria, nel monitoraggio dell'inquinamento atmosferico e nel rilevamento correlato alla neutralizzazione del carbonio, in agricoltura e in altri settori. Attualmente, i laser a medio infrarosso sono costosi. Credo che in futuro, con un gran numero di settori che utilizzano sensori a infrarossi per rilevare i gas, questi sensori diventeranno sempre più efficienti ed economici.

2. Misuratore di distanza a infrarossi

Il sensore di distanza a infrarossi è un tipo di dispositivo di rilevamento che utilizza gli infrarossi come mezzo di misura, ha un ampio intervallo di misurazione e tempi di risposta brevi ed è utilizzato principalmente nella scienza e nella tecnologia moderne, nella difesa nazionale e nei settori industriale e agricolo.

Il sensore di distanza a infrarossi è dotato di una coppia di diodi di trasmissione e ricezione del segnale a infrarossi; il sensore di distanza a infrarossi emette un fascio di luce infrarossa, che forma un processo di riflessione dopo l'irradiazione sull'oggetto, riflette il segnale verso il sensore dopo la ricezione e, utilizzando l'elaborazione delle immagini CCD, trasmette e riceve i dati relativi alla differenza temporale. La distanza dell'oggetto viene calcolata dopo l'elaborazione da parte del processore di segnale. Può essere utilizzato non solo su superfici naturali, ma anche su pannelli riflettenti. Misurazione della distanza, risposta ad alta frequenza, adatto per ambienti industriali difficili.

3. La trasmissione a infrarossi

Anche la trasmissione di dati tramite sensori a infrarossi è ampiamente utilizzata. Il telecomando della TV utilizza segnali di trasmissione a infrarossi per controllare a distanza il televisore; i telefoni cellulari possono trasmettere dati tramite infrarossi. Queste sono applicazioni che esistono fin dagli albori della tecnologia a infrarossi.

4. Immagine termica a infrarossi

La termocamera è un sensore passivo in grado di catturare la radiazione infrarossa emessa da tutti gli oggetti la cui temperatura è superiore allo zero assoluto. La termocamera è stata originariamente sviluppata come strumento di sorveglianza militare e di visione notturna, ma con la sua diffusione il prezzo è diminuito, ampliando notevolmente il campo di applicazione. Le applicazioni della termocamera includono applicazioni animali, agricole, edili, di rilevamento di gas, industriali e militari, nonché di rilevamento, tracciamento e identificazione di persone. Negli ultimi anni, l'immagine termica a infrarossi è stata utilizzata in molti luoghi pubblici per misurare rapidamente la temperatura dei prodotti.

5. Induzione infrarossa

L'interruttore a induzione a infrarossi è un interruttore di controllo automatico basato sulla tecnologia a induzione a infrarossi. Realizza la sua funzione di controllo automatico rilevando il calore infrarosso emesso dall'ambiente esterno. Può aprire rapidamente lampade, porte automatiche, allarmi antifurto e altre apparecchiature elettriche.

Attraverso la lente di Fresnel del sensore a infrarossi, la luce infrarossa diffusa emessa dal corpo umano può essere rilevata dall'interruttore, in modo da realizzare diverse funzioni di controllo automatico, come l'accensione della luce. Negli ultimi anni, con la diffusione della smart home, il rilevamento a infrarossi è stato utilizzato anche in cestini della spazzatura intelligenti, servizi igienici intelligenti, interruttori gestuali intelligenti, porte a induzione e altri prodotti intelligenti. Il rilevamento a infrarossi non si limita a rilevare le persone, ma viene costantemente aggiornato per offrire sempre più funzioni.

Conclusione

Negli ultimi anni, il settore dell'Internet of Things si è sviluppato rapidamente e offre ampie prospettive di mercato. In questo contesto, anche il mercato dei sensori a infrarossi ha registrato un'ulteriore crescita. Pertanto, il mercato cinese dei rilevatori a infrarossi continua a crescere. Secondo i dati, nel 2019 il mercato cinese dei rilevatori a infrarossi ammontava a quasi 400 milioni di yuan, mentre entro il 2020 arriverà a quasi 500 milioni di yuan. Se a ciò si aggiunge la domanda di misurazione della temperatura a infrarossi per le epidemie e la neutralizzazione del carbonio per il rilevamento di gas a infrarossi, le dimensioni del mercato dei sensori a infrarossi saranno enormi in futuro.