Fonte: Ulink Media
Na era pós-pandemia, acreditamos que os sensores infravermelhos são indispensáveis no nosso dia a dia. No trajeto diário, precisamos passar por medições de temperatura diversas vezes antes de chegarmos ao nosso destino. Com a utilização de um grande número de sensores infravermelhos para medição de temperatura, eles desempenham, de fato, muitas funções importantes. A seguir, vamos analisar mais detalhadamente o sensor infravermelho.
Introdução aos sensores infravermelhos
Qualquer coisa acima do zero absoluto (-273°C) emite constantemente energia infravermelha para o espaço circundante, por assim dizer. Um sensor infravermelho é capaz de detectar a energia infravermelha do objeto e convertê-la em componentes elétricos. Um sensor infravermelho consiste em um sistema óptico, um elemento detector e um circuito de conversão.
Os sistemas ópticos podem ser divididos em tipo de transmissão e tipo de reflexão, de acordo com sua estrutura. A transmissão requer dois componentes: um para transmitir o infravermelho e outro para recebê-lo. O refletor, por outro lado, necessita apenas de um sensor para coletar as informações desejadas.
De acordo com o princípio de funcionamento, o elemento detector pode ser dividido em elemento detector térmico e elemento detector fotoelétrico. Os termistores são os mais utilizados. Quando um termistor é submetido à radiação infravermelha, sua temperatura aumenta e sua resistência se altera (essa alteração pode ser maior ou menor, pois os termistores podem ser classificados em termistores com coeficiente de temperatura positivo (PTC) e termistores com coeficiente de temperatura negativo (NTC)), o que é convertido em um sinal elétrico através de um circuito de conversão. Os elementos detectores fotoelétricos são comumente utilizados como elementos fotossensíveis, geralmente feitos de sulfeto de chumbo, seleneto de chumbo, arseneto de índio, arseneto de antimônio, liga ternária de telureto de mercúrio-cádmio, germânio e materiais dopados com silício.
De acordo com os diferentes circuitos de processamento e conversão de sinal, os sensores infravermelhos podem ser divididos em analógicos e digitais. O circuito de processamento de sinal do sensor infravermelho piroelétrico analógico utiliza um transistor de efeito de campo, enquanto o circuito de processamento de sinal do sensor infravermelho piroelétrico digital utiliza um chip digital.
Muitas funções dos sensores infravermelhos são realizadas por meio de diferentes permutações e combinações de três componentes sensíveis: sistema óptico, elemento de detecção e circuito de conversão. Vejamos algumas outras áreas em que os sensores infravermelhos fizeram a diferença.
Aplicação do sensor infravermelho
1. Detecção de Gás
O princípio óptico infravermelho de um sensor de gás baseia-se nas características de absorção seletiva espectral no infravermelho próximo de diferentes moléculas de gás, utilizando a relação entre a concentração do gás e a intensidade de absorção (lei de Lambert-Beer) para identificar e determinar a concentração do componente gasoso em um dispositivo de detecção de gás.
Sensores infravermelhos podem ser usados para obter o mapa de análise infravermelha, como mostrado na figura acima. Moléculas compostas por diferentes átomos sofrem absorção infravermelha sob irradiação de luz infravermelha na mesma frequência, resultando em mudanças na intensidade da luz infravermelha. De acordo com os diferentes picos de onda, os tipos de gás contidos na mistura podem ser determinados.
A partir da posição de um único pico de absorção no infravermelho, é possível determinar apenas quais grupos estão presentes na molécula do gás. Para determinar com precisão o tipo de gás, é necessário observar as posições de todos os picos de absorção na região do infravermelho médio, ou seja, a assinatura espectral de absorção no infravermelho do gás. Com o espectro infravermelho, é possível analisar rapidamente a composição de cada gás na mistura.
Sensores de gás infravermelho são amplamente utilizados nas indústrias petroquímica e metalúrgica, em mineração, no monitoramento da poluição do ar e em detecções relacionadas à neutralização de carbono, na agricultura e em outros setores. Atualmente, os lasers de infravermelho médio são caros. Acredito que, no futuro, com o aumento do número de indústrias que utilizam sensores infravermelhos para detectar gases, esses sensores se tornarão mais eficientes e acessíveis.
2. Medição de distância por infravermelho
O sensor de alcance infravermelho é um tipo de dispositivo sensor que utiliza o infravermelho como meio de medição, apresentando amplo alcance e curto tempo de resposta. É utilizado principalmente nas áreas de ciência e tecnologia modernas, defesa nacional, indústria e agricultura.
O sensor de alcance infravermelho possui um par de diodos transmissores e receptores de sinal infravermelho. O sensor emite um feixe de luz infravermelha que, ao incidir sobre o objeto, reflete e retorna ao sensor. O sinal é então captado e processado por um CCD, que analisa a diferença de tempo entre os sinais transmitidos e recebidos. A distância do objeto é calculada após o processamento pelo processador de sinal. Este sensor pode ser utilizado não apenas em superfícies naturais, mas também em painéis refletivos. Possui alta resposta em frequência e é adequado para ambientes industriais severos.
3. A transmissão infravermelha
A transmissão de dados por meio de sensores infravermelhos também é amplamente utilizada. O controle remoto da TV usa sinais de transmissão infravermelha para controlar a televisão remotamente; os telefones celulares podem transmitir dados por meio de infravermelho. Essas são aplicações que existem desde o desenvolvimento da tecnologia infravermelha.
4. Imagem térmica infravermelha
A câmera termográfica é um sensor passivo capaz de capturar a radiação infravermelha emitida por objetos com temperatura acima do zero absoluto. Originalmente desenvolvida como ferramenta de vigilância militar e visão noturna, sua utilização se popularizou, reduzindo custos e ampliando consideravelmente seu campo de aplicação. As aplicações da câmera termográfica incluem monitoramento de animais, agricultura, construção civil, detecção de gases, indústria e forças armadas, além de detecção, rastreamento e identificação de pessoas. Nos últimos anos, a imagem térmica infravermelha tem sido utilizada em diversos locais públicos para a medição rápida da temperatura de produtos.
5. Indução por infravermelho
O interruptor de indução infravermelha é um interruptor de controle automático baseado na tecnologia de indução infravermelha. Ele realiza sua função de controle automático detectando o calor infravermelho emitido pelo ambiente externo. Pode acionar rapidamente lâmpadas, portas automáticas, alarmes antifurto e outros equipamentos elétricos.
Através da lente de Fresnel do sensor infravermelho, a luz infravermelha dispersa emitida pelo corpo humano pode ser detectada pelo interruptor, permitindo diversas funções de controle automático, como acender a luz. Nos últimos anos, com a popularização das casas inteligentes, a detecção por infravermelho também passou a ser utilizada em lixeiras inteligentes, vasos sanitários inteligentes, interruptores inteligentes por gestos, portas com sensor de movimento e outros produtos inteligentes. A detecção por infravermelho não se limita apenas à detecção de pessoas, mas está em constante evolução para oferecer ainda mais funcionalidades.
Conclusão
Nos últimos anos, a indústria da Internet das Coisas (IoT) desenvolveu-se rapidamente e apresenta um amplo potencial de mercado. Nesse contexto, o mercado de sensores infravermelhos também cresceu significativamente. Consequentemente, o mercado de detectores infravermelhos na China continua a expandir-se. Segundo dados, em 2019, o mercado chinês de detectores infravermelhos atingiu quase 400 milhões de yuans, com previsão de alcançar quase 500 milhões de yuans em 2020. Aliado à demanda por sensores infravermelhos para medição de temperatura em epidemias e neutralização de carbono, além da detecção de gases por infravermelho, o mercado de sensores infravermelhos deverá crescer enormemente no futuro.
Data da publicação: 16 de maio de 2022