Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ hồng ngoại
Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại là một loại 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: tất cả các vật thể có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối sẽ 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 nhận được thành tín hiệu điện thông qua bộ phận nhiệt điện hoặc bộ dò nhiệt điện tích hợp, sau đó tính toán giá trị nhiệt độ thông qua một thuật toán.
Đặc điểm kỹ thuật:
Đo không tiếp xúc: không cần tiếp xúc với vật thể cần đo, tránh được sự nhiễm bẩn hoặc nhiễu loạn do nhiệt độ cao và các vật thể chuyển động.
Tốc độ phản hồi nhanh: phản hồi trong mili giây, phù hợp cho việc giám sát nhiệt độ động.
Phạm vi hoạt động rộng: phạm vi hoạt động điển hình từ -50℃ đến 3000℃ (các mẫu khác nhau có thể khác nhau đáng kể).
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: ±1% hoặc ±1,5℃ (loại công nghiệp cao cấp có thể đạt ±0,3℃)
Điều chỉnh độ phát xạ: hỗ trợ điều chỉnh từ 0,1 đến 1,0 (đã hiệu chỉnh cho các bề mặt vật liệu khác nhau)
Độ phân giải quang học: Ví dụ, 30:1 có nghĩa là có thể đo được diện tích đường kính 1cm ở khoảng cách 30cm.
Bước sóng phản hồi: Thông thường 8~14μm (thích hợp cho 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 các cảm biến mảng hồng ngoại MLX90614 tại các ổ trục động cơ và dự đoán lỗi bằng cách liên tục giám sát sự thay đổi nhiệt độ của ổ trục kết hợp với thuật toán trí tuệ nhân tạo. Dữ liệu thực tế cho thấy việc cảnh báo sớm các lỗi quá nhiệt của ổ trục trước 72 giờ có thể giảm tổn thất do thời gian ngừng hoạt động xuống 230.000 đô la Mỹ mỗi năm.
2. Hệ thống sàng lọc thân nhiệt y tế
Trong đại dịch COVID-19 năm 2020, máy ảnh nhiệt FLIR T series đã được triển khai tại lối vào cấp cứu của các bệnh viện, đạt được khả năng sàng lọc thân nhiệt bất thường cho 20 người mỗi giây, với sai số đo nhiệt độ ≤0,3℃, và kết hợp với công nghệ nhận diện khuôn mặt để theo dõi quỹ đạo di chuyển của những người có thân nhiệt bất thường.
3. Điều khiển 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 không có thức ăn), công suất sẽ tự động giảm. So với giải pháp cặp nhiệt điện truyền thống, tốc độ phản hồi điều khiển nhiệt độ được tăng lên gấp 5 lần.
4. Hệ thống tưới tiêu chính xác trong nông nghiệp
Một trang trại ở Israel sử dụng máy ảnh nhiệt hồng ngoại Heimann HTPA32x32 để theo dõi nhiệt độ tán lá cây trồng 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 trong vườn nho đồng thời tăng sản lượng lên 15%.
5. Giám sát trực tuyến hệ thống điện
Tập đoàn lưới điện quốc gia (State Grid) triển khai các nhiệt kế hồng ngoại trực tuyến dòng Optris PI tại các trạm biến áp cao áp để giám sát nhiệt độ của các bộ phận quan trọng như mối nối thanh dẫn và sứ cách điện 24/24. Năm 2022, một trạm biến áp đã cảnh báo thành công về sự tiếp xúc kém của các thiết bị ngắt mạch 110kV, tránh được sự cố mất điện trên diện rộng.
Xu hướng phát triển đổi mới
Công nghệ kết hợp đa quang phổ: Kết hợp phép đo nhiệt độ hồng ngoại với hình ảnh ánh sáng nhìn thấy để nâng cao khả năng nhận dạng mục tiêu trong các tình huống phức tạp.
Phân tích trường nhiệt độ bằng AI: Phân tích đặc điểm phân bố nhiệt độ dựa trên học sâu, ví dụ như tự động dán nhãn các vùng viêm nhiễm trong lĩnh vực y tế.
Thu nhỏ công nghệ MEMS: Cảm biến AS6221 do AMS ra mắt chỉ có kích thước 1,5×1,5mm và có thể được tích hợp 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 cho phép giám sát từ xa ở phạm vi ki-lô-mét, phù hợp cho việc giám sát đường ống dẫn dầu.
Gợi ý lựa chọn
Dây chuyền chế biến thực phẩm: Ưu tiên các mẫu có cấp độ 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 xuất dữ liệu (chẳng hạn như USB/I2C).
Ứng dụng phòng cháy chữa cháy: Chọn các cảm biến chống cháy nổ có phạm vi hoạt động trên 600℃, được trang bị bộ lọc chống 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 bài: 11/02/2025