หลักการอินฟราเรดและการใช้ไฟ LED
อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี
แสงที่มนุษย์มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเรียกว่าแสงที่มองเห็นได้ และความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้คือ 380-750 นาโนเมตร ลำดับความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นจากสั้นไปยาวคือ แสงสีม่วง → แสงสีน้ำเงิน → แสงสีฟ้า → แสงสีเขียว → แสงสีเหลือง → แสงสีส้ม → แสงสีแดง แสงที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงสีแดงเรียกว่าแสงอินฟราเรดหรือแสงอินฟราเรด (อินฟราเรด) แสงอินฟราเรดเป็นแสงที่คนมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า
การกระจายความยาวคลื่นของแสงบางส่วนมีดังนี้:
แสงสีม่วง (O.40~0.43μm); แสงสีฟ้า (0.43~0.47μm); แสงสีฟ้า (0.47~0.50μm); ไฟเขียว (0.50~0.56μm); แสงสีเหลือง (0.56~0.59μm); แสงสีส้ม ( 0.59~0.62μm); แสงสีแดง (0.62~0.76μm); อินฟราเรด (0.76 ~ 1000μm); แสงอินฟราเรดสามารถแบ่งออกเป็น:
1. ใกล้อินฟราเรด (760 ~ 3000nm); 2. อินฟราเรดกลาง (3000 ~ 60000rim); 3. อินฟราเรดไกล (6000 ~ 150000nm)
วัตถุใดๆ ที่มีอุณหภูมิตามธรรมชาติจะแผ่รังสีอินฟราเรด แต่ความยาวคลื่นของรังสีอินฟราเรดที่แผ่ออกมานั้นแตกต่างกัน จากการทดลอง ความยาวคลื่นอินฟราเรด (พลังงาน) ที่ปล่อยออกมาจากร่างกายมนุษย์นั้นส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ที่ประมาณ 10,000 นาโนเมตร ตามลักษณะของความยาวคลื่นอินฟราเรดของร่างกายมนุษย์ หากใช้อุปกรณ์ตรวจจับ อินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากร่างกายมนุษย์สามารถตรวจจับได้ และคลื่นแสงอื่นๆ ที่ไม่จำเป็นสามารถถอดออกได้
สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการตรวจจับข้อมูลกิจกรรมของมนุษย์ได้ ดังนั้นผลิตภัณฑ์เซ็นเซอร์ที่ตรวจจับรังสีอินฟราเรดของร่างกายมนุษย์จึงปรากฏขึ้น เซ็นเซอร์อินฟราเรดของร่างกายมนุษย์สร้างขึ้นตามหลักการของไพโรอิเล็กทริก
หลักการไพโรอิเล็กทริก
เซ็นเซอร์อินฟราเรดในร่างกายมนุษย์เป็นผลิตภัณฑ์ตรวจจับชนิดหนึ่งที่ทำโดยใช้หลักการของเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริก เอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกคืออะไร? เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดประจุไฟฟ้าขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
เพื่อแสดงเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกอย่างชัดเจน แสดงด้วยไดอะแกรม
รูปที่ 1 เป็นแผนผังของเส้นโค้งการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ: รูปที่ 2 เป็นแผนผังของเส้นโค้งสถานะการเปลี่ยนแปลงประจุของพื้นผิวเซ็นเซอร์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ รูปที่ 3 เป็นแผนผังของเส้นโค้งเอาต์พุตของการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงประจุที่พื้นผิวของเซ็นเซอร์
ในระยะเริ่มต้น (T) ของรูปที่ 1 อุณหภูมิของเซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกจะไม่เปลี่ยนแปลงหากไม่มีรังสีอินฟราเรด ประจุบนพื้นผิวของเซ็นเซอร์อยู่ในสถานะเป็นกลาง และอิเล็กตรอนบวกและลบจะเท่ากัน (A ). ขณะนี้ เซ็นเซอร์ไม่มีเอาต์พุต ( 0) รูปที่ l ขั้นตอนที่สอง (T+△T) เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ภายใต้การแผ่รังสีอินฟราเรดของร่างกายมนุษย์ หากอุณหภูมิของเซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกเพิ่มขึ้น △T ประจุบนพื้นผิวของเซ็นเซอร์จะเปลี่ยนไปตามที่แสดงในรูปที่ 2(B) หากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเป็น △T การเปลี่ยนแปลงของประจุจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง △V ดังนั้นเซ็นเซอร์จะส่งออก △V เมื่อเวลาผ่านไป พื้นผิวของเซ็นเซอร์จะดูดซับไอออนในอากาศอีกครั้งและแยกตัวออกจากกันเพื่อให้อยู่ในสถานะเป็นกลางดังแสดงในรูปที่ 2c ในขณะนี้ เซ็นเซอร์จะกลับสู่สถานะไม่มีเอาต์พุต (O) ดังแสดงในรูปที่ 3
เมื่ออุณหภูมิลดลง อุณหภูมิจะกลับสู่สถานะเดิม (T) และสถานะโพลาไรซ์อิสระจะแสดงในรูปที่ 2D เนื่องจากกระบวนการของการลดและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ (การพูดเชิงเปรียบเทียบ) นั้นตรงกันข้ามกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ กระบวนการเปลี่ยนประจุบนพื้นผิวของเซ็นเซอร์จึงตรงกันข้ามกับกระบวนการเปลี่ยนแปลงเมื่อมันเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นกระบวนการผกผัน
ดังนั้นสัญญาณเอาต์พุตของเซ็นเซอร์จึงเป็น △V ดังแสดงในรูปที่ 3 ในทำนองเดียวกัน เมื่อเวลาผ่านไปพื้นผิวของเซ็นเซอร์จะดูดซับไอออนในอากาศอีกครั้ง และสัญญาณเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ จะเป็นศูนย์อีกครั้ง
สัญญาณเอาต์พุตของเซ็นเซอร์' สำหรับกระบวนการตรวจจับข้อมูลกิจกรรมของมนุษย์ทั้งหมดแสดงไว้ในรูปที่ 3 ไม่ยากที่จะเห็นจากแผนภาพเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ว่าสัญญาณที่ส่งออกโดยการกระทำของเซ็นเซอร์ต่อกิจกรรมของมนุษย์ เป็นรูปคลื่นที่สมบูรณ์ ในการทดลอง หากสัญญาณถูกขยายโดยแอมพลิฟายเออร์ แล้วสังเกตด้วยออสซิลโลสโคป มันจะเป็นพัลส์บวกและพัลส์ลบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง สัญญาณการเคลื่อนไหวที่ตรวจจับได้จากเอาต์พุตของเซ็นเซอร์จะคล้ายกับสัญญาณพัลส์ l Hz ที่สมบูรณ์
เซ็นเซอร์อินฟราเรด
ในเซ็นเซอร์แบบไพโรอิเล็กทริก ในอดีตมีการใช้เซ็นเซอร์แบบองค์ประกอบเดียว เนื่องจากเซ็นเซอร์แบบองค์ประกอบเดียวได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น แสงจรจัด เอฟเฟกต์การใช้งานจึงค่อนข้างแย่ ดังนั้น จึงนิยมใช้หน่วยตรวจจับแบบสององค์ประกอบ เซ็นเซอร์ประเภทนี้มีข้อดีดังต่อไปนี้:
1. มีลักษณะความไวสูง
2. อุปกรณ์ทั้งสองยูนิตเชื่อมต่อกันแบบย้อนกลับ ดังนั้นรังสีอินฟราเรดที่ป้อนเข้าพร้อมกันจะตัดกันและไม่มีเอาต์พุต ซึ่งจะช่วยเพิ่มความเสถียรให้กับแสงเล็ดลอดภายนอก การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม และผลกระทบจากการสั่นสะเทือนภายนอก (ดูรูปที่ 5)
เนื่องจากเซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกมีอิมพีแดนซ์อินพุตสูงมาก จึงทำให้เกิดสัญญาณรบกวนได้ง่าย
ดังนั้นจึงจำเป็นต้องดำเนินการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าบนเซ็นเซอร์ ดังนั้นจึงนำชุดโลหะมาใช้และต่อสายดินของเปลือก ด้วยวิธีนี้ วัตถุประสงค์ของการป้องกันเสียงรบกวนที่ยุ่งเหยิงสามารถทำได้
โดยธรรมชาติแล้ว พลังงานความร้อนที่แผ่ออกมาจากวัตถุทั้งหมดนั้นแปรผันตามอุณหภูมิของตัวมันเอง ยิ่งอุณหภูมิของวัตถุสูงขึ้น ความยาวคลื่นสูงสุดของพลังงานความร้อนที่แผ่ออกมาก็จะสั้นลงเท่านั้น ร่างกายมนุษย์ที่มีอุณหภูมิ 36-37°C แผ่รังสีอินฟราเรดด้วยพลังงานความร้อนสูงสุดประมาณ 900-1000 นาโนเมตร ดังนั้นการมีอยู่หรือไม่มีของร่างกายมนุษย์จึงสามารถตรวจจับได้ด้วยเซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริก
เพื่อหลีกเลี่ยงอิทธิพลของแสงแดดและแสงไฟในกระบวนการตรวจสอบการมีอยู่หรือไม่มีของร่างกายมนุษย์ ตัวกรองมักจะถูกเพิ่มเข้ากับพื้นผิวของเซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริก ในขณะเดียวกัน เนื่องจากร่างกายมนุษย์เคลื่อนไหวช้า จึงจำเป็นต้องพกเลนส์ Fresnel ที่มีประสิทธิภาพสูง โฟกัส และอุปกรณ์เสริมอื่น ๆ ที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อตอบสนองความต้องการใช้งานจริง
