Lähde: Ulink Media
Epidemian jälkeisenä aikana uskomme, että infrapuna-anturit ovat välttämättömiä joka päivä. Työmatkalla meidän on mitattava lämpötilaa yhä uudelleen ja uudelleen ennen kuin pääsemme määränpäähämme. Lämpötilan mittauksessa, jossa on paljon infrapuna-antureita, on itse asiassa monia tärkeitä rooleja. Seuraavaksi tarkastellaan tarkemmin infrapuna-anturia.
Johdatus infrapuna-antureihin
Kaikki absoluuttisen nollapisteen (-273 °C) yläpuolella oleva lämpötila säteilee jatkuvasti infrapunaenergiaa ympäröivään tilaan, niin sanoakseni. Ja infrapuna-anturi pystyy aistimaan kohteen infrapunaenergian ja muuttamaan sen sähköisiksi komponenteiksi. Infrapuna-anturi koostuu optisesta järjestelmästä, ilmaisinelementistä ja muunnospiiristä.
Optinen järjestelmä voidaan jakaa läpäisevään ja heijastavaan tyyppiin eri rakenteen mukaan. Lähetys vaatii kaksi komponenttia, yhden infrapunaa lähettävän ja toisen vastaanottavan. Heijastin puolestaan tarvitsee vain yhden anturin halutun tiedon keräämiseen.
Ilmaisinelementti voidaan toimintaperiaatteen mukaan jakaa lämpöilmaisimeen ja valosähköiseen ilmaisimeen. Termistorit ovat yleisimmin käytettyjä termistoreita. Kun termistori altistetaan infrapunasäteilylle, lämpötila nousee ja resistanssi muuttuu (tämä muutos voi olla suurempi tai pienempi, koska termistorit voidaan jakaa positiivisen lämpötilakertoimen termistoriin ja negatiivisen lämpötilakertoimen termistoriin), mikä voidaan muuntaa sähköiseksi signaaliksi muunnospiirin avulla. Valosähköisiä ilmaisinelementtejä käytetään yleisesti valoherkkinä elementteinä, ja ne on yleensä valmistettu lyijysulfidista, lyijyselenidistä, indiumarsenidista, antimoniarsenidista, elohopea-kadmiumtelluridi-kolmikomponenttiseoksesta, germaniumista ja piillä seostetuista materiaaleista.
Infrapuna-anturit voidaan jakaa analogisiin ja digitaalisiin signaalinkäsittely- ja muunnospiirien mukaan. Analogisen pyroelektrisen infrapuna-anturin signaalinkäsittelypiiri on kenttäilmiöputki, kun taas digitaalisen pyroelektrisen infrapuna-anturin signaalinkäsittelypiiri on digitaalinen siru.
Monet infrapuna-anturin toiminnot toteutetaan kolmen herkän komponentin, optisen järjestelmän, ilmaisuelementin ja muunnospiirin, erilaisilla permutaatioilla ja yhdistelmillä. Tarkastellaanpa joitakin muita alueita, joilla infrapuna-anturit ovat tehneet eron.
Infrapuna-anturin käyttö
1. Kaasun havaitseminen
Infrapuna-optisen kaasuanturin periaate perustuu eri kaasumolekyylien lähi-infrapunaspektrin selektiivisiin absorptio-ominaisuuksiin. Kaasupitoisuuden ja absorptiovoimakkuuden suhteen (Lambert-Bill Lambert-Beer -laki) avulla voidaan tunnistaa ja määrittää kaasukomponenttien pitoisuus kaasuanturilaitteessa.
Infrapuna-antureilla voidaan saada infrapuna-analyysikartta, kuten yllä olevassa kuvassa on esitetty. Eri atomeista koostuvat molekyylit absorboituvat infrapunaan samalla taajuudella olevan infrapunavalon säteilytyksen alaisena, mikä johtaa infrapunavalon intensiteetin muutoksiin. Eri aallonpiikkien perusteella voidaan määrittää seoksen sisältämän kaasun tyypit.
Yksittäisen infrapuna-absorptiopiikin sijainnin perusteella voidaan määrittää vain kaasumolekyylissä olevat ryhmät. Kaasun tyypin tarkka määrittäminen edellyttää kaikkien absorptiopiikin sijaintia kaasun keski-infrapuna-alueella, eli kaasun infrapuna-absorptiosormenjälkeä. Infrapunaspektrin avulla voidaan analysoida nopeasti kunkin kaasun pitoisuus seoksessa.
Infrapunakaasuantureita käytetään laajalti petrokemian teollisuudessa, metallurgisessa teollisuudessa, kaivosteollisuudessa, ilmansaasteiden valvonnassa ja hiilidioksidin neutralointiin liittyvässä havaitsemisessa, maataloudessa ja muilla teollisuudenaloilla. Tällä hetkellä keski-infrapunalaserit ovat kalliita. Uskon, että tulevaisuudessa, kun suuri määrä teollisuudenaloja käyttää infrapunaantureita kaasun havaitsemiseen, infrapunakaasuantureista tulee entistä parempia ja halvempia.
2. Infrapunaetäisyysmittaus
Infrapuna-etäisyysanturi on eräänlainen anturilaite, joka käyttää infrapunaa mittausjärjestelmänä, jolla on laaja mittausalue ja lyhyt vasteaika. Sitä käytetään pääasiassa nykyaikaisessa tieteessä ja teknologiassa, maanpuolustuksessa sekä teollisuuden ja maatalouden aloilla.
Infrapunaetäisyysanturissa on pari infrapunasignaalia lähettäviä ja vastaanottavia diodeja. Infrapunaetäisyysanturi lähettää infrapunasäteen, joka heijastuu kohteeseen säteilyn jälkeen, heijastuu anturiin signaalin vastaanottamisen jälkeen ja sitten CCD-kuvankäsittelyn avulla vastaanottaa, lähettää ja vastaanottaa aikaerotiedot. Kohteen etäisyys lasketaan signaaliprosessorin käsittelyn jälkeen. Tätä voidaan käyttää paitsi luonnonpinnoilla myös heijastavilla paneeleilla. Etäisyyden mittaus, korkeataajuusvaste, sopii vaativiin teollisuusympäristöihin.
3. Infrapunalähetys
Tiedonsiirtoa infrapuna-antureiden avulla käytetään myös laajalti. Television kaukosäädin käyttää infrapunalähetyssignaaleja television etäohjaamiseen; matkapuhelimet voivat lähettää dataa infrapunan kautta. Nämä ovat sovelluksia, jotka ovat olleet olemassa infrapunatekniikan kehittämisestä lähtien.
4. Infrapunalämpökuva
Lämpökamera on passiivinen anturi, joka pystyy tallentamaan kaikkien absoluuttista nollapistettä korkeampien kohteiden lähettämän infrapunasäteilyn. Lämpökamera kehitettiin alun perin sotilaalliseksi valvonta- ja yönäkölaitteeksi, mutta sen käytön laajentuessa hinta laski, mikä laajensi sovellusaluetta huomattavasti. Lämpökameroiden sovelluksia ovat eläinten, maatalouden, rakennusten, kaasunilmaisimien, teollisuuden ja armeijan sovellukset sekä ihmisten havaitseminen, seuranta ja tunnistaminen. Viime vuosina infrapunalämpökuvaa on käytetty monissa julkisissa paikoissa tuotteiden lämpötilan nopeaan mittaamiseen.
5. Infrapunainduktio
Infrapuna-induktiokytkin on infrapunainduktiotekniikkaan perustuva automaattinen ohjauskytkin. Se toteuttaa automaattisen ohjaustoimintonsa aistimalla ulkomaailmasta säteilevän infrapunalämmön. Se voi avata nopeasti lamppuja, automaattiovia, varashälyttimiä ja muita sähkölaitteita.
Infrapuna-anturin Fresnel-linssin kautta kytkin voi havaita ihmiskehon lähettämän siroan infrapunavalon, jolloin voidaan toteuttaa erilaisia automaattisia ohjaustoimintoja, kuten valon sytyttäminen. Viime vuosina älykodin suosion myötä infrapunatunnistusta on käytetty myös älykkäissä roskakoreissa, älykkäissä WC:issä, älykkäissä elekytkimissä, induktio-ovissa ja muissa älytuotteissa. Infrapunatunnistus ei ole vain ihmisten tunnistamista, vaan sitä päivitetään jatkuvasti useampien toimintojen saavuttamiseksi.
Johtopäätös
Viime vuosina esineiden internetin toimiala on kehittynyt nopeasti ja sillä on laajat markkinanäkymät. Tässä yhteydessä myös infrapuna-anturimarkkinat ovat kasvaneet edelleen. Siksi Kiinan infrapunailmaisimien markkinat kasvavat edelleen. Tietojen mukaan Kiinan infrapunailmaisimien markkinoiden koko oli vuonna 2019 lähes 400 miljoonaa yuania ja vuonna 2020 lähes 500 miljoonaa yuania. Yhdessä epidemian aiheuttaman infrapunalämpötilan mittauksen ja hiilineutralisoinnin kysynnän kanssa infrapunakaasujen havaitsemisessa infrapuna-antureiden markkinat tulevat olemaan valtavat tulevaisuudessa.
Julkaisun aika: 16.5.2022