Giới thiệu và các loại cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoạilà việc sử dụng các đặc tính vật lý hồng ngoại để đo cảm biến. Hồng ngoại còn được gọi là ánh sáng hồng ngoại, nó có tính chất phản xạ, khúc xạ, tán xạ, giao thoa, hấp thụ và các tính chất khác. Bất kỳ chất nào có nhiệt độ nhất định (trên độ không tuyệt đối) đều có thể phát rabức xạ hồng ngoại. Đo cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc trực tiếp với vật đo nên không gây ma sát, có ưu điểm là độ nhạy cao, phản hồi nhanh.
Cảm biến hồng ngoại bao gồm hệ thống quang học, phần tử phát hiện và mạch chuyển đổi. Hệ thống quang học có thể được chia thành loại truyền và loại phản xạ theo cấu trúc khác nhau. Phần tử phát hiện có thể được chia thành phần tử phát hiện nhiệt và phần tử phát hiện quang điện theo nguyên lý làm việc. Điện trở nhiệt là loại điện trở nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất. Khi nhiệt điện trở chịu 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 kế hệ số nhiệt độ dương và nhiệt kế hệ số nhiệt độ âm), có thể chuyển đổi thành đầu ra tín hiệu điện thông qua mạch chuyển đổi. Các phần tử phát hiện quang điện thường được sử dụng làm phần tử cảm quang, thường được làm từ chì sunfua, chì selenua, indium arsenide, antimon arsenide, hợp kim ternary cadmium Telluride thủy ngân, vật liệu pha tạp gecmani và silicon.
Đặc biệt, cảm biến hồng ngoại tận dụng độ nhạy của dải hồng ngoại xa để kiểm tra thể chất con người, bước sóng hồng ngoại dài hơn ánh sáng khả kiến và ngắn hơn sóng vô tuyến. Tia hồng ngoại khiến người ta tưởng rằng nó chỉ được phát ra từ những vật nóng nhưng thực tế không phải vậy. Tất cả các vật thể tồn tại trong tự nhiên như con người, lửa, băng, v.v., đều phát ra tia hồng ngoại, nhưng bước sóng của chúng khác nhau do nhiệt độ của vật thể. Nhiệt độ cơ thể khoảng 36 ~ 37°C, phát ra tia hồng ngoại xa có giá trị cực đại là 9 ~ 10μm. Ngoài ra, vật được làm nóng đến 400 ~ 700°C có thể phát ra tia hồng ngoại tầm trung có giá trị cực đại từ 3 ~ 5μm.
Cáccảm biến hồng ngoạicó thể được chia thành các hành động của nó:
(1) Đường hồng ngoại được chuyển thành nhiệt và loại nhiệt của giá trị điện trở thay đổi và tín hiệu đầu ra như điện thế động sẽ bị loại bỏ bởi nhiệt.
(2) Hiệu ứng quang học của hiện tượng dịch chuyển chất bán dẫn và loại lượng tử của hiệu ứng thế quang điện do kết nối PN.
Hiện tượng nhiệt thường được gọi là hiệu ứng nhiệt nhiệt, trong đó tiêu biểu nhất là máy dò bức xạ (Thermal Bolometer), lò phản ứng nhiệt điện (Thermopile) và các phần tử nhiệt điện (Pyroelectric).
Ưu điểm của loại nhiệt là: có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng, không tồn tại sự phụ thuộc vào bước sóng (thay đổi cảm giác bước sóng khác nhau), giá thành rẻ;
Nhược điểm: độ nhạy thấp, phản hồi chậm (phổ mS).
Ưu điểm của loại lượng tử: độ nhạy cao, phản ứng nhanh (phổ S);
Nhược điểm: phải làm mát (nitơ lỏng), phụ thuộc bước sóng, giá thành cao;
Cảm biến hồng ngoại bao gồm hệ thống quang học, phần tử phát hiện và mạch chuyển đổi. Hệ thống quang học có thể được chia thành loại truyền và loại phản xạ theo cấu trúc khác nhau. Phần tử phát hiện có thể được chia thành phần tử phát hiện nhiệt và phần tử phát hiện quang điện theo nguyên lý làm việc. Điện trở nhiệt là loại điện trở nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất. Khi nhiệt điện trở chịu 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 kế hệ số nhiệt độ dương và nhiệt kế hệ số nhiệt độ âm), có thể chuyển đổi thành đầu ra tín hiệu điện thông qua mạch chuyển đổi. Các phần tử phát hiện quang điện thường được sử dụng làm phần tử cảm quang, thường được làm từ chì sunfua, chì selenua, indium arsenide, antimon arsenide, hợp kim ternary cadmium Telluride thủy ngân, vật liệu pha tạp gecmani và silicon.
Đặc biệt, cảm biến hồng ngoại tận dụng độ nhạy của dải hồng ngoại xa để kiểm tra thể chất con người, bước sóng hồng ngoại dài hơn ánh sáng khả kiến và ngắn hơn sóng vô tuyến. Tia hồng ngoại khiến người ta tưởng rằng nó chỉ được phát ra từ những vật nóng nhưng thực tế không phải vậy. Tất cả các vật thể tồn tại trong tự nhiên như con người, lửa, băng, v.v., đều phát ra tia hồng ngoại, nhưng bước sóng của chúng khác nhau do nhiệt độ của vật thể. Nhiệt độ cơ thể khoảng 36 ~ 37°C, phát ra tia hồng ngoại xa có giá trị cực đại là 9 ~ 10μm. Ngoài ra, vật được làm nóng đến 400 ~ 700°C có thể phát ra tia hồng ngoại tầm trung có giá trị cực đại từ 3 ~ 5μm.
Cáccảm biến hồng ngoạicó thể được chia thành các hành động của nó:
(1) Đường hồng ngoại được chuyển thành nhiệt và loại nhiệt của giá trị điện trở thay đổi và tín hiệu đầu ra như điện thế động sẽ bị loại bỏ bởi nhiệt.
(2) Hiệu ứng quang học của hiện tượng dịch chuyển chất bán dẫn và loại lượng tử của hiệu ứng thế quang điện do kết nối PN.
Hiện tượng nhiệt thường được gọi là hiệu ứng nhiệt nhiệt, trong đó tiêu biểu nhất là máy dò bức xạ (Thermal Bolometer), lò phản ứng nhiệt điện (Thermopile) và các phần tử nhiệt điện (Pyroelectric).
Ưu điểm của loại nhiệt là: có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng, không tồn tại sự phụ thuộc vào bước sóng (thay đổi cảm giác bước sóng khác nhau), giá thành rẻ;
Nhược điểm: độ nhạy thấp, phản hồi chậm (phổ mS).
Ưu điểm của loại lượng tử: độ nhạy cao, phản ứng nhanh (phổ S);
Nhược điểm: phải làm mát (nitơ lỏng), phụ thuộc bước sóng, giá thành cao;
