سنسور دمای مادون قرمز: اصل، ویژگی‌ها و کاربرد

آشنایی با سنسور دمای مادون قرمز
حسگر دمای مادون قرمز یک حسگر غیر تماسی است که از انرژی تابش مادون قرمز آزاد شده توسط یک جسم برای اندازه‌گیری دمای سطح آن استفاده می‌کند. اصل اساسی آن بر اساس قانون استفان-بولتزمن است: تمام اجسامی که دمایی بالاتر از صفر مطلق دارند، پرتوهای مادون قرمز تابش می‌کنند و شدت تابش متناسب با توان چهارم دمای سطح جسم است. این حسگر، تابش مادون قرمز دریافتی را از طریق یک آشکارساز ترموپیل یا پیروالکتریک داخلی به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند و سپس مقدار دما را از طریق یک الگوریتم محاسبه می‌کند.

ویژگی‌های فنی:
اندازه‌گیری غیر تماسی: نیازی به تماس با جسم مورد اندازه‌گیری نیست و از آلودگی یا تداخل با دمای بالا و اهداف متحرک جلوگیری می‌کند.

سرعت پاسخ سریع: پاسخ در حد میلی‌ثانیه، مناسب برای پایش پویای دما.

طیف وسیع: پوشش معمول -50℃ تا 3000℃ (مدل‌های مختلف تفاوت زیادی با هم دارند).

سازگاری قوی: می‌تواند در خلاء، محیط خورنده یا سناریوهای تداخل الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار گیرد.

شاخص‌های فنی اصلی
دقت اندازه‌گیری: ±۱٪ یا ±۱.۵ درجه سانتیگراد (دقت اندازه‌گیری در مدل‌های صنعتی پیشرفته می‌تواند به ±۰.۳ درجه سانتیگراد برسد)

تنظیم میزان انتشار: پشتیبانی از 0.1 تا 1.0 قابل تنظیم (کالیبره شده برای سطوح مختلف مواد)

وضوح نوری: به عنوان مثال، 30:1 به این معنی است که می‌توان مساحتی به قطر 1 سانتی‌متر را از فاصله 30 سانتی‌متر اندازه‌گیری کرد.

طول موج پاسخ: متداول ۸ تا ۱۴ میکرومتر (مناسب برای اشیاء در دمای معمولی)، نوع موج کوتاه برای تشخیص دمای بالا استفاده می‌شود

موارد کاربرد معمول
۱. نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه تجهیزات صنعتی
یک تولیدکننده خودرو، حسگرهای آرایه مادون قرمز MLX90614 را در یاتاقان‌های موتور نصب کرد و با نظارت مداوم بر تغییرات دمای یاتاقان و ترکیب الگوریتم‌های هوش مصنوعی، عیوب را پیش‌بینی کرد. داده‌های عملی نشان می‌دهد که هشدار در مورد خرابی‌های ناشی از گرمای بیش از حد یاتاقان، ۷۲ ساعت قبل از شروع کار، می‌تواند ضررهای ناشی از خرابی ناشی از خرابی را سالانه ۲۳۰،۰۰۰ دلار آمریکا کاهش دهد.

۲. سیستم غربالگری دمای پزشکی
در طول همه‌گیری کووید-۱۹ در سال ۲۰۲۰، دوربین‌های حرارتی سری FLIR T در ورودی اورژانس بیمارستان‌ها مستقر شدند و غربالگری دمای غیرطبیعی ۲۰ نفر در ثانیه را با خطای اندازه‌گیری دما ≤۰.۳ درجه سانتیگراد انجام دادند و با فناوری تشخیص چهره ترکیب شدند تا ردیابی مسیر پرسنل با دمای غیرطبیعی را محقق کنند.

۳. کنترل هوشمند دمای لوازم خانگی
این اجاق القایی پیشرفته، حسگر مادون قرمز Melexis MLX90621 را برای نظارت بر توزیع دمای کف قابلمه به صورت بلادرنگ در خود جای داده است. هنگامی که گرمای بیش از حد موضعی (مانند سوختن کامل) تشخیص داده شود، قدرت به طور خودکار کاهش می‌یابد. در مقایسه با راه‌حل سنتی ترموکوپل، سرعت پاسخ کنترل دما 5 برابر افزایش می‌یابد.

۴. سیستم آبیاری دقیق کشاورزی
مزرعه‌ای در اسرائیل از دوربین حرارتی مادون قرمز Heimann HTPA32x32 برای نظارت بر دمای سایبان محصول و ساخت مدل تعرق بر اساس پارامترهای محیطی استفاده می‌کند. این سیستم به طور خودکار حجم آبیاری قطره‌ای را تنظیم می‌کند و 38 درصد در مصرف آب تاکستان صرفه‌جویی می‌کند و در عین حال تولید را 15 درصد افزایش می‌دهد.

۵. نظارت آنلاین بر سیستم‌های قدرت
شرکت برق ایالتی (State Grid) دماسنج‌های مادون قرمز آنلاین سری Optris PI را در پست‌های برق فشار قوی مستقر می‌کند تا دمای قطعات کلیدی مانند اتصالات باسبار و عایق‌ها را به صورت ۲۴ ساعته رصد کند. در سال ۲۰۲۲، یک پست برق با موفقیت تماس ضعیف جداکننده‌های ۱۱۰ کیلوولت را هشدار داد و از قطع برق منطقه‌ای جلوگیری کرد.

روندهای توسعه نوآورانه
فناوری همجوشی چند طیفی: اندازه‌گیری دمای مادون قرمز را با تصاویر نور مرئی ترکیب می‌کند تا قابلیت‌های تشخیص هدف را در سناریوهای پیچیده بهبود بخشد.

تجزیه و تحلیل میدان دمایی هوش مصنوعی: تجزیه و تحلیل ویژگی‌های توزیع دما بر اساس یادگیری عمیق، مانند برچسب‌گذاری خودکار نواحی التهابی در حوزه پزشکی

کوچک‌سازی MEMS: حسگر AS6221 که توسط AMS عرضه شده است، تنها ۱.۵×۱.۵ میلی‌متر اندازه دارد و می‌تواند در ساعت‌های هوشمند برای نظارت بر دمای پوست تعبیه شود.

ادغام اینترنت اشیا بی‌سیم: گره‌های اندازه‌گیری دمای مادون قرمز پروتکل LoRaWAN به نظارت از راه دور در سطح کیلومتر دست می‌یابند که برای نظارت بر خطوط لوله نفت مناسب است.

پیشنهادهای انتخاب
خط فرآوری مواد غذایی: مدل‌هایی با سطح حفاظت IP67 و زمان پاسخگویی <100ms را در اولویت قرار دهید

تحقیقات آزمایشگاهی: به وضوح دمای 0.01 درجه سانتیگراد و رابط خروجی داده (مانند USB/I2C) توجه کنید.

کاربردهای حفاظت در برابر آتش: انتخاب حسگرهای ضد انفجار با برد بیش از ۶۰۰ درجه سانتیگراد، مجهز به فیلترهای نفوذ دود

با رواج فناوری‌های 5G و محاسبات لبه‌ای، حسگرهای دمای مادون قرمز از ابزارهای اندازه‌گیری تکی به گره‌های حسگر هوشمند در حال توسعه هستند و پتانسیل کاربرد بیشتری را در زمینه‌هایی مانند صنعت 4.0 و شهرهای هوشمند نشان می‌دهند.