Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ hồng ngoại
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại là một cảm biến không tiếp xúc, sử dụng năng lượng bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể để đo nhiệt độ bề mặt. Nguyên lý cốt lõi của nó dựa trên định luật Stefan-Boltzmann: mọi vật thể có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối đều phát ra tia hồng ngoại, và cường độ bức xạ tỷ lệ thuận với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ bề mặt vật thể. Cảm biến chuyển đổi bức xạ hồng ngoại thu được thành tín hiệu điện thông qua đầu dò nhiệt điện hoặc nhiệt điện tích hợp, sau đó tính toán giá trị nhiệt độ thông qua một thuật toán.
Tính năng kỹ thuật:
Đo không tiếp xúc: không cần tiếp xúc với vật thể đang đo, tránh nhiễm bẩn hoặc nhiễu do nhiệt độ cao và mục tiêu chuyển động.
Tốc độ phản hồi nhanh: phản hồi tính bằng mili giây, phù hợp để theo dõi nhiệt độ động.
Phạm vi rộng: phạm vi phủ sóng điển hình -50℃ đến 3000℃ (các mẫu khác nhau có thể khác nhau rất nhiều).
Khả năng thích ứng cao: có thể sử dụng trong môi trường chân không, ăn mòn hoặc nhiễu điện từ.
Các chỉ số kỹ thuật cốt lõi
Độ chính xác đo lường: ±1% hoặc ±1,5℃ (cấp công nghiệp cao cấp có thể đạt ±0,3℃)
Điều chỉnh độ phát xạ: hỗ trợ điều chỉnh 0,1~1,0 (hiệu chuẩn cho các bề mặt vật liệu khác nhau)
Độ phân giải quang học: Ví dụ, 30:1 có nghĩa là diện tích có đường kính 1cm có thể được đo ở khoảng cách 30cm
Bước sóng phản hồi: Phổ biến 8~14μm (phù hợp với các vật thể ở nhiệt độ bình thường), loại sóng ngắn được sử dụng để phát hiện nhiệt độ cao
Các trường hợp ứng dụng điển hình
1. Bảo trì dự đoán thiết bị công nghiệp
Một nhà sản xuất ô tô đã lắp đặt cảm biến mảng hồng ngoại MLX90614 tại ổ trục động cơ và dự đoán lỗi bằng cách liên tục theo dõi sự thay đổi nhiệt độ ổ trục và kết hợp các thuật toán AI. Dữ liệu thực tế cho thấy việc cảnh báo lỗi ổ trục quá nhiệt trước 72 giờ có thể giảm 230.000 đô la Mỹ mỗi năm do thời gian ngừng hoạt động.
2. Hệ thống sàng lọc nhiệt độ y tế
Trong đại dịch COVID-19 năm 2020, máy ảnh nhiệt dòng T của FLIR đã được triển khai tại lối vào cấp cứu của bệnh viện, đạt hiệu suất sàng lọc nhiệt độ bất thường là 20 người mỗi giây, với sai số đo nhiệt độ ≤0,3℃ và kết hợp với công nghệ nhận dạng khuôn mặt để theo dõi quỹ đạo của nhân viên có nhiệt độ bất thường.
3. Kiểm soát nhiệt độ thiết bị gia dụng thông minh
Bếp từ cao cấp tích hợp cảm biến hồng ngoại Melexis MLX90621 để theo dõi sự phân bố nhiệt độ đáy nồi theo thời gian thực. Khi phát hiện hiện tượng quá nhiệt cục bộ (ví dụ như cháy nồi), công suất sẽ tự động giảm. So với giải pháp cặp nhiệt điện truyền thống, tốc độ phản hồi điều khiển nhiệt độ tăng gấp 5 lần.
4. Hệ thống tưới tiêu chính xác nông nghiệp
Một trang trại ở Israel sử dụng máy ảnh nhiệt hồng ngoại Heimann HTPA32x32 để theo dõi nhiệt độ tán cây và xây dựng mô hình thoát hơi nước dựa trên các thông số môi trường. Hệ thống tự động điều chỉnh lượng nước tưới nhỏ giọt, tiết kiệm 38% lượng nước tưới cho vườn nho đồng thời tăng 15% sản lượng.
5. Giám sát trực tuyến hệ thống điện
State Grid triển khai nhiệt kế hồng ngoại trực tuyến dòng Optris PI tại các trạm biến áp cao thế để theo dõi nhiệt độ của các bộ phận quan trọng như khớp nối thanh cái và sứ cách điện 24/7. Năm 2022, một trạm biến áp đã cảnh báo thành công tình trạng tiếp xúc kém của các dao cách ly 110kV, tránh được tình trạng mất điện cục bộ.
Xu hướng phát triển đổi mới
Công nghệ tổng hợp đa phổ: Kết hợp phép đo nhiệt độ hồng ngoại với hình ảnh ánh sáng khả kiến để cải thiện khả năng nhận dạng mục tiêu trong các tình huống phức tạp
Phân tích trường nhiệt độ AI: Phân tích các đặc điểm phân bố nhiệt độ dựa trên học sâu, chẳng hạn như dán nhãn tự động các vùng viêm trong lĩnh vực y tế
Thu nhỏ MEMS: Cảm biến AS6221 do AMS ra mắt có kích thước chỉ 1,5×1,5mm và có thể được nhúng vào đồng hồ thông minh để theo dõi nhiệt độ da
Tích hợp Internet vạn vật không dây: Các nút đo nhiệt độ hồng ngoại giao thức LoRaWAN đạt được khả năng giám sát từ xa ở cấp độ kilomet, phù hợp để giám sát đường ống dẫn dầu
Gợi ý lựa chọn
Dây chuyền chế biến thực phẩm: Ưu tiên các model có cấp bảo vệ IP67 và thời gian phản hồi <100ms
Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: Chú ý đến độ phân giải nhiệt độ 0,01℃ và giao diện đầu ra dữ liệu (như USB/I2C)
Ứng dụng phòng cháy chữa cháy: Chọn cảm biến chống cháy nổ có phạm vi hơn 600℃, được trang bị bộ lọc khói
Với sự phổ biến của công nghệ 5G và điện toán biên, cảm biến nhiệt độ hồng ngoại đang phát triển từ các công cụ đo lường đơn lẻ thành các nút cảm biến thông minh, cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn hơn trong các lĩnh vực như Công nghiệp 4.0 và thành phố thông minh.
Thời gian đăng: 11-02-2025