Sensor ng temperaturang infrared: prinsipyo, katangian at aplikasyon

Panimula sa sensor ng temperaturang infrared
Ang infrared temperature sensor ay isang non-contact sensor na gumagamit ng enerhiya ng infrared radiation na inilalabas ng isang bagay upang sukatin ang temperatura sa ibabaw. Ang pangunahing prinsipyo nito ay batay sa batas ni Stefan-Boltzmann: lahat ng bagay na may temperaturang higit sa absolute zero ay maglalabas ng infrared rays, at ang intensity ng radiation ay proporsyonal sa ikaapat na power ng temperatura sa ibabaw ng bagay. Kino-convert ng sensor ang natanggap na infrared radiation sa isang electrical signal sa pamamagitan ng built-in na thermopile o pyroelectric detector, at pagkatapos ay kinakalkula ang halaga ng temperatura sa pamamagitan ng isang algorithm.

Mga teknikal na katangian:
Pagsukat na hindi nakikipag-ugnayan: hindi na kailangang makipag-ugnayan sa bagay na sinusukat, iniiwasan ang kontaminasyon o panghihimasok sa mataas na temperatura at mga gumagalaw na target.

Mabilis na bilis ng tugon: tugon sa millisecond, angkop para sa dynamic na pagsubaybay sa temperatura.

Malawak na saklaw: karaniwang saklaw mula -50℃ hanggang 3000℃ (magkakaiba-iba ang iba't ibang modelo).

Malakas na kakayahang umangkop: maaaring gamitin sa vacuum, kinakaing unti-unting kapaligiran o mga senaryo ng electromagnetic interference.

Mga pangunahing teknikal na tagapagpahiwatig
Katumpakan ng pagsukat: ±1% o ±1.5℃ (maaaring umabot sa ±0.3℃ ang high-end industrial grade)

Pagsasaayos ng emissivity: sumusuporta sa 0.1~1.0 na naaayos (naka-calibrate para sa iba't ibang ibabaw ng materyal)

Resolusyong optikal: Halimbawa, ang 30:1 ay nangangahulugan na ang isang 1cm na diyametro na lugar ay maaaring masukat sa layong 30cm

Haba ng daluyong ng tugon: Karaniwang 8~14μm (angkop para sa mga bagay na nasa normal na temperatura), ang uri ng maikling alon ay ginagamit para sa pagtuklas ng mataas na temperatura

Karaniwang mga kaso ng aplikasyon
1. Predictive maintenance ng mga kagamitang pang-industriya
Isang tagagawa ng sasakyan ang nag-install ng MLX90614 infrared array sensors sa mga bearing ng motor, at hinulaan ang mga depekto sa pamamagitan ng patuloy na pagsubaybay sa mga pagbabago sa temperatura ng bearing at pagsasama-sama ng mga algorithm ng AI. Ipinapakita ng praktikal na datos na ang babala sa sobrang pag-init ng bearing 72 oras nang maaga ay maaaring makabawas sa mga downtime losses ng 230,000 dolyar bawat taon.

2. Sistema ng medikal na pagsusuri ng temperatura
Noong pandemya ng COVID-19 noong 2020, ang mga thermal imager na may seryeng FLIR T ay inilagay sa mga pasukan ng emerhensiya ng mga ospital, na nakamit ang abnormal na screening ng temperatura na 20 katao bawat segundo, na may error sa pagsukat ng temperatura na ≤0.3℃, at sinamahan ng teknolohiya sa pagkilala ng mukha upang makamit ang pagsubaybay sa trajectory ng mga tauhan sa abnormal na temperatura.

3. Kontrol ng temperatura ng smart home appliance
Ang high-end induction cooker ay may integrasyon ng Melexis MLX90621 infrared sensor upang masubaybayan ang distribusyon ng temperatura sa ilalim ng kaldero nang real time. Kapag natukoy ang lokal na sobrang pag-init (tulad ng walang laman na pagkasunog), awtomatikong nababawasan ang kuryente. Kung ikukumpara sa tradisyonal na solusyon ng thermocouple, ang bilis ng pagtugon sa pagkontrol ng temperatura ay tumataas nang 5 beses.

4. Sistema ng irigasyon na may katumpakan sa agrikultura
Isang sakahan sa Israel ang gumagamit ng Heimann HTPA32x32 infrared thermal imager upang subaybayan ang temperatura ng canopy ng pananim at bumuo ng transpiration model batay sa mga parameter ng kapaligiran. Awtomatikong inaayos ng sistema ang dami ng drip irrigation, na nakakatipid ng 38% ng tubig sa ubasan habang pinapataas ang produksyon ng 15%.

5. Pagsubaybay online ng mga sistema ng kuryente
Naglalagay ang State Grid ng mga online infrared thermometer na Optris PI series sa mga high-voltage substation upang masubaybayan ang temperatura ng mga pangunahing bahagi tulad ng mga busbar joint at insulator nang 24 oras sa isang araw. Noong 2022, matagumpay na nagbabala ang isang substation tungkol sa mahinang kontak ng mga 110kV disconnector, na nakaiwas sa pagkawala ng kuryente sa rehiyon.

Mga makabagong uso sa pag-unlad
Teknolohiyang multi-spectral fusion: Pagsamahin ang pagsukat ng temperatura ng infrared sa mga imahe ng nakikitang liwanag upang mapabuti ang mga kakayahan sa pagkilala ng target sa mga kumplikadong sitwasyon

Pagsusuri ng AI temperature field: Pag-aralan ang mga katangian ng distribusyon ng temperatura batay sa deep learning, tulad ng awtomatikong paglalagay ng label sa mga nagpapaalab na bahagi sa larangan ng medisina

Pagpapaliit ng MEMS: Ang sensor na AS6221 na inilunsad ng AMS ay 1.5×1.5mm lamang ang laki at maaaring i-embed sa mga smart watch upang masubaybayan ang temperatura ng balat

Pagsasama ng Wireless Internet of Things: Ang mga infrared temperature node na ginagamit sa pagsukat ng temperatura gamit ang LoRaWAN protocol ay nakakamit ng remote monitoring sa antas ng kilometro, na angkop para sa pagsubaybay sa pipeline ng langis.

Mga mungkahi sa pagpili
Linya ng pagproseso ng pagkain: Unahin ang mga modelo na may antas ng proteksyon ng IP67 at oras ng pagtugon na <100ms

Pananaliksik sa laboratoryo: Bigyang-pansin ang 0.01℃ na resolution ng temperatura at interface ng output ng data (tulad ng USB/I2C)

Mga aplikasyon sa proteksyon sa sunog: Pumili ng mga sensor na hindi tinatablan ng pagsabog na may saklaw na higit sa 600℃, na may mga filter ng pagtagos ng usok

Kasabay ng pagsikat ng 5G at mga teknolohiya ng edge computing, ang mga infrared temperature sensor ay umuunlad mula sa mga single measurement tool patungo sa mga intelligent sensing node, na nagpapakita ng mas malaking potensyal sa aplikasyon sa mga larangan tulad ng Industry 4.0 at mga smart city.