Cảm biến hồng ngoại nhiệt đã trở thành một phần thiết yếu của cuộc sống hiện đại. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị y tế, nhà thông minh, giám sát công nghiệp, hệ thống an ninh và camera chụp ảnh nhiệt. Không giống như cảm biến ánh sáng khả kiến, cảm biến hồng ngoại nhiệt phát hiện bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể và chuyển nó thành tín hiệu điện dựa trên sự thay đổi nhiệt độ.
Ngày nay, các công nghệ cảm biến hồng ngoại nhiệt phổ biến nhất có thể được chia thành ba loại chính: cảm biến hồng ngoại nhiệt điện, cảm biến hồng ngoại nhiệt điện và máy đo vi nhiệt. Mỗi công nghệ hoạt động theo một nguyên tắc khác nhau và được thiết kế cho các ứng dụng khác nhau. Việc hiểu các loại cảm biến này có thể giúp các kỹ sư, nhà sản xuất và người dùng cuối chọn giải pháp hồng ngoại phù hợp với nhu cầu của họ.
1.Cảm biến hồng ngoại nhiệt là gì?
Cảm biến hồng ngoại nhiệt phát hiện năng lượng hồng ngoại phát ra từ vật thể và chuyển nó thành tín hiệu điện có thể đo được. Vì tất cả các vật thể trên độ không tuyệt đối đều phát ra bức xạ hồng ngoại nên cảm biến nhiệt có thể đo nhiệt độ hoặc phát hiện sự hiện diện của người và vật thể mà không cần tiếp xúc trực tiếp.
Không giống như máy dò photon, cảm biến hồng ngoại nhiệt phản ứng với những thay đổi do nhiệt gây ra trong tính chất vật liệu. Điều này làm cho chúng phù hợp với nhiều ứng dụng đồng thời thường giảm độ phức tạp và chi phí của hệ thống.
2. Cảm biến hồng ngoại nhiệt điện và cảm biến hồng ngoại nhiệt điện
Cảm biến nhiệt điện là một trong những cảm biến hồng ngoại nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất. Nguyên lý hoạt động tương đối đơn giản: khi bức xạ hồng ngoại làm nóng vùng cảm biến sẽ tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ, tạo ra tín hiệu điện đầu ra.
Vì cảm biến nhiệt điện có thể đo nhiệt độ trực tiếp mà không cần tiếp xúc vật lý nên chúng thường được sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng và y tế. Nhiệt kế đo tai, nhiệt kế đo trán, thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc và các thiết bị điện thường dựa vào công nghệ nhiệt kế. Ưu điểm của chúng bao gồm cấu trúc đơn giản, tiêu thụ điện năng thấp, độ ổn định tốt và chi phí tương đối thấp. Tuy nhiên, chúng thường được sử dụng để đo nhiệt độ hơn là chụp ảnh nhiệt.
Cảm biến hồng ngoại nhiệt điện hoạt động dựa trên hiệu ứng nhiệt điện. Một số vật liệu tạo ra điện tích khi nhiệt độ của chúng thay đổi. Một đặc điểm quan trọng của cảm biến nhiệt điện là chúng chỉ phản ứng với việc thay đổi tín hiệu hồng ngoại. Chúng rất nhạy cảm với chuyển động nhưng không thể phát hiện hiệu quả các vật thể đứng yên với nhiệt độ không đổi. Điều này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng phát hiện chuyển động. Cảm biến chuyển động hồng ngoại, hệ thống chiếu sáng tự động, vòi thông minh, báo động an ninh và hệ thống phát hiện người sử dụng thường sử dụng cảm biến hồng ngoại nhiệt điện.
3.Microbolometer: Cốt lõi của máy ảnh chụp ảnh nhiệt
Microbolometer đại diện cho công nghệ cảm biến hồng ngoại nhiệt tiên tiến nhất và được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng hình ảnh. Không giống như cảm biến nhiệt điện và nhiệt điện, máy đo nhiệt độ vi mô có thể tạo ra hình ảnh nhiệt hoàn chỉnh thay vì tín hiệu nhiệt độ hoặc chuyển động đơn giản.
Một microbolometer bao gồm các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Khi vật liệu nóng lên, điện trở của nó thay đổi. Máy dò đo những thay đổi điện trở này và chuyển đổi chúng thành dữ liệu hình ảnh, tạo ra bản đồ nhiệt độ trực quan của hiện trường. Khả năng này cho phép camera chụp ảnh nhiệt phát hiện đồng thời sự khác biệt về nhiệt độ trên hàng nghìn pixel, khiến máy đo nhiệt độ vi mô trở thành lựa chọn ưu tiên cho các hệ thống chụp ảnh nhiệt.
Các ứng dụng bao gồm kiểm tra công nghiệp, bảo trì dự đoán, chữa cháy, an ninh vành đai, tầm nhìn ô tô, sàng lọc y tế và camera nhiệt gắn trên máy bay không người lái.
4.VOx so với vi lượng kế silicon vô định hình
Máy đo nhiệt độ vi mô hiện đại thường sử dụng một trong hai vật liệu cảm biến: oxit vanadi (VOx) hoặc silicon vô định hình (a-Si). Silicon vô định hình có khả năng tương thích sản xuất tốt với các quy trình bán dẫn tiêu chuẩn và đã được áp dụng trong nhiều sản phẩm chụp ảnh nhiệt khác nhau. Tuy nhiên, công nghệ VOx thường được coi là trưởng thành hơn và được triển khai rộng rãi trong các hệ thống hình ảnh hồng ngoại hiệu suất cao. Máy đo vi nhiệt VOx được biết đến với độ nhạy cao, chất lượng hình ảnh tuyệt vời và hiệu suất ổn định. Những ưu điểm này đã khiến VOx trở thành một trong những công nghệ vượt trội trên thị trường máy dò hồng ngoại không được làm mát toàn cầu. Khi các ứng dụng chụp ảnh nhiệt tiếp tục mở rộng, máy dò dựa trên VOx vẫn là lựa chọn phổ biến cho máy ảnh nhiệt chuyên nghiệp và thương mại.
5.Chọn cảm biến hồng ngoại nhiệt phù hợp
Cảm biến hồng ngoại nhiệt tốt nhất phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng. Cảm biến nhiệt điện lý tưởng để đo nhiệt độ không tiếp xúc. Cảm biến nhiệt điện vượt trội trong việc phát hiện chuyển động và cảm biến chiếm chỗ. Máy đo vi nhiệt là giải pháp ưu tiên khi cần chụp ảnh nhiệt và lập bản đồ nhiệt độ chi tiết.
Đối với các hệ thống hình ảnh nhiệt hiện đại, máy đo nhiệt độ vi mô VOx tiếp tục dẫn đầu thị trường nhờ độ nhạy cao, công nghệ hoàn thiện và hiệu suất hình ảnh tuyệt vời.
Phần kết luận
Cảm biến hồng ngoại nhiệt đóng một vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng hàng ngày và công nghiệp. Cảm biến nhiệt điện cung cấp khả năng đo nhiệt độ chính xác, cảm biến nhiệt điện cho phép phát hiện chuyển động đáng tin cậy và máy đo nhiệt độ vi mô giúp chụp ảnh nhiệt.
Khi công nghệ hồng ngoại tiếp tục phát triển, máy dò hồng ngoại không được làm mát dựa trên VOx đang giúp thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi hơn hình ảnh nhiệt trên các thị trường tiêu dùng, công nghiệp, y tế và an ninh. Những cải tiến này đang làm cho cảm biến nhiệt trở nên mạnh mẽ hơn, giá cả phải chăng hơn và dễ tiếp cận hơn bao giờ hết.