Тепловые инфракрасные датчики стали неотъемлемой частью современной жизни. Они широко используются в медицинских устройствах, умных домах, промышленном мониторинге, системах безопасности и тепловизионных камерах. В отличие от датчиков видимого света, тепловые инфракрасные датчики обнаруживают инфракрасное излучение, излучаемое объектами, и преобразуют его в электрические сигналы на основе изменений температуры.
Сегодня наиболее распространенные технологии тепловых инфракрасных датчиков можно разделить на три основные категории: инфракрасные датчики на термобатареях, пироэлектрические инфракрасные датчики и микроболометры. Каждая технология работает по разным принципам и предназначена для разных применений. Понимание этих типов датчиков может помочь инженерам, производителям и конечным пользователям выбрать правильное инфракрасное решение для своих нужд.
1. Что такое тепловой инфракрасный датчик?
Тепловой инфракрасный датчик обнаруживает инфракрасную энергию, излучаемую объектами, и преобразует ее в измеримые электрические сигналы. Поскольку все объекты выше абсолютного нуля излучают инфракрасное излучение, термодатчики могут измерять температуру или обнаруживать присутствие людей и объектов без прямого контакта.
В отличие от детекторов фотонов, тепловые инфракрасные датчики реагируют на изменения свойств материала, вызванные воздействием тепла. Это делает их пригодными для широкого спектра применений, часто снижая при этом сложность и стоимость системы.
2. Инфракрасные датчики термобатарей и пироэлектрические инфракрасные датчики.
Датчики термобатарей являются одними из наиболее широко используемых тепловых инфракрасных датчиков. Принцип работы относительно прост: когда инфракрасное излучение нагревает чувствительную область, создается разница температур, вызывающая электрический выходной сигнал.
Поскольку датчики на термобатареях могут напрямую измерять температуру без физического контакта, они широко используются в потребительских и медицинских товарах. Ушные термометры, лобные термометры, устройства для бесконтактного измерения температуры и электроприборы часто используют технологию термобатарей. Их преимущества включают простую структуру, низкое энергопотребление, хорошую стабильность и относительно низкую стоимость. Однако они обычно используются для измерения температуры, а не для тепловидения.
Пироэлектрические инфракрасные датчики работают на основе пироэлектрического эффекта. Некоторые материалы генерируют электрические заряды при изменении их температуры. Одной из важных характеристик пироэлектрических датчиков является то, что они реагируют только на изменяющиеся инфракрасные сигналы. Они очень чувствительны к движению, но не могут эффективно обнаруживать неподвижные объекты с постоянной температурой. Это делает их идеальными для приложений обнаружения движения. Инфракрасные датчики движения, системы автоматического освещения, интеллектуальные краны, охранная сигнализация и системы обнаружения присутствия обычно используют пироэлектрические инфракрасные датчики.
3.Микроболометры: основа тепловизионных камер.
Микроболометры представляют собой наиболее передовую и широко используемую технологию теплового инфракрасного зондирования для приложений визуализации. В отличие от термобатарейных и пироэлектрических датчиков, микроболометры могут генерировать полные тепловые изображения, а не простые сигналы температуры или движения.
Микроболометр состоит из термочувствительных материалов, поглощающих инфракрасное излучение. По мере нагревания материала его электрическое сопротивление изменяется. Детектор измеряет эти изменения сопротивления и преобразует их в данные изображения, создавая визуальную карту температуры места происшествия. Эта возможность позволяет тепловизионным камерам обнаруживать разницу температур в тысячах пикселей одновременно, что делает микроболометры предпочтительным выбором для тепловизионных систем.
Приложения включают промышленный контроль, профилактическое обслуживание, пожаротушение, охрану периметра, автомобильное зрение, медицинский осмотр и тепловизионные камеры, устанавливаемые на дронах.
4. VOX в сравнении с микроболометрами из аморфного кремния
В современных микроболометрах обычно используется один из двух чувствительных материалов: оксид ванадия (VOx) или аморфный кремний (a-Si). Аморфный кремний обеспечивает хорошую производственную совместимость со стандартными полупроводниковыми процессами и применяется в различных тепловизионных продуктах. Однако технология VOx обычно считается более зрелой и широко применяется в высокопроизводительных системах инфракрасной визуализации. Микроболометры VOx известны своей высокой чувствительностью, отличным качеством изображения и стабильной работой. Эти преимущества сделали VOx одной из доминирующих технологий на мировом рынке неохлаждаемых инфракрасных детекторов. Поскольку приложения для тепловидения продолжают расширяться, детекторы на основе VOx остаются популярным выбором для профессиональных и коммерческих тепловизионных камер.
5. Выбор подходящего инфракрасного термодатчика
Выбор лучшего теплового инфракрасного датчика зависит от требований применения. Датчики на термобатареях идеально подходят для бесконтактного измерения температуры. Пироэлектрические датчики превосходно справляются с обнаружением движения и присутствием людей. Микроболометры являются предпочтительным решением, когда требуется тепловидение и детальное картирование температуры.
Микроболометры VOx продолжают лидировать на рынке современных тепловизионных систем благодаря своей высокой чувствительности, отработанной технологии и превосходным характеристикам визуализации.
Заключение
Тепловые инфракрасные датчики играют решающую роль во многих повседневных и промышленных применениях. Датчики на термобатареях обеспечивают точное измерение температуры, пироэлектрические датчики обеспечивают надежное обнаружение движения, а микроболометры делают возможным тепловидение.
Поскольку инфракрасные технологии продолжают развиваться, неохлаждаемые инфракрасные детекторы на базе VOx способствуют более широкому внедрению тепловидения на потребительских, промышленных, медицинских рынках и рынках безопасности. Эти инновации делают тепловое зондирование более мощным, более доступным и доступным, чем когда-либо прежде.