ZASTOSOWANIE CZUJNIKÓW PODCZERWIENI W TECHNICE
ROZDZIAŁY  
  WSTĘP
  WPROWADZENIE
  CZUJNIKI PODCZERWIENI
  => Czujniki termiczne
  => Czujniki fotoelektryczne
  ZASTOSOWANIA CYWILNE
  ZASTOSOWANIA WOJSKOWE
  PODSUMOWANIE
  ŹRÓDŁA
CZUJNIKI PODCZERWIENI
 

           Należy najpierw zacząć od wyjaśnienia słowa czujnik (sensor, detektor) – otóż jest to biologiczne lub fizyczne narzędzie tworzące zwykle jakiś większy układ bądź mechanizm, który ma za zadanie rozpoznawać, wychwytywać, rejestrować itp. określone bodźce otoczenia w którym się znajduje. Czujniki zwykle stosuje się w technice. Urządzenie takie ma dostarczać informacji o pojawieniu się określonego składnika, przekroczeniu wartości jakiejś wielkości fizycznej bądź zaistnieniu pewnych określonych przez konstruktora warunków. W takim rozumieniu czujnik jest tylko jednym z elementów całego urządzenia, które może zawierać także również przetwornik, układy przesyłania badanej informacji na odległość dodatkowe układy zasilające i inne. Współcześnie najczęściej spotykanymi są czujniki dostarczające informacji w jakiejś wielkości elektrycznej: opór elektryczny, napięcie, natężenie prądu. Zwłaszcza ta ostatnia wielkość jest popularna, gdyż jest to sygnał łatwy do wzmocnienia, możliwy do przesłania na odległości oraz podatny na dalsze przetwarzanie oraz zachowywanie na odpowiednich nośnikach np. w pamięci komputerów.
         Oko ludzkie jest również detektorem promieniowania, ale tylko w zakresie widzialnym widma, chociaż nawet i w tym zakresie nie jest doskonałe. Dokładny pomiar natężenia promieniowania nie może więc opierać się jedynie na wyrażeniach wzrokowych. Do wykrywania i pomiaru energii promieniowania należy użyć przyrządów bardziej doskonałych niż oko ludzkie. Wiemy już, że w zakresie widma podczerwonego wzrok człowieka nie rejestruje promieniowania, nie jest możliwe zatem dokonanie bezpośredniej obserwacji promieniowania podczerwonego. Obserwację i ewentualny pomiar energii promieniowania podczerwonego musimy więc przeprowadzać z pomocą odpowiednio skonstruowanych odbiorników tzw. czujników (detektorów) podczerwieni.

           Wszystkie detektory promieniowania podczerwonego funkcjonują w oparciu o zasadę polegającą na zmianie energii promieniowania podczerwonego w inne rodzaje energii (cieplną, elektryczną, chemiczną itp.), którą następnie łatwo wykryć oraz zarejestrować korzystając z ogólnie dostępnych przyrządów. Zazwyczaj mierzone wartości energii są bardzo małe. Spowodowane to może to być dużą odległością między źródłem promieniowania a czujnikiem, co powoduje kat widzenia tego drugiego jest niewielki (pewne obserwacje wojskowe bądź satelitarne). Inną przyczyną może być mała szerokość pasma obserwowanego widma. Ten problem występuje w większości badań spektroskopowych. Wszystkie czujniki przetwarzające sygnał danego promieniowania w dany sygnał elektryczny zawierają dwie składowe. Jedną z nich jest właściwy sygnał detektora na padające promieniowanie, a drugą  różne zakłócenia (szumy). Pochodzenie szumów i zakłóceń wynikać może ze środowiska w którym pracują czujniki, niedoskonałości  samych detektorów bądź innych czynników. Nie można całkowicie ich wyeliminować, ale jest wiele sposobów aby je zminimalizować.

           Promieniowanie podczerwone można wykryć na dwa sposoby. Pierwszym z nich jest obserwacja wzrostu temperatury ciała wystawionego na działanie promieniowania. W taki sposób działają detektory termiczne. Druga grupa czujników mierzy efekty wywołane przez bezpośrednie oddziaływanie fotonów podczerwonych z elektronami jakie są obecne w detektorach  fotoelektrycznych. W detektorach należących do obu grup mierzy się natomiast zmianę pewnej właściwości materiału, który wystawiony jest na działające promieniowanie. Ową zmianę można mierzyć bezpośrednio lub można także wiązkę promieniowania „poprzerywać” periodycznie, a w dalszej kolejności wytworzony w ten sposób sygnał zmienny poddać wzmocnieniu  i dopiero zmierzyć. Przerywanie realizuje się najczęściej przy pomocy migawki mechanicznej, którą może być drgająca listwa bądź wirująca tarcza z powycinanymi okienkami.



Rysunek 3. Idealne charakterystyki widmowe detektora termicznego i fotonowego. [7]

 

 

Rysunek 4. Widmowa czułość kilku materiałówbędących detektorami promieniowania podczerwonego. Podane także temperatury, w których te detektory pracują. [11]

 

Taka metoda detekcji sygnału zmiennego ma sporo zalet w porównaniu do metody bezpośredniej. Najistotniejsza jest eliminacja zbędnego promieniowania emitowanego przez układ oraz otoczenie. Jeżeli układ pracuje w temperaturze pokojowej to emituje sporą ilość promieniowania w prawie całym zakresie widma podczerwonego. Co więcej sygnały o zmiennym przebiegu są łatwiejsze do wzmocnienia w porównaniu z sygnałami stałymi. W takim przypadku zachodzi automatyczna eliminacja przesunięcia zera układu detekcyjnego, a także przy pewnych typach detektorów można znacząco zmniejszyć poziom zakłóceń przy jednoczesnej, dużej częstotliwości przerywania. Zastosować można również „selektywne przerywanie”, gdzie selekcja objęłaby określony obszar długości fali zależny od materiału wykonania przerywacza albo była by uzależniona od kształtu badanego obiektu oraz współpracującego z nim układu optycznego. Detektory oprócz oczywiście kształtów, rozmiarów i gabarytów posiadają także inne istotne cechy jak:

▪ długość fali na jaką reagują,

▪ parametr czasu reakcji na padające promieniowanie,

▪ czułość,
▪ równoważny sygnał wejściowy szumów.

Najczęściej istotne jest aby dany detektor miał możliwie jak najniższy poziom zakłóceń i szumów nad wysoką czułością.
AKTUALNA GODZINA  
   
This website was created for free with Stronygratis.pl. Would you also like to have your own website?
Sign up for free