कल्पना कीजिए कि किसी वस्तु को छुए बिना उसके तापमान को महसूस करना, या अदृश्य प्रकाश के बिना छिपे हुए गैस घटकों का पता लगाना। इन्फ्रारेड डिटेक्टर इन प्रतीत होने वाली अलौकिक क्षमताओं को संभव बनाते हैं। ये साधारण उपकरण मूक अन्वेषक के रूप में कार्य करते हैं, जो नग्न आंखों को अदृश्य इन्फ्रारेड विकिरण को पकड़ते हैं और हमारी भौतिक दुनिया के छिपे हुए पहलुओं को उजागर करते हैं।
आमतौर पर इन्फ्रारेड सेंसर या पाइरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर के रूप में जाना जाता है, ये फोटोइलेक्ट्रिक उपकरण इन्फ्रारेड विकिरण का पता लगाने और मापने में विशेषज्ञता रखते हैं। DIN 1319-1 मानक के अनुसार, उन्हें ट्रांसड्यूसर के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जबकि यूरोपीय शब्दावली आमतौर पर उन्हें सेंसर के रूप में लेबल करती है। तकनीकी साहित्य अक्सर इन तीन शब्दों—इन्फ्रारेड डिटेक्टर, इन्फ्रारेड ट्रांसड्यूसर और इन्फ्रारेड सेंसर—का परस्पर उपयोग करता है।
ये घटक गैस विश्लेषक, लौ सेंसर, स्पेक्ट्रोस्कोपिक उपकरणों और गैर-संपर्क तापमान माप उपकरणों सहित विभिन्न उपकरणों में महत्वपूर्ण तत्व के रूप में कार्य करते हैं।
इन्फ्रारेड विकिरण वस्तुओं के भीतर थर्मल गति से उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप है। पूर्ण शून्य (-273.15°C) से ऊपर का सभी पदार्थ विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित करता है, जिसमें इन्फ्रारेड इस स्पेक्ट्रम का एक हिस्सा दर्शाता है। सतह की विशेषताएं और तापमान सीधे विकिरण तीव्रता और वर्णक्रमीय संरचना दोनों को प्रभावित करते हैं, जिससे सटीक इन्फ्रारेड ऊर्जा का पता लगाकर गैर-संपर्क तापमान माप संभव हो पाता है।
विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में एक अद्वितीय स्थिति पर कब्जा करते हुए, इन्फ्रारेड विकिरण दृश्यमान लाल प्रकाश (लगभग 760 नैनोमीटर) की सीमा में है और माइक्रोवेव क्षेत्र तक फैला हुआ है, जो लगभग 760 नैनोमीटर से 1 मिलीमीटर तक की तरंग दैर्ध्य को कवर करता है।
थर्मल डिटेक्टरों की एक श्रेणी के रूप में, पाइरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड डिटेक्टर अपने विशेष काले अवशोषण परत से खुद को अलग करते हैं। यह सुविधा तरंग दैर्ध्य में असाधारण रूप से व्यापक वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया और समान संवेदनशीलता प्रदान करती है। जबकि अर्धचालक डिटेक्टर (जैसे InGaAs, PbS, या PbSe) आमतौर पर कमरे के तापमान पर 3 माइक्रोन से नीचे बेहतर पता लगाने की दर प्रदान करते हैं, पाइरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर व्यापक वर्णक्रमीय श्रेणियों में स्पष्ट लाभ प्रदर्शित करते हैं।
थर्मोपाइल डिटेक्टरों—एक अन्य तकनीक जो लंबी-तरंग इन्फ्रारेड का पता लगाने में सक्षम है—की तुलना में, InfraTec जैसे निर्माताओं से पाइरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर तेज प्रतिक्रिया समय और उच्च सिग्नल वोल्टेज प्रदान करते हैं। ये उपकरण आमतौर पर 2.5 से 25 माइक्रोन के बीच इष्टतम रूप से संचालित होते हैं, जिसमें मॉड्यूलेशन आवृत्तियाँ 0.5 से 400 हर्ट्ज तक होती हैं।
विशेष रूप से, विशेष काले अवशोषण परतें कुछ पाइरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टरों को पराबैंगनी विकिरण (193 एनएम तक) और यहां तक कि टेराहर्ट्ज़ विकिरण (100 माइक्रोन से 1 मिमी) के लिए स्थिर रिसीवर के रूप में कार्य करने में सक्षम बनाती हैं।
सबसे व्यापक उपयोग गति का पता लगाना शामिल है, चाहे सुरक्षा प्रणालियों के लिए घुसपैठियों की पहचान करना हो या स्वचालित प्रकाश नियंत्रण। ये अनुप्रयोग आमतौर पर किफायती पाइरोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सेंसर का उपयोग करते हैं।
उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों में गैर-विघटनकारी इन्फ्रारेड (एनडीआईआर) गैस विश्लेषण और लौ निगरानी शामिल है, जो आम तौर पर दीर्घकालिक स्थिरता और बेहतर सिग्नल-टू-शोर अनुपात सुनिश्चित करने के लिए प्रीमियम सिंगल-क्रिस्टल लिथियम टेंटलेट (LiTaO 3 ) डिटेक्टरों का उपयोग करते हैं। अतिरिक्त अनुप्रयोग स्पेक्ट्रोस्कोपी और रेडियोमेट्री तक फैले हुए हैं, जो वैज्ञानिक अनुसंधान और औद्योगिक माप का समर्थन करते हैं।
पाइरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर पर्यावरणीय निगरानी (CO 2 , मीथेन, आदि को मापना), औद्योगिक सुरक्षा (ज्वलनशील गैस रिसाव का पता लगाना), और चिकित्सा अनुप्रयोगों (एनेस्थेटिक गैस निगरानी) में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
विशेष डिटेक्टर कार्बनिक सामग्री दहन से वर्णक्रमीय संकेतों की विश्वसनीय पहचान कर सकते हैं, जिससे वे आग अलार्म सिस्टम के लिए आदर्श बन जाते हैं जिन्हें विनाशकारी क्षति को रोकने के लिए त्वरित प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है।
स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए डिज़ाइन किए गए डिटेक्टरों में व्यापक तरंग दैर्ध्य श्रेणियों में समान रूप से अवशोषित परतें होती हैं, जो सटीक वर्णक्रमीय माप के लिए सुसंगत संवेदनशीलता सुनिश्चित करती हैं।
InfraTec जैसे निर्माता उच्च-संवेदनशीलता, कम-शोर डिटेक्टरों का उत्पादन करने के लिए पॉलिश लिथियम टेंटलेट सिंगल क्रिस्टल का उपयोग करते हैं। उन्नत तकनीकें असाधारण प्रतिक्रिया गति और संवेदनशीलता प्रदान करने वाले अल्ट्रा-थिन 25-माइक्रोन चिप्स का बड़े पैमाने पर उत्पादन करने की अनुमति देती हैं।
इन्फ्रारेड फिल्टर एक अन्य महत्वपूर्ण घटक का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो डिटेक्टर चयनात्मकता को बढ़ाने के लिए विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को चुनिंदा रूप से प्रसारित करते हैं। प्रमुख फ़िल्टर पैरामीटरों में ट्रांसमिशन प्रतिशत, केंद्र तरंग दैर्ध्य, बैंडविड्थ और अवरुद्ध गहराई शामिल हैं।
आधुनिक उत्पादन सुविधाओं में भौतिक वाष्प जमाव (PVD), स्वचालित चिप बॉन्डिंग और सटीक माप प्रणाली शामिल हैं ताकि सुसंगत गुणवत्ता और विश्वसनीयता सुनिश्चित की जा सके।
निर्माता आमतौर पर TO18 या TO39 पैकेज में विभिन्न सिंगल-चैनल डिटेक्टर प्रदान करते हैं, जिसमें तापमान मुआवजा और एकीकृत JFET/CMOS एम्पलीफायर होते हैं। सामग्री विकल्पों में LiTaO 3 या ड्यूटेरेटेड एल-एलानिन डोप्ड ट्राइग्लिसिन सल्फेट (DLaTGS) शामिल हैं, जिसमें फ्लैट स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया की आवश्यकता वाले विश्लेषणात्मक उपकरणों के लिए विशेष संस्करण उपलब्ध हैं।
पूर्ण उत्पाद लाइनों में लगभग 50 मानक डिटेक्टर शामिल हो सकते हैं, जिसमें कम माइक्रोफोन शोर, एकीकृत परिचालन एम्पलीफायर या डिजिटल आउटपुट की सुविधा वाले विकल्प शामिल हैं।
कल्पना कीजिए कि किसी वस्तु को छुए बिना उसके तापमान को महसूस करना, या अदृश्य प्रकाश के बिना छिपे हुए गैस घटकों का पता लगाना। इन्फ्रारेड डिटेक्टर इन प्रतीत होने वाली अलौकिक क्षमताओं को संभव बनाते हैं। ये साधारण उपकरण मूक अन्वेषक के रूप में कार्य करते हैं, जो नग्न आंखों को अदृश्य इन्फ्रारेड विकिरण को पकड़ते हैं और हमारी भौतिक दुनिया के छिपे हुए पहलुओं को उजागर करते हैं।
आमतौर पर इन्फ्रारेड सेंसर या पाइरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर के रूप में जाना जाता है, ये फोटोइलेक्ट्रिक उपकरण इन्फ्रारेड विकिरण का पता लगाने और मापने में विशेषज्ञता रखते हैं। DIN 1319-1 मानक के अनुसार, उन्हें ट्रांसड्यूसर के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जबकि यूरोपीय शब्दावली आमतौर पर उन्हें सेंसर के रूप में लेबल करती है। तकनीकी साहित्य अक्सर इन तीन शब्दों—इन्फ्रारेड डिटेक्टर, इन्फ्रारेड ट्रांसड्यूसर और इन्फ्रारेड सेंसर—का परस्पर उपयोग करता है।
ये घटक गैस विश्लेषक, लौ सेंसर, स्पेक्ट्रोस्कोपिक उपकरणों और गैर-संपर्क तापमान माप उपकरणों सहित विभिन्न उपकरणों में महत्वपूर्ण तत्व के रूप में कार्य करते हैं।
इन्फ्रारेड विकिरण वस्तुओं के भीतर थर्मल गति से उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप है। पूर्ण शून्य (-273.15°C) से ऊपर का सभी पदार्थ विद्युत चुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित करता है, जिसमें इन्फ्रारेड इस स्पेक्ट्रम का एक हिस्सा दर्शाता है। सतह की विशेषताएं और तापमान सीधे विकिरण तीव्रता और वर्णक्रमीय संरचना दोनों को प्रभावित करते हैं, जिससे सटीक इन्फ्रारेड ऊर्जा का पता लगाकर गैर-संपर्क तापमान माप संभव हो पाता है।
विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में एक अद्वितीय स्थिति पर कब्जा करते हुए, इन्फ्रारेड विकिरण दृश्यमान लाल प्रकाश (लगभग 760 नैनोमीटर) की सीमा में है और माइक्रोवेव क्षेत्र तक फैला हुआ है, जो लगभग 760 नैनोमीटर से 1 मिलीमीटर तक की तरंग दैर्ध्य को कवर करता है।
थर्मल डिटेक्टरों की एक श्रेणी के रूप में, पाइरोइलेक्ट्रिक इन्फ्रारेड डिटेक्टर अपने विशेष काले अवशोषण परत से खुद को अलग करते हैं। यह सुविधा तरंग दैर्ध्य में असाधारण रूप से व्यापक वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया और समान संवेदनशीलता प्रदान करती है। जबकि अर्धचालक डिटेक्टर (जैसे InGaAs, PbS, या PbSe) आमतौर पर कमरे के तापमान पर 3 माइक्रोन से नीचे बेहतर पता लगाने की दर प्रदान करते हैं, पाइरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर व्यापक वर्णक्रमीय श्रेणियों में स्पष्ट लाभ प्रदर्शित करते हैं।
थर्मोपाइल डिटेक्टरों—एक अन्य तकनीक जो लंबी-तरंग इन्फ्रारेड का पता लगाने में सक्षम है—की तुलना में, InfraTec जैसे निर्माताओं से पाइरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर तेज प्रतिक्रिया समय और उच्च सिग्नल वोल्टेज प्रदान करते हैं। ये उपकरण आमतौर पर 2.5 से 25 माइक्रोन के बीच इष्टतम रूप से संचालित होते हैं, जिसमें मॉड्यूलेशन आवृत्तियाँ 0.5 से 400 हर्ट्ज तक होती हैं।
विशेष रूप से, विशेष काले अवशोषण परतें कुछ पाइरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टरों को पराबैंगनी विकिरण (193 एनएम तक) और यहां तक कि टेराहर्ट्ज़ विकिरण (100 माइक्रोन से 1 मिमी) के लिए स्थिर रिसीवर के रूप में कार्य करने में सक्षम बनाती हैं।
सबसे व्यापक उपयोग गति का पता लगाना शामिल है, चाहे सुरक्षा प्रणालियों के लिए घुसपैठियों की पहचान करना हो या स्वचालित प्रकाश नियंत्रण। ये अनुप्रयोग आमतौर पर किफायती पाइरोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सेंसर का उपयोग करते हैं।
उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों में गैर-विघटनकारी इन्फ्रारेड (एनडीआईआर) गैस विश्लेषण और लौ निगरानी शामिल है, जो आम तौर पर दीर्घकालिक स्थिरता और बेहतर सिग्नल-टू-शोर अनुपात सुनिश्चित करने के लिए प्रीमियम सिंगल-क्रिस्टल लिथियम टेंटलेट (LiTaO 3 ) डिटेक्टरों का उपयोग करते हैं। अतिरिक्त अनुप्रयोग स्पेक्ट्रोस्कोपी और रेडियोमेट्री तक फैले हुए हैं, जो वैज्ञानिक अनुसंधान और औद्योगिक माप का समर्थन करते हैं।
पाइरोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर पर्यावरणीय निगरानी (CO 2 , मीथेन, आदि को मापना), औद्योगिक सुरक्षा (ज्वलनशील गैस रिसाव का पता लगाना), और चिकित्सा अनुप्रयोगों (एनेस्थेटिक गैस निगरानी) में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
विशेष डिटेक्टर कार्बनिक सामग्री दहन से वर्णक्रमीय संकेतों की विश्वसनीय पहचान कर सकते हैं, जिससे वे आग अलार्म सिस्टम के लिए आदर्श बन जाते हैं जिन्हें विनाशकारी क्षति को रोकने के लिए त्वरित प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है।
स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए डिज़ाइन किए गए डिटेक्टरों में व्यापक तरंग दैर्ध्य श्रेणियों में समान रूप से अवशोषित परतें होती हैं, जो सटीक वर्णक्रमीय माप के लिए सुसंगत संवेदनशीलता सुनिश्चित करती हैं।
InfraTec जैसे निर्माता उच्च-संवेदनशीलता, कम-शोर डिटेक्टरों का उत्पादन करने के लिए पॉलिश लिथियम टेंटलेट सिंगल क्रिस्टल का उपयोग करते हैं। उन्नत तकनीकें असाधारण प्रतिक्रिया गति और संवेदनशीलता प्रदान करने वाले अल्ट्रा-थिन 25-माइक्रोन चिप्स का बड़े पैमाने पर उत्पादन करने की अनुमति देती हैं।
इन्फ्रारेड फिल्टर एक अन्य महत्वपूर्ण घटक का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो डिटेक्टर चयनात्मकता को बढ़ाने के लिए विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को चुनिंदा रूप से प्रसारित करते हैं। प्रमुख फ़िल्टर पैरामीटरों में ट्रांसमिशन प्रतिशत, केंद्र तरंग दैर्ध्य, बैंडविड्थ और अवरुद्ध गहराई शामिल हैं।
आधुनिक उत्पादन सुविधाओं में भौतिक वाष्प जमाव (PVD), स्वचालित चिप बॉन्डिंग और सटीक माप प्रणाली शामिल हैं ताकि सुसंगत गुणवत्ता और विश्वसनीयता सुनिश्चित की जा सके।
निर्माता आमतौर पर TO18 या TO39 पैकेज में विभिन्न सिंगल-चैनल डिटेक्टर प्रदान करते हैं, जिसमें तापमान मुआवजा और एकीकृत JFET/CMOS एम्पलीफायर होते हैं। सामग्री विकल्पों में LiTaO 3 या ड्यूटेरेटेड एल-एलानिन डोप्ड ट्राइग्लिसिन सल्फेट (DLaTGS) शामिल हैं, जिसमें फ्लैट स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया की आवश्यकता वाले विश्लेषणात्मक उपकरणों के लिए विशेष संस्करण उपलब्ध हैं।
पूर्ण उत्पाद लाइनों में लगभग 50 मानक डिटेक्टर शामिल हो सकते हैं, जिसमें कम माइक्रोफोन शोर, एकीकृत परिचालन एम्पलीफायर या डिजिटल आउटपुट की सुविधा वाले विकल्प शामिल हैं।
