مبدأ الأشعة تحت الحمراء واستخدام إضاءة LED
مطياف الأشعة تحت الحمراء
الضوء الذي يمكن للناس رؤيته بالعين المجردة يسمى الضوء المرئي ، والطول الموجي للضوء المرئي هو 380-750 نانومتر. ترتيب الطول الموجي للضوء المرئي من القصير إلى الطويل هو الضوء الأرجواني ← الضوء الأزرق ← الضوء السماوي ← الضوء الأخضر ← الضوء الأصفر ← الضوء البرتقالي ← الضوء الأحمر. يسمى الضوء ذو الطول الموجي الأطول من الضوء الأحمر بالأشعة تحت الحمراء أو ضوء الأشعة تحت الحمراء (الأشعة تحت الحمراء). ضوء الأشعة تحت الحمراء هو ضوء لا يمكن للناس رؤيته بالعين المجردة.
يكون توزيع الطول الموجي لجزء من الضوء كما يلي:
ضوء بنفسجي (O.40 ～ 0.43μm) ؛ الضوء الأزرق (0.43 ～ 0.47 ميكرومتر) ؛ ضوء سماوي (0.47 ～ 0.50 ميكرومتر) ؛ الضوء الأخضر (0.50 ～ 0.56 ميكرومتر) ؛ الضوء الأصفر (0.56 ～ 0.59 ميكرومتر) ؛ ضوء برتقالي (0.59 ～ 0.62 ميكرومتر) ؛ الضوء الأحمر (0.62 ～ 0.76 ميكرومتر) ؛ الأشعة تحت الحمراء (0.76 × 1000 ميكرومتر) ؛ يمكن تقسيم ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى:
1. الأشعة تحت الحمراء القريبة (760 ～ 3000 نانومتر) ؛ 2. منتصف الأشعة تحت الحمراء (3000 × 60000 ريم) ؛ 3. الأشعة تحت الحمراء البعيدة (6000 150000 نانومتر).
أي جسم له درجة حرارة في الطبيعة سوف يشع أشعة تحت الحمراء ، لكن الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء المشعة مختلفة. وفقًا للتجارب ، تتركز أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء (الطاقة) التي يشعها جسم الإنسان بشكل أساسي عند حوالي 10000 نانومتر. وفقًا لخصائص الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء لجسم الإنسان ، إذا تم استخدام جهاز كشف ، يمكن اكتشاف الأشعة تحت الحمراء التي يشعها جسم الإنسان ويمكن إزالة موجات الضوء الأخرى غير الضرورية.
يمكن تحقيق الغرض من الكشف عن معلومات النشاط البشري. لذلك ، ظهر منتج استشعار يكتشف الأشعة تحت الحمراء لجسم الإنسان. يتكون مستشعر الأشعة تحت الحمراء لجسم الإنسان وفقًا لمبدأ الكهرباء الحرارية.
مبدأ كهربي حراري
مستشعر الأشعة تحت الحمراء لجسم الإنسان هو نوع من منتجات الاستشعار المصنوعة باستخدام مبدأ التأثير الكهروحراري. ما هو التأثير الكهروحراري؟ إنها ظاهرة تتولد فيها الشحنات الكهربائية بسبب التغيرات في درجة الحرارة.
من أجل توضيح التأثير الكهربي الحراري يظهر أيضًا. توضيح مع رسم تخطيطي.
الشكل 1 هو رسم تخطيطي لمنحنى تغير درجة الحرارة: الشكل 2 هو رسم تخطيطي لمنحنى حالة تغير شحنة سطح المستشعر الناجم عن تغير درجة الحرارة ؛ الشكل 3 هو رسم تخطيطي لمنحنى خرج تغيير الجهد الناجم عن تغيير شحنة سطح المستشعر.
في المرحلة الأولى (T) من الشكل 1 ، لا تتغير درجة حرارة مستشعر الأشعة تحت الحمراء الكهروحرارية بدون الأشعة تحت الحمراء ، وتكون الشحنة على سطح المستشعر في حالة معادلة ، وتكون الإلكترونات الموجبة والسالبة متساوية (A ). في هذا الوقت ، لا يوجد خرج للمستشعر (0). الشكل l المرحلة الثانية (T + △ T) ، عندما يكون هناك تغير في درجة الحرارة. تحت الأشعة تحت الحمراء لجسم الإنسان ، إذا ارتفعت درجة حرارة مستشعر الأشعة تحت الحمراء الكهروحرارية بمقدار △ T ، فإن الشحنة على سطح المستشعر ستتغير وفقًا لذلك كما هو موضح في الشكل 2 (ب). إذا كان تغير درجة الحرارة هو T ، فإن تغيير الشحنة المقابل سينتج عنه تغيير △ V. لذلك ، مخرجات المستشعر △ V. مع مرور الوقت ، سيعيد سطح المستشعر امتصاص الأيونات في الهواء ويلغي بعضها البعض للوصول إلى الحالة المعادلة كما هو موضح في الشكل 2 ج. في هذا الوقت ، لا يعود المستشعر إلى أي خرج (O). كما هو مبين في الشكل 3.
عندما تنخفض درجة الحرارة ، تعود درجة الحرارة إلى حالتها الأصلية (T) ، وتظهر حالة الاستقطاب الحر في الشكل 2 د. نظرًا لأن عملية انخفاض درجة الحرارة وتغيرها (تحدث نسبيًا) هي عكس زيادة درجة الحرارة ، فإن عملية تغيير الشحن على سطح المستشعر هي عكس عملية التغيير عندما يرتفع ، وهي عملية عكسية.
لذلك ، فإن إشارة خرج المستشعر هي △ V ، كما هو موضح في الشكل 3. بنفس الطريقة ، مع مرور الوقت ، سيعيد سطح المستشعر امتصاص الأيونات في الهواء ، وإشارة خرج المستشعر سيكون الصفر مرة أخرى.
يظهر في الشكل 3. إشارة خرج المستشعر&للعملية الكاملة لاستشعار معلومات النشاط البشري. ليس من الصعب أن نرى من الرسم التخطيطي لخرج المستشعر أن خرج الإشارة من خلال عمل المستشعر إلى الأنشطة البشرية هو شكل موجة كامل. في التجربة. إذا تم تضخيم الإشارة بواسطة مكبر للصوت ، ثم تم ملاحظتها باستخدام راسم الذبذبات ، فستكون نبضة موجبة ونبضة سالبة. بمعنى آخر ، تشبه إشارة الحركة التي يتم استشعارها بواسطة خرج المستشعر إشارة نبضة كاملة لتر هرتز.
حساس الأشعة تحت الحمراء
في المستشعر الكهروحراري ، تم استخدام المستشعر أحادي العنصر في الماضي. نظرًا لأن المستشعر أحادي العنصر يتأثر أكثر بعوامل مثل الضوء الشارد ، فإن تأثير التطبيق يكون ضعيفًا نسبيًا. لذلك ، يتم الآن استخدام وحدات الاستشعار ثنائية العنصر بشكل شائع. يتميز هذا النوع من أجهزة الاستشعار بالمزايا التالية:
1. يتميز بخصائص الحساسية العالية.
2. يتم توصيل جهازي الوحدة في الاتجاه المعاكس. لذلك ، فإن مدخلات الأشعة تحت الحمراء في نفس الوقت تلغي بعضها البعض ، ولا يوجد خرج. هذا يزيد من الاستقرار للضوء الشارد الخارجي ، والتغيرات في درجة الحرارة البيئية وتأثيرات الاهتزاز الخارجية (انظر الشكل 5).
نظرًا لمقاومة المدخلات العالية للغاية لمستشعر الأشعة تحت الحمراء الكهروحرارية ، فمن السهل جدًا إدخال الضوضاء.
لذلك ، من الضروري إجراء معالجة التدريع الكهرومغناطيسي على المستشعر ، لذلك تم اعتماد الحزمة المعدنية وتأريض الغلاف. بهذه الطريقة ، يمكن تحقيق الغرض من حجب ضوضاء الفوضى.
في الطبيعة ، تتناسب الطاقة الحرارية التي تشعها جميع الأجسام مع درجة حرارتها. كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم ، كلما أقصر طول الموجة القصوى لطاقته الحرارية المشعة. يشع جسم الإنسان بدرجة حرارة 36-37 درجة مئوية أشعة تحت الحمراء مع ذروة طاقة حرارية تبلغ حوالي 900-1000 نانومتر. لذلك ، يمكن الكشف عن وجود أو عدم وجود جسم الإنسان بواسطة مستشعر الأشعة تحت الحمراء الكهروحراري.
من أجل تجنب تأثير ضوء الشمس وأضواء الإضاءة في عملية مراقبة وجود أو عدم وجود جسم الإنسان ، يتم عادةً إضافة مرشح إلى سطح مستشعر الأشعة تحت الحمراء الكهروحراري. في الوقت نفسه ، نظرًا لأن جسم الإنسان يتحرك ببطء ، فمن الضروري أيضًا حمل عدسة فرينل عالية الكفاءة والتركيز وغيرها من الملحقات التي يمكن أن تلبي احتياجات الاستخدام الفعلية.
