مقدمة وأنواع أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء
حساس الأشعة تحت الحمراءهو استخدام الخصائص الفيزيائية للأشعة تحت الحمراء لقياس المستشعر. الأشعة تحت الحمراء المعروفة أيضًا باسم ضوء الأشعة تحت الحمراء، لها خصائص الانعكاس والانكسار والتشتت والتداخل والامتصاص وغيرها من الخصائص. يمكن لأي مادة لها درجة حرارة معينة (أعلى من الصفر المطلق) أن تنبعث منهاالأشعة تحت الحمراء. لا يتصل قياس مستشعر الأشعة تحت الحمراء مباشرة بالجسم المقاس، لذلك لا يوجد احتكاك، وله مزايا الحساسية العالية والاستجابة السريعة.
يتضمن مستشعر الأشعة تحت الحمراء النظام البصري وعنصر الكشف ودائرة التحويل. يمكن تقسيم النظام البصري إلى نوع الإرسال ونوع الانعكاس وفقًا للبنية المختلفة. يمكن تقسيم عنصر الكشف إلى عنصر كشف حراري وعنصر كشف كهروضوئي وفقًا لمبدأ العمل. الثرمستورات هي الثرمستورات الأكثر استخدامًا. عندما يتعرض الثرمستور للأشعة تحت الحمراء، تزداد درجة الحرارة، وتتغير المقاومة (قد يكون هذا التغيير أكبر أو أصغر، لأنه يمكن تقسيم الثرمستور إلى ثيرمستور بمعامل درجة حرارة موجبة وثرمستور بمعامل درجة حرارة سالبة)، والتي يمكن تحويلها إلى خرج إشارة كهربائية من خلال دائرة التحويل . تُستخدم عناصر الكشف الكهروضوئية بشكل شائع كعناصر حساسة للضوء، وعادةً ما تكون مصنوعة من كبريتيد الرصاص، وسيلينيد الرصاص، وزرنيخيد الإنديوم، وزرنيخيد الأنتيمون، وسبائك تيلوريد الزئبق الثلاثية، والجرمانيوم، والمواد المخدرة بالسيليكون.
تستفيد أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء، على وجه الخصوص، من حساسية نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة للفحص الجسدي البشري، وتكون أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء أطول من الضوء المرئي وأقصر من موجات الراديو. الأشعة تحت الحمراء تجعل الناس يعتقدون أنها تنبعث فقط من الأجسام الساخنة، ولكن في الواقع الأمر ليس كذلك. جميع الكائنات الموجودة في الطبيعة، مثل الإنسان والنار والجليد وما إلى ذلك، جميعها تبعث الأشعة تحت الحمراء، ولكن طول موجتها يختلف بسبب درجة حرارة الجسم. درجة حرارة الجسم حوالي 36 ~ 37 درجة مئوية، والتي تنبعث منها أشعة تحت الحمراء البعيدة بقيمة ذروة تبلغ 9 ~ 10 ميكرومتر. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للجسم الذي يتم تسخينه إلى 400 ~ 700 درجة مئوية أن ينبعث من الأشعة تحت الحمراء المتوسطة بقيمة ذروة تبلغ 3 ~ 5μm.
الحساس الأشعة تحت الحمراءويمكن تقسيمها إلى أفعالها:
(1) يتم تحويل خط الأشعة تحت الحمراء إلى حرارة، ويتم إزالة نوع الحرارة لقيمة المقاومة المتغيرة وإشارة الخرج مثل الإمكانات الديناميكية الكهربائية بالحرارة.
(2) التأثير البصري لظاهرة هجرة أشباه الموصلات والنوع الكمي لتأثير الجهد الكهروضوئي بسبب اتصال PN.
تُعرف الظاهرة الحرارية عمومًا بالتأثير الحراري الحراري، وأكثرها تمثيلاً هي كاشف الإشعاع (Thermal Bolometer)، والمفاعل الكهروحراري (Thermopile)، والعناصر الكهروحرارية (Pyroelectric).
مزايا النوع الحراري هي: يمكن أن تعمل في درجة حرارة الغرفة، ولا يوجد اعتماد على الطول الموجي (تغيرات حسية مختلفة في الطول الموجي)، والتكلفة رخيصة؛
العيوب: حساسية منخفضة، استجابة بطيئة (الطيف مللي ثانية).
مزايا النوع الكمي: الحساسية العالية، الاستجابة السريعة (طيف S)؛
العيوب: يجب أن يبرد (النيتروجين السائل)، الاعتماد على الطول الموجي، السعر المرتفع؛
يتضمن مستشعر الأشعة تحت الحمراء النظام البصري وعنصر الكشف ودائرة التحويل. يمكن تقسيم النظام البصري إلى نوع الإرسال ونوع الانعكاس وفقًا للبنية المختلفة. يمكن تقسيم عنصر الكشف إلى عنصر كشف حراري وعنصر كشف كهروضوئي وفقًا لمبدأ العمل. الثرمستورات هي الثرمستورات الأكثر استخدامًا. عندما يتعرض الثرمستور للأشعة تحت الحمراء، تزداد درجة الحرارة، وتتغير المقاومة (قد يكون هذا التغيير أكبر أو أصغر، لأنه يمكن تقسيم الثرمستور إلى ثيرمستور بمعامل درجة حرارة موجبة وثرمستور بمعامل درجة حرارة سالبة)، والتي يمكن تحويلها إلى خرج إشارة كهربائية من خلال دائرة التحويل . تُستخدم عناصر الكشف الكهروضوئية بشكل شائع كعناصر حساسة للضوء، وعادةً ما تكون مصنوعة من كبريتيد الرصاص، وسيلينيد الرصاص، وزرنيخيد الإنديوم، وزرنيخيد الأنتيمون، وسبائك تيلوريد الزئبق الثلاثية، والجرمانيوم، والمواد المخدرة بالسيليكون.
تستفيد أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء، على وجه الخصوص، من حساسية نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة للفحص الجسدي البشري، وتكون أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء أطول من الضوء المرئي وأقصر من موجات الراديو. الأشعة تحت الحمراء تجعل الناس يعتقدون أنها تنبعث فقط من الأجسام الساخنة، ولكن في الواقع الأمر ليس كذلك. جميع الكائنات الموجودة في الطبيعة، مثل الإنسان والنار والجليد وما إلى ذلك، جميعها تبعث الأشعة تحت الحمراء، ولكن طول موجتها يختلف بسبب درجة حرارة الجسم. درجة حرارة الجسم حوالي 36 ~ 37 درجة مئوية، والتي تنبعث منها أشعة تحت الحمراء البعيدة بقيمة ذروة تبلغ 9 ~ 10 ميكرومتر. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للجسم الذي يتم تسخينه إلى 400 ~ 700 درجة مئوية أن ينبعث من الأشعة تحت الحمراء المتوسطة بقيمة ذروة تبلغ 3 ~ 5μm.
الحساس الأشعة تحت الحمراءويمكن تقسيمها إلى أفعالها:
(1) يتم تحويل خط الأشعة تحت الحمراء إلى حرارة، ويتم إزالة نوع الحرارة لقيمة المقاومة المتغيرة وإشارة الخرج مثل الإمكانات الديناميكية الكهربائية بالحرارة.
(2) التأثير البصري لظاهرة هجرة أشباه الموصلات والنوع الكمي لتأثير الجهد الكهروضوئي بسبب اتصال PN.
تُعرف الظاهرة الحرارية عمومًا بالتأثير الحراري الحراري، وأكثرها تمثيلاً هي كاشف الإشعاع (Thermal Bolometer)، والمفاعل الكهروحراري (Thermopile)، والعناصر الكهروحرارية (Pyroelectric).
مزايا النوع الحراري هي: يمكن أن تعمل في درجة حرارة الغرفة، ولا يوجد اعتماد على الطول الموجي (تغيرات حسية مختلفة في الطول الموجي)، والتكلفة رخيصة؛
العيوب: حساسية منخفضة، استجابة بطيئة (الطيف مللي ثانية).
مزايا النوع الكمي: الحساسية العالية، الاستجابة السريعة (طيف S)؛
العيوب: يجب أن يبرد (النيتروجين السائل)، الاعتماد على الطول الموجي، السعر المرتفع؛
