مقدمة عن مستشعر درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء
مستشعر درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء هو مستشعر غير تلامسي يستخدم طاقة الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من جسم ما لقياس درجة حرارة سطحه. يعتمد مبدأه الأساسي على قانون ستيفان-بولتزمان: جميع الأجسام التي تزيد درجة حرارتها عن الصفر المطلق ستشع أشعة تحت حمراء، وتتناسب شدة الإشعاع مع القوة الرابعة لدرجة حرارة سطح الجسم. يحوّل المستشعر الأشعة تحت الحمراء المستقبلة إلى إشارة كهربائية عبر كاشف حراري مدمج أو كاشف كهربائي حراري، ثم يحسب قيمة درجة الحرارة باستخدام خوارزمية.
المميزات التقنية:
القياس بدون تلامس: لا حاجة إلى الاتصال بالكائن الذي يتم قياسه، مما يتجنب التلوث أو التداخل مع درجات الحرارة المرتفعة والأهداف المتحركة.
سرعة استجابة سريعة: استجابة بالمللي ثانية، مناسبة لمراقبة درجة الحرارة الديناميكية.
نطاق واسع: التغطية النموذجية من -50 درجة مئوية إلى 3000 درجة مئوية (تختلف النماذج المختلفة اختلافًا كبيرًا).
قدرة قوية على التكيف: يمكن استخدامها في الفراغ أو البيئة المسببة للتآكل أو سيناريوهات التداخل الكهرومغناطيسي.
المؤشرات الفنية الأساسية
دقة القياس: ±1% أو ±1.5℃ (يمكن أن تصل الدرجة الصناعية الراقية إلى ±0.3℃)
ضبط الانبعاثية: يدعم 0.1~1.0 قابل للتعديل (معايرة لسطح مواد مختلفة)
الدقة البصرية: على سبيل المثال، 30:1 تعني أنه يمكن قياس مساحة قطرها 1 سم على مسافة 30 سم
طول موجة الاستجابة: شائع 8~14 ميكرومتر (مناسب للأشياء في درجة الحرارة العادية)، يتم استخدام النوع الموجي القصير للكشف عن درجات الحرارة العالية
حالات التطبيق النموذجية
1. الصيانة التنبؤية للمعدات الصناعية
قامت إحدى شركات تصنيع السيارات بتركيب مستشعرات الأشعة تحت الحمراء MLX90614 على محامل المحرك، وتوقعت الأعطال من خلال المراقبة المستمرة لتغيرات درجة حرارة المحمل ودمج خوارزميات الذكاء الاصطناعي. تُظهر البيانات العملية أن التحذير من أعطال ارتفاع درجة حرارة المحمل قبل 72 ساعة من حدوثها يمكن أن يقلل خسائر التوقف بمقدار 230,000 دولار أمريكي سنويًا.
2. نظام فحص درجة الحرارة الطبية
خلال جائحة كوفيد-19 في عام 2020، تم نشر أجهزة التصوير الحراري من سلسلة FLIR T عند مدخل الطوارئ في المستشفيات، مما أدى إلى فحص درجة الحرارة غير الطبيعية لـ 20 شخصًا في الثانية، مع خطأ في قياس درجة الحرارة ≤0.3 درجة مئوية، وتم دمجها مع تقنية التعرف على الوجه لتحقيق تتبع مسار الأفراد ذوي درجة الحرارة غير الطبيعية.
3. التحكم في درجة حرارة الأجهزة المنزلية الذكية
يُدمج موقد الحث عالي الجودة مستشعر الأشعة تحت الحمراء Melexis MLX90621 لمراقبة توزيع درجة حرارة قاع القدر فورًا. عند اكتشاف ارتفاع درجة الحرارة الموضعي (مثل الاحتراق الفارغ)، يتم خفض الطاقة تلقائيًا. مقارنةً بحل المزدوج الحراري التقليدي، تزداد سرعة استجابة التحكم في درجة الحرارة بمقدار 5 مرات.
4. نظام الري الزراعي الدقيق
تستخدم مزرعة في إسرائيل جهاز التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء Heimann HTPA32x32 لمراقبة درجة حرارة غطاء المحصول وبناء نموذج نتح بناءً على المعايير البيئية. يضبط النظام تلقائيًا كمية الري بالتنقيط، مما يوفر 38% من المياه في الكرم ويزيد الإنتاج بنسبة 15%.
5. مراقبة أنظمة الطاقة عبر الإنترنت
تستخدم شبكة الكهرباء الحكومية مقاييس حرارة الأشعة تحت الحمراء من سلسلة Optris PI في محطات الكهرباء الفرعية عالية الجهد لمراقبة درجة حرارة الأجزاء الرئيسية، مثل وصلات قضبان التوزيع والعوازل، على مدار الساعة. في عام ٢٠٢٢، نجحت إحدى محطات الكهرباء الفرعية في التحذير من ضعف اتصال قواطع ١١٠ كيلو فولت، مما أدى إلى تجنب انقطاع التيار الكهربائي على مستوى المنطقة.
اتجاهات التنمية المبتكرة
تقنية الاندماج متعدد الأطياف: الجمع بين قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء مع صور الضوء المرئي لتحسين قدرات التعرف على الهدف في السيناريوهات المعقدة
تحليل مجال درجة الحرارة بالذكاء الاصطناعي: تحليل خصائص توزيع درجة الحرارة استنادًا إلى التعلم العميق، مثل وضع العلامات التلقائية على المناطق الالتهابية في المجال الطبي
تصغير MEMS: يبلغ حجم مستشعر AS6221 الذي أطلقته AMS 1.5 × 1.5 مم فقط ويمكن دمجه في الساعات الذكية لمراقبة درجة حرارة الجلد
تكامل إنترنت الأشياء اللاسلكي: عقد قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء لبروتوكول LoRaWAN تحقق مراقبة عن بعد على مستوى الكيلومتر، وهي مناسبة لمراقبة خط أنابيب النفط
اقتراحات الاختيار
خط معالجة الأغذية: إعطاء الأولوية للنماذج ذات مستوى الحماية IP67 ووقت الاستجابة <100 مللي ثانية
البحث المختبري: انتبه إلى دقة درجة الحرارة 0.01 درجة مئوية وواجهة إخراج البيانات (مثل USB / I2C)
تطبيقات الحماية من الحرائق: اختر أجهزة استشعار مقاومة للانفجار بمدى يزيد عن 600 درجة مئوية، ومجهزة بمرشحات اختراق الدخان
مع انتشار تقنيات الجيل الخامس والحوسبة الحافة، تتطور أجهزة استشعار درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء من أدوات قياس فردية إلى عقد استشعار ذكية، مما يُظهر إمكانات تطبيقية أكبر في مجالات مثل الصناعة 4.0 والمدن الذكية.
وقت النشر: ١١ فبراير ٢٠٢٥