سنسورهای مادون قرمز دوربین های تصویربرداری حرارتی

مادون قرمز حسگرها بر اساس ویژگی های حرارتی اجسام عمل می کند. هر جسمی با دمای بالاتر از صفر مطلق (273- درجه سانتیگراد) پرتوهای مادون قرمز ساطع می کند و هر چه دمای جسم بالاتر باشد، شدت تابش مادون قرمز بیشتر می شود. سنسورهای مادون قرمز از حساسیت خود به تابش مادون قرمز استفاده می کنند. هنگامی که آنها پرتوهای مادون قرمز تابش شده توسط اجسام را دریافت می کنند، اجزای حساس داخلی آنها دستخوش تغییرات فیزیکی می شوند و در نتیجه سیگنال های الکتریکی تولید می کنند. این تغییر فیزیکی ارتباط نزدیکی با شدت تابش مادون قرمز دارد. با تشخیص و تجزیه و تحلیل این سیگنال های الکتریکی می توان شدت مادون قرمز تشدید شده توسط جسم را تعیین کرد و سپس اطلاعات دمای جسم را به دست آورد.

سنسور مادون قرمز ترمیستور: ترمیست ها مقاومت هایی هستند که به شدت به تغییرات دما حساس هستند. هنگامی که یک ترمیستور تشعشع مادون قرمز را دریافت می کند، دمای خود بر همین اساس افزایش می یابد و مقدار مقاومت ترم به طور قابل توجهی با تغییر دما تغییر می کند. با استفاده از این مشخصه می توان شدت تابش مادون قرمز دریافتی را با اندازه گیری تغییر مقدار مقاومت به دقت تعیین کرد. زیرا در برخی از دستگاه های تصویربرداری حرارتی اولیه، حسگرهای مادون قرمز ترمیستور به طور گسترده مورد استفاده قرار می گرفتند. ساختار نسبتاً ساده و هزینه کمی دارد، اما حساسیت و سرعت پاسخگویی آن محدود است.

سنسور مادون قرمز Thermopile: یک ترموپیل از چندین ترموکوپل به صورت سری تشکیل شده است. هنگامی که تابش مادون قرمز به ترموپیل می تابد، اختلاف دما در هر دو انتهای ترموپیل ایجاد می شود. با توجه به اثر Seebeck، این اختلاف دما یک پتانسیل ترموالکتریک تولید می کند. سنسور حرارتی مادون قرمز شدت تابش مادون قرمز را با اندازه گیری مقدار پتانسیل ترموالکتریک تعیین می کند. دارای مزایای سرعت پاسخ سریع و پایداری خوب در برخی از سناریوهای کاربرد تصویربرداری حرارتی که به سرعت پاسخ بالا نیاز دارند، مانند تشخیص سریع صنعتی و نظارت بر شعله، سنسورهای مادون قرمز حرارتی نقش مهمی ایفا می کنند.

سنسور میکرومتر مادون قرمز: میکروبولومتر در حال حاضر پرکاربردترین جزء حساس به مادون قرمز است. عمدتاً از این ویژگی استفاده می کند که رسانایی الکتریکی مواد نیمه هادی با دما تغییر می کند وقتی میکروبولومتر تابش مادون قرمز را دریافت می کند، دمای آن افزایش می یابد و هدایت الکتریکی مواد نیمه هادی تغییر می کند و در نتیجه مقدار مقاومت آن تغییر می کند. با تشخیص تغییر مقدار مقاومت، می توان شدت تابش مادون قرمز را محاسبه کرد. میکروبولومتر دارای مزایای حساسیت بالا و وضوح بالا است و به دقت تغییرات ظریف در تابش مادون قرمز را تشخیص می دهد و دوربین های تصویربرداری حرارتی را قادر می سازد تصاویر حرارتی واضح و دقیق تولید کنند. این به طور گسترده ای در نظارت بر امنیت، تشخیص پزشکی، علمی و سایر زمینه ها استفاده می شود.

حساسیت بالا: حسگرهای مادون قرمز مدرن، به ویژه سنسورهای مادون قرمز میکروبولومتر، حساسیت فوق العاده بالایی دارند و می توانند بسیار ضعیف در تابش مادون قرمز را تشخیص دهند. این به دوربین‌های تصویربرداری حرارتی اجازه می‌دهد تا تفاوت‌های دمایی کوچک را در سطح اجسام تشخیص دهند. حتی اجسامی با اختلاف دمایی تنها چند دهم درجه می توانند به وضوح تفاوت توزیع دما را در تصویر حرارتی نشان دهند و پشتیبانی قوی برای تشخیص و تجزیه و تحلیل دقیق دما ارائه دهند.

پاسخ سریع: با پیشرفت مداوم فناوری، سرعت پاسخ سنسورهای مادون قرمز به طور قابل توجهی بهبود یافته است. حسگرهای مادون قرمز Bothopile و microbolometer می توانند به تغییرات در تابش مادون قرمز در مدت زمان بسیار کوتاهی پاسخ دهند و به سرعت سیگنال های الکتریکی تولید کنند، که بسیاری از کاربردهای بلادرنگ را با الزامات، مانند سیستم های اجتناب از موانع تصویربرداری حرارتی در رانندگی مستقل و نظارت بر دمای اجسام متحرک برآورده می کند.

پایداری خوب: پس از تحقیق و توسعه طولانی مدت، پایداری مادون قرمز به طور قابل توجهی بهبود یافته است. در شرایط محیطی مختلف، مانند تغییرات زیاد در دما و رطوبت، سنسورهای مادون قرمز همچنان می‌توانند به طور پایدار کار کنند، عملکرد خود را حفظ کرده و اطمینان حاصل کنند که دوربین‌های تصویربرداری حرارتی تصاویر حرارتی دقیق و قابل اعتمادی را تولید می‌کنند و حفاظت نظارتی پایدار برای تولید صنعتی، نظارت امنیتی و سایر زمینه‌ها را فراهم می‌کنند.

بالاتر و حساسیت: به منظور پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای تصویربرداری حرارتی با دقت بالا، حسگرهای مادون قرمز آینده به سمت وضوح و حساسیت بالاتر توسعه خواهند یافت. با بهینه سازی مستمر طراحی ساختار و فرآیند ساخت، کاهش اندازه پیکسل و افزایش تعداد پیکسل در واحد سطح، وضوح تصاویر تصویربرداری حرارتی را می توان بهبود بخشید. در آن زمان، مواد و فن‌آوری‌های حساس جدید برای بهبود بیشتر توانایی پاسخ سنسور به تشعشعات مادون قرمز، افزایش حساسیت، و قادر ساختن دوربین‌های تصویربرداری حرارتی برای ثبت تغییرات دما و جزئیات بیشتر شی توسعه خواهند یافت.

کوچک سازی و یکپارچه سازی: با توسعه سریع اینترنت اشیا، دستگاه های پوشیدنی و سایر زمینه ها، الزامات بالاتری برای کوچک سازی و ادغام دستگاه های تصویربرداری حرارتی مطرح شده است. حسگرهای مادون قرمز به سمت کوچک سازی و وزن سبک به پیشرفت خود ادامه می دهند تا بهتر در دستگاه های کوچک ادغام شوند. با استفاده از فناوری پیشرفته ساخت نیمه هادی، حسگرهای مادون قرمز با مدارهای پردازش سیگنال، تراشه های پردازش تصویر و سایر اجزا بر روی یک تراشه واحد ادغام می شوند و به درجه ای از یکپارچگی سیستم، کاهش حجم و هزینه تجهیزات و گسترش دامنه کاربرد فناوری تصویربرداری حرارتی دست می یابند.

هوش: توسعه فناوری هوش مصنوعی فرصتی برای هوش حسگرهای مادون قرمز است. سنسورهای مادون قرمز آینده دارای قابلیت تحلیل و پردازش هوشمند خواهند بود و قادر خواهند بود به طور خودکار اشیاء مختلف و عملیاتی مانند تشخیص ناهنجاری دما و ردیابی هدف را طبق قوانین و الگوریتم های از پیش تعریف شده شناسایی و طبقه بندی کنند. با ترکیب الگوریتم‌های هوش مصنوعی با حسگرهای مادون قرمز، دوربین‌های تصویربرداری حرارتی نه تنها می‌توانند حرارتی را بدست آورند، بلکه می‌توانند اطلاعات موجود در تصاویر را عمیقاً تحلیل و درک کنند و مبنای تصمیم‌گیری ارزشمندتری را در اختیار کاربران قرار دهند.