اگر بشر در حوزه های مختلف دست به اختراع نمی زد، کار ما به کجا می کشید؟ از زمانی که علم و تکنولوژی دست خود را به دست هم دادند، ابزارهای زیادی به زندگی بشر ورود پیدا کرد و برخی از مشکلات اساسی او را به بهترین شکل ممکن حل کرد.
حفاظت کالا تمامی خدمات را به بهترین نحو در اختیار مشتریان و کاربران خود قرار می دهد.
سنسور مادون قرمز، یکی از کاربردی ترین اختراعات بشر برده و موضوع ما در این متن می باشد. چنانچه می خواهید در این رابطه اطلاعات بیشتری به دست آورید، در ادامه این متن با ما همراه باشید.
سنسور مادون قرمز
سنسور مادون قرمز، به ابزار الکترونیکی می گویند که می توان به کمک آن، حس و ویژگی های غیر قابل لمسی که در محیط وجود دارد را درک کرد.
توضیح دیگری که می توان در رابطه با مادون قرمز ارائه کرد، این است که تمامی اجسام در دمایی غیر از دمای 273- سانتی گراد ( در این دما حتی الکترون ها نیز هیچ حرکتی نخواهند داشت ) امواجی را از خود به اطراف پراکنده می کنند.
پرتاب این امواج با دمایی که جسم در آن قرار دارد، کاملا متناسب به نظر می رسد. توجه داشته باشید، امواجی که به این شکل در محیط منتشر می شوند قابل رویت به وسیله چشم نیستند. به این امواج، که در دامنه بینایی انسان قرار ندارد، امواج فروسرخ و یا امواج مادون قرمز گفته می شود.
به دلیل آنکه بشر نمی تواند این امواج را به چشم خود مشاهده کند، ابزاری به نام سنسور مادون قرمز را برای دیدن آن اختراع کرد ؛ این سنسور، نوعی آشکار ساز برای این امواج به شمار می رود. به سنسور مادون قرمز، سنسور IR هم گفته می شود.
برای مشاهده محصولاتی که از این قابلیت برخوردارند، به صفحه سنسور مادون قرمز مراجعه کنید.
تاریخچه سنسور مادون قرمز
در سال 1800 میلادی وقتی که FW هرشل، نور مادون قرمز را کشف کرد، طیف سنجی نور مادون قرمز وجود داشت. هرشل، برای آنکه نور خورشید را دچار شکست کند، از یک منشور استفاده کرده و یک دماسنج برای زمانی که دما افزایش پیدا می کند، اختراع نمود. این تاریخچه مختصر و کوتاه، تکلیف ما را در رابطه با قدمت و پیشینه این نور مشخص می کند.
امروز، به دلیل فعالیت مخترعان، از نور مادون قرمز برای اهداف متفاوت استفاده می کنند و به همین جهت، کاربرد آن هم در زندگی شخصی ما مشاهده می شود و هم در صنایعی که می توانند از آن در جهت راحت تر انجام دادن کارها، بهره ببرند.
یکی از مثال های بارز استفاده از نور مادون قرمز در زندگی شخصی مان، دستگاه تلویزیون است که با کمک کنترل از راه دور، می توان آنها را خاموش و روشن یکرد.
مزیت های سنسورهای مادون قرمز
• ساده بودن مدار
• بالا بودن سرعت تشخیص
• توان مصرف کم
• غیر تماسی بودن
• قیمت مناسب و پایین
• نداشتن ضرر جسمانی برای انسان
انواع سنسور های مادون قرمز
سنسورهای مادون قرمز را بر اساس آنکه فعال و یا منفعل هستند، به دو گروه تقسیم می کنند:
• حسگرهای حرارتی
• سنسورهای کوانتومی
این دو نوع سنسور، کاربردهای زیادی دارند و در جاهای متفاوت می توان از آنها استفاده کرد. در ادامه، در رابطه با هر یک از این دو نوع نکاتی را ارائه خواهیم کرد.
حسگرهای حرارتی
یکی از انواع سنسورهای مادون قرمز، به حسگرهای مادون قرمز حرارتی معروف است. در این جا، از انرژی که مادون قرمز دارد به عنوان انرژی گرمایی استفاده می شد.
حسگرهای حرارتی به خنک کننده هیچ نیازی ندارند، اما دارای مشکلاتی هستند. از جمله مشکلات این نوع می توان به کوتاه بودن زمان پاسخ و عدم توانایی در قابلیت تشخیص سریع اجسام هدف اشاره کرد.
سنسور های کوانتومی
نوع دیگری از سنسورهای مادون قرمز، سنسورهای مادون قرمز کوانتومی هستند. این نوع سنسور، در تشخیص اجسام هدف، با عملکرد بهتری ظاهر می شود و پاسخ سریعی ارائه می کند.
حساسیت این نوع سنسور به طول موج بستگی دارد. برای آنکه بتوان اندازه های دقیقی را به کمک این دستگاه به دست آورد، می بایست عملیات خنک سازی در آنها انجام می شود.
کاربرد سنسور مادون قرمز
این نوع سنسور را در جاهای متفاوتی می توان استفاده کرد و به جهت کاربرد وسیعی که در صنایع گوناگون دارد، در بسیاری جاها کارگشا و موثر ظاهر شده است. در ادامه، برخی کاربردهای این نوع سنسور را معرفی خواهیم کرد.
سنسور مادون قرمز و استفاده به عنوان سنسور حرارتی
یکی از کاربردهای سنسورهای مادون قرمز استفاده از آنها به عنوان سنسور حرارتی است. در این نوع سنسور، از روش هم بر هم کنش غیر مستقیم، از نوع بازتابی استفاده می شود. گیرنده ای که در این نوع سنسور به کار برده شده، تابشی را که توسط LED IR ساطع شده و به جسم برخورد کرده و بازتابش یافته، جذب می کند.
توجه داشته باشید، هر چه جسم در فاصله نزدیک تری قرار گیرد، شدت تابشی که از دیود دریافت می شود نیز افزایش پیدا خواهد کرد.
از این نوع سنسور در تلفن هایی که صفحه آنها لمسی است و سایر دستگاه هایی که کارکرد مشابهی دارند، استفاده می گردد. اگر دقت کرده باشید، وقتی در حال صحبت کردن با گوشی هوشمند خود هستید، صفحه نمایشگر به صورت خودکار خاموش می شود و با اینکه گونه شما با صفحه در تماس است صفحه، روشن نبوده و خاموش می باشد.
شمارنده های اقلام
از دیگر کاربردهای سنسور مادون قرمز، استفاده از آن در زمان شمارش یک کالا است. در کارخانه های بزرگ که یک کالا یا محصول تولید می شود، برای آنکه بتوان راحت تر اجناس را مورد شمارش قرار داد و آمار آنها را در اختیار داشت، از سنسورهای مادون قرمز روی تسمه نقاله استفاده می شود.
نحوه کار این نوع سنسور به این شکل است؛ شمارشگر کالا و یا آیتم بر اساس میزان تابش مستقیم بر گیرنده عمل می کند. وقتی یک کالا، خط نامرئی تابش IR را دچار انسداد می کند، میکروکنتلر و یا مقدار ذخیره شده در کامپیوتر افزایش پیدا می کند.
به این شکل است که می توان با کمک این سنسور، اقلامی را که در یک کارخانه تولید می شود، به صورت دقیق شمارش کرد.
تشخیص دادن شعله با کمک سنسور های مادون قرمز
از دیگر کاربردهای سنسور مادون قرمز می توان به تشخیص با کمک این سنسور اشاره کرد. وقتی یک جسم، دچار افزایش دما و یا حرارت می شود، نور مادون قرمز از خود ساطع می کند. اگر شعله ایجاد شده، ماهیت فروسرخی داشته باشد، نوری که از آن به اطراف پراکنده می گردد توسط سنسورهای IR قابلیت آشکارسازی خواهند داشت.
نوع سنسور مادون قرمزی که مورد استفاده قرار می گیرد به خوراک شعله مرتبط است. معمولا اگر خوراک شعله، از نوع سوخت های فسیلی باشد سنسور 5 MM به خوبی جواب داده و هیچ اختلالی در کارکرد آن مشاهده نمی شود.
دماسنج مادون قرمز
از دیگر جاهایی که می توان از حضور سنسورهای مادون قرمز استفاده کرد، دماسنج مادون قرمز است. همانطوری که در خطوط بالایی اشاره کردیم اجسام با توجه به دمایی که دارند، امواجی را با طول موج های متفاوت از خود در محیط منتشر می کنند.
دماسنج هایی که از آنها به عنوان دماسنج های مادون قرمز یاد می کنیم، می توانند این امواج که طول موج های متفاوتی دارند، دریافت کرده و دمای آنها را به کمک برخی عناصر مانند کوارتز، سیلیسیم و ژرمانیوم اندازه بگیرند.
این عناصر وقتی تابش هایی با فرکانس های مختلف فراسرخ را دریافت می کنند، با تغییر در خواصی که دارند، می توانند میزان دما را اندازه گیری کنند.
سنسور قرمز و دستگاه دید در شب
تجهیزاتی که برای دیدن اجسام به نور کافی نیاز دارند، در صورت نبود نور با مشکل مواجه می شوند؛ برای حل این مشکل، از سنسور مادون قرمز استفاده می شود.
سنسور مادون قرمز در دستگاه های دید در شب قرار داده می شود. این سنسور ها، فوتون هایی که در محیط پراکنده هستند را به الکترون تبدیل می کنند. بعد از این تبدیل، طی یک فرایند شیمیایی و الکتریکی که صورت می گیرد، الکترون ها، تقویت و در نهایت مجددا به نور مرئی تبدیل می شوند.
نجوم مادون قرمز
نجوم مادون قرمز، از جمله جدیدترین رشته هایی است که می توان به کمک آن جرم های نجومی را در محدوده تابش مادون قرمز مورد بررسی و ارزیابی قرار می دهند.
در این روش با کمک تلسکوپ ها و آشکارسازهایی که به آنها آشکارسازهای جامد می گویند، اجرام آسمانی که مشاهده آنها در محدوده نور مرئی وجود ندارد، قابلیت بررسی و ارزیابی پیدا خواهند کرد.
ردیاب مادون قرمز
دیگر کاربرد سنسورهای مادون قرمز را می توان در ردیاب ها مشاهده کرد. ردیاب های مادون قرمز که در واقع نوعی سیستم هدایت موشکی به شمار می روند، با کمک تابش های الکترومغناطیسی ساطع شده از جسم هدف، می توانند هدف را ردیابی کنند.
از این سیستم موشکی به عنوان جویندگان گرما نیز یاد می کنند؛ زیرا افراد، ماشین ها و یا هواپیماها گرما از خود منتشر می کنند و به همین واسطه، این نوع ردیاب به خوبی قادر است آنها را پیدا کند.
افشاگری تاریخی
از دیگر کاربرد های سنسورهای مادون قرمز، افشاگری تاریخی است. تاریخ نگاران برای آنکه لایه های پنهان شده در یک نقاشی را مورد بررسی قرار دهند، به شیء مورد نظر، نور مادون قرمز تابش می کنند. با کمک این نور می توان در مورد کپی و یا اصل بودن نقاشی و یا شیء تاریخی یافته شده، اظهار نظر کرد.
از دیگر کاربرد های سنسور مادون قرمز
علاوه بر تمام کاربرد هایی که برای سنسورهای مادون قرمز گفتیم، این نوع سنسور، کاربردهای دیگری به شرح زیر دارد:
• کشف کردن نفت
• ردیاب های گاز
• آزمایش بی هوشی
• بررسی و ارزیابی آب
• هواشناسی
• بیولوژیک
• اقلیم شناسی
• سنسور نصب شده روی درب های پارکینگی و صنعتی
• هواشناسی
• کنترل از راه دور وسایل الکترونیکی
• سیستم های امنیتی و سیستم هایی که نیاز به دید در شب دارند
با توجه به مزیت های قابل ملاحظه ای که مادون قرمز دارد، در جاهای مختلف به شکل وسیعی از آن استفاده می کنند.
نحوه استفاده از سنسور مادون قرمز
سنسورهای مادون قرمز از دو قسمت تشکیل شده اند: قسمت فرستنده و مدار گیرنده مادون قرمز. این دو قسمت را در مجموع، کوپلر عکس و یا یک اپتوپکلر می خوانند. به فرستنده سنسور مادون قرمز LED IR و به گیرنده فتودیود IR گفته می شود.
خوب است بدانید که فتودیود IR به نور مادون قرمزی که به واسطه LED IR ساطع می شود، حساس است. مقاومت دیود و ولتاژ خروجی که متناسب با نور مادون قرمز دریافتی در حال تغییر است، مهم ترین اصل در نحوه کارکرد سنسور IR به شمار می رود.
بر هم کنشی که بین نور منتشر شده از فرستنده و گیرنده وجود دارد یا به صورت مستقیم اتفاق می افتد و یا به صورت غیر مستقیم. وقتی ارتباط به صورت مستقیم باشد، LED IR بدون هیچ مانعی در مقابل گیرنده مادون قرمز قرار می گیرد. یکی از مثال های بارز در این نوع سنسور مادون قرمز، سنسور چشمی آسانسور است.
در ارتباطاتی که بین گیرنده و فرستنده به صورت غیر مستقیم اتفاق می افتد، هر دو دیود، در کنار یک جسم مات و در قسمت جلویی سنسور قرار می گیرند.
در اینجا، نور LED IR به سطح صیقلی برخورد کرده و سپس به فتودیود می رسد. البته باید دقت داشته باشید، سطحی که ما در اینجا اشاره کردیم، می بایست نور را انعکاس دهد و به هیچ عنوان نباید آن را عبور دهد و یا جذب کند؛ به عبارت دیگر این سطح می بایست یک سطح رفلاکس دهنده نور باشد.
قانون های فیزیکی مطرح در سنسور مادون قرمز
وقتی پای عملکرد مادون قرمز به میان می آید، باید در مورد چند قانون فیزیکی نیز صحبت شود. این قانون ها به شرح زیر می باشند :
قانون تابش پلانک
یکی از قانون های مطرح شده در مادون قرمز، قانون تابش پلانک است. این قانون می گوید، هر جسمی که در دمای صفر درجه کلوین نیست، قادر است امواجی را از خود تابش کند.
قانون استفان بولتزمن
دیگر قانون مطرح شده در مادون قرمز، قانونی تحت عنوان استفان بولتزمن است. این قانون می گوید، تمام انرژی هایی که توسط یک جسم سیاه در یک طول موج ساطع می شود، در دمای مطلق است.
قانون جا به جایی WEIN
قانون جا به جایی Wein از دیگر قانون هایی است که در بحث مادون قرمز مطرح می باشد. طبق این قانون، اجسامی که در درجه حرارت های مختلف، طیفی را از خود ساطع می کنند، این طیف در طول موج های متفاوت به اوج خواهد رسید.
سوالات متداول
مادون قرمز چیست ؟
نوعی تکنولوژی پیشرفته می باشد که امروزه در تمامی مشاغل و موقعیت ها قابل استفاده می باشد و به انسان ها کمک می کد تا بسیاری از موارد غیر قابل درک را ببینند و درک کنند.
قانون های فیزیکی مطرح در سنسور مادون قرمز چیست ؟
قوانین فیزیکی مختلفی برای سنسور مادون قرمز طراحی و یا نوشته شده که در این مقاله ما به تمامی آنها پرداخته ایم.
