ลองจินตนาการถึงการตรวจจับอุณหภูมิของวัตถุโดยไม่ต้องสัมผัส หรือการตรวจจับส่วนประกอบของก๊าซที่ซ่อนอยู่โดยไม่มีแสงที่มองเห็นได้ เครื่องตรวจจับอินฟราเรดทำให้ความสามารถเหนือมนุษย์เหล่านี้เป็นไปได้ อุปกรณ์ที่ดูเรียบง่ายเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นผู้สืบสวนแบบเงียบๆ โดยจับรังสีอินฟราเรดที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า และเผยให้เห็นแง่มุมที่ซ่อนอยู่ในโลกวัตถุของเรา
อุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริคที่เรียกกันโดยทั่วไปว่าเซ็นเซอร์อินฟราเรดหรือเครื่องตรวจจับแบบไพโรอิเล็กทริกมีความเชี่ยวชาญในการตรวจจับและวัดรังสีอินฟราเรด ตามมาตรฐาน DIN 1319-1 อุปกรณ์เหล่านี้จัดอยู่ในประเภททรานสดิวเซอร์ ในขณะที่ศัพท์เฉพาะของยุโรปมักระบุว่าเป็นเซ็นเซอร์ เอกสารทางเทคนิคมักใช้คำศัพท์สามคำนี้ ได้แก่ เครื่องตรวจจับอินฟราเรด ทรานสดิวเซอร์อินฟราเรด และเซ็นเซอร์อินฟราเรด สลับกันได้
ส่วนประกอบเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบสำคัญในอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงเครื่องวิเคราะห์ก๊าซ เซ็นเซอร์เปลวไฟ เครื่องมือสเปกโทรสโกปี และอุปกรณ์วัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส
รังสีอินฟราเรดประกอบขึ้นเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ารูปแบบหนึ่งที่เกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนภายในวัตถุ สสารทั้งหมดที่อยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์ (-273.15°C) จะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา โดยมีอินฟราเรดเป็นตัวแทนส่วนหนึ่งของสเปกตรัมนี้ คุณลักษณะของพื้นผิวและอุณหภูมิมีอิทธิพลโดยตรงต่อทั้งความเข้มของรังสีและองค์ประกอบสเปกตรัม ทำให้สามารถวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสผ่านการตรวจจับพลังงานอินฟราเรดที่แม่นยำ
รังสีอินฟราเรดมีตำแหน่งเฉพาะในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ล้อมรอบแสงสีแดงที่มองเห็นได้ (ประมาณ 760 นาโนเมตร) และขยายไปสู่บริเวณไมโครเวฟ ครอบคลุมความยาวคลื่นตั้งแต่ประมาณ 760 นาโนเมตรถึง 1 มิลลิเมตร
เนื่องจากเครื่องตรวจจับความร้อนประเภทหนึ่ง เครื่องตรวจจับอินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกจะแยกแยะตัวเองผ่านชั้นการดูดกลืนแสงสีดำแบบพิเศษ คุณลักษณะนี้ให้การตอบสนองสเปกตรัมที่กว้างเป็นพิเศษและความไวที่สม่ำเสมอตลอดความยาวคลื่น แม้ว่าเครื่องตรวจจับเซมิคอนดักเตอร์ (เช่น InGaAs, PbS หรือ PbSe) โดยทั่วไปจะมีอัตราการตรวจจับที่เหนือกว่าที่ต่ำกว่า 3 ไมครอนที่อุณหภูมิห้อง เครื่องตรวจจับแบบไพโรอิเล็กทริกแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในช่วงสเปกตรัมที่กว้างขึ้น
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องตรวจจับเทอร์โมไพล์ซึ่งเป็นเทคโนโลยีอื่นที่สามารถตรวจจับอินฟราเรดคลื่นยาวได้ เครื่องตรวจจับแบบไพโรอิเล็กทริกจากผู้ผลิตอย่าง InfraTec ให้เวลาตอบสนองที่เร็วกว่าและแรงดันสัญญาณที่สูงกว่า โดยทั่วไปอุปกรณ์เหล่านี้จะทำงานอย่างเหมาะสมที่สุดระหว่าง 2.5 ถึง 25 ไมครอน โดยมีความถี่การมอดูเลตตั้งแต่ 0.5 ถึง 400 Hz
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ชั้นการดูดกลืนสีดำแบบพิเศษช่วยให้เครื่องตรวจจับแบบไพโรอิเล็กทริกบางตัวทำหน้าที่เป็นตัวรับที่เสถียรสำหรับรังสีอัลตราไวโอเลต (สูงถึง 193 นาโนเมตร) และแม้แต่รังสีเทราเฮิร์ตซ์ (100 ไมครอนถึง 1 มม.)
การใช้งานอย่างแพร่หลายที่สุดเกี่ยวข้องกับการตรวจจับการเคลื่อนไหว ไม่ว่าจะเป็นสำหรับระบบรักษาความปลอดภัยที่ระบุผู้บุกรุกหรือการควบคุมแสงอัตโนมัติ โดยทั่วไปการใช้งานเหล่านี้จะใช้เซ็นเซอร์เซรามิกไพโรอิเล็กทริกราคาประหยัด
การใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า รวมถึงการวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรดแบบไม่กระจายตัว (NDIR) และการตรวจสอบเปลวไฟ โดยทั่วไปจะใช้ลิเธียมแทนทาเลตผลึกเดี่ยวระดับพรีเมี่ยม (LiTaO)3) เครื่องตรวจจับเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรในระยะยาวและอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่เหนือกว่า การใช้งานเพิ่มเติมครอบคลุมถึงสเปกโทรสโกปีและเรดิโอเมทรี ซึ่งสนับสนุนการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการวัดทางอุตสาหกรรม
เครื่องตรวจจับแบบไพโรอิเล็กทริกมีบทบาทสำคัญในการตรวจสอบสภาพแวดล้อม (การตรวจวัด CO2, มีเทน ฯลฯ) ความปลอดภัยทางอุตสาหกรรม (การตรวจจับก๊าซรั่วไวไฟ) และการใช้งานทางการแพทย์ (การตรวจสอบก๊าซยาสลบ)
เครื่องตรวจจับเฉพาะทางสามารถระบุลายเซ็นสเปกตรัมจากการเผาไหม้ของสารอินทรีย์ได้อย่างน่าเชื่อถือ ทำให้เหมาะสำหรับระบบสัญญาณเตือนไฟไหม้ที่ต้องการการตอบสนองอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันความเสียหายร้ายแรง
เครื่องตรวจจับที่ออกแบบมาสำหรับสเปกโทรสโกปีมีชั้นดูดซับที่สม่ำเสมอตลอดช่วงความยาวคลื่นกว้าง ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความไวที่สม่ำเสมอเพื่อการวัดสเปกตรัมที่แม่นยำ
ผู้ผลิตอย่าง InfraTec ใช้ผลึกเดี่ยวลิเธียมแทนทาเลตขัดเงาเพื่อผลิตเครื่องตรวจจับที่มีความไวสูงและสัญญาณรบกวนต่ำ เทคนิคขั้นสูงช่วยให้สามารถผลิตชิปบางพิเศษขนาด 25 ไมครอนได้จำนวนมาก โดยให้ความเร็วและความไวในการตอบสนองที่ยอดเยี่ยม
ฟิลเตอร์อินฟราเรดเป็นตัวแทนขององค์ประกอบที่สำคัญอีกชิ้นหนึ่ง โดยเลือกส่งความยาวคลื่นจำเพาะเพื่อเพิ่มความสามารถในการเลือกเครื่องตรวจจับ พารามิเตอร์ตัวกรองหลักประกอบด้วยเปอร์เซ็นต์การส่งผ่าน ความยาวคลื่นตรงกลาง แบนด์วิธ และความลึกของการบล็อก
โรงงานผลิตที่ทันสมัยประกอบด้วยการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) การเชื่อมเศษอัตโนมัติ และระบบการวัดที่แม่นยำ เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและความน่าเชื่อถือที่สม่ำเสมอ
โดยทั่วไป ผู้ผลิตจะนำเสนอเครื่องตรวจจับแบบช่องสัญญาณเดียวหลายแบบในแพ็คเกจ TO18 หรือ TO39 ซึ่งมีการชดเชยอุณหภูมิและตัวขยายสัญญาณ JFET/CMOS ในตัว ตัวเลือกวัสดุ ได้แก่ LiTaO3หรือไตรกลีซีนซัลเฟตเจือด้วยแอล-อะลานีนดิวเทอเรต (DLaTGS) โดยมีเวอร์ชันเฉพาะสำหรับเครื่องมือวิเคราะห์ที่ต้องการการตอบสนองสเปกตรัมแบบแบน
กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์อาจมีเครื่องตรวจจับมาตรฐานประมาณ 50 เครื่อง โดยมีตัวเลือกที่มีการลดเสียงรบกวนของไมโครโฟน เครื่องขยายสัญญาณการปฏิบัติงานในตัว หรือเอาต์พุตดิจิทัล
ลองจินตนาการถึงการตรวจจับอุณหภูมิของวัตถุโดยไม่ต้องสัมผัส หรือการตรวจจับส่วนประกอบของก๊าซที่ซ่อนอยู่โดยไม่มีแสงที่มองเห็นได้ เครื่องตรวจจับอินฟราเรดทำให้ความสามารถเหนือมนุษย์เหล่านี้เป็นไปได้ อุปกรณ์ที่ดูเรียบง่ายเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นผู้สืบสวนแบบเงียบๆ โดยจับรังสีอินฟราเรดที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า และเผยให้เห็นแง่มุมที่ซ่อนอยู่ในโลกวัตถุของเรา
อุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริคที่เรียกกันโดยทั่วไปว่าเซ็นเซอร์อินฟราเรดหรือเครื่องตรวจจับแบบไพโรอิเล็กทริกมีความเชี่ยวชาญในการตรวจจับและวัดรังสีอินฟราเรด ตามมาตรฐาน DIN 1319-1 อุปกรณ์เหล่านี้จัดอยู่ในประเภททรานสดิวเซอร์ ในขณะที่ศัพท์เฉพาะของยุโรปมักระบุว่าเป็นเซ็นเซอร์ เอกสารทางเทคนิคมักใช้คำศัพท์สามคำนี้ ได้แก่ เครื่องตรวจจับอินฟราเรด ทรานสดิวเซอร์อินฟราเรด และเซ็นเซอร์อินฟราเรด สลับกันได้
ส่วนประกอบเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบสำคัญในอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงเครื่องวิเคราะห์ก๊าซ เซ็นเซอร์เปลวไฟ เครื่องมือสเปกโทรสโกปี และอุปกรณ์วัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัส
รังสีอินฟราเรดประกอบขึ้นเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ารูปแบบหนึ่งที่เกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนภายในวัตถุ สสารทั้งหมดที่อยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์ (-273.15°C) จะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา โดยมีอินฟราเรดเป็นตัวแทนส่วนหนึ่งของสเปกตรัมนี้ คุณลักษณะของพื้นผิวและอุณหภูมิมีอิทธิพลโดยตรงต่อทั้งความเข้มของรังสีและองค์ประกอบสเปกตรัม ทำให้สามารถวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสผ่านการตรวจจับพลังงานอินฟราเรดที่แม่นยำ
รังสีอินฟราเรดมีตำแหน่งเฉพาะในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ล้อมรอบแสงสีแดงที่มองเห็นได้ (ประมาณ 760 นาโนเมตร) และขยายไปสู่บริเวณไมโครเวฟ ครอบคลุมความยาวคลื่นตั้งแต่ประมาณ 760 นาโนเมตรถึง 1 มิลลิเมตร
เนื่องจากเครื่องตรวจจับความร้อนประเภทหนึ่ง เครื่องตรวจจับอินฟราเรดแบบไพโรอิเล็กทริกจะแยกแยะตัวเองผ่านชั้นการดูดกลืนแสงสีดำแบบพิเศษ คุณลักษณะนี้ให้การตอบสนองสเปกตรัมที่กว้างเป็นพิเศษและความไวที่สม่ำเสมอตลอดความยาวคลื่น แม้ว่าเครื่องตรวจจับเซมิคอนดักเตอร์ (เช่น InGaAs, PbS หรือ PbSe) โดยทั่วไปจะมีอัตราการตรวจจับที่เหนือกว่าที่ต่ำกว่า 3 ไมครอนที่อุณหภูมิห้อง เครื่องตรวจจับแบบไพโรอิเล็กทริกแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในช่วงสเปกตรัมที่กว้างขึ้น
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องตรวจจับเทอร์โมไพล์ซึ่งเป็นเทคโนโลยีอื่นที่สามารถตรวจจับอินฟราเรดคลื่นยาวได้ เครื่องตรวจจับแบบไพโรอิเล็กทริกจากผู้ผลิตอย่าง InfraTec ให้เวลาตอบสนองที่เร็วกว่าและแรงดันสัญญาณที่สูงกว่า โดยทั่วไปอุปกรณ์เหล่านี้จะทำงานอย่างเหมาะสมที่สุดระหว่าง 2.5 ถึง 25 ไมครอน โดยมีความถี่การมอดูเลตตั้งแต่ 0.5 ถึง 400 Hz
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ชั้นการดูดกลืนสีดำแบบพิเศษช่วยให้เครื่องตรวจจับแบบไพโรอิเล็กทริกบางตัวทำหน้าที่เป็นตัวรับที่เสถียรสำหรับรังสีอัลตราไวโอเลต (สูงถึง 193 นาโนเมตร) และแม้แต่รังสีเทราเฮิร์ตซ์ (100 ไมครอนถึง 1 มม.)
การใช้งานอย่างแพร่หลายที่สุดเกี่ยวข้องกับการตรวจจับการเคลื่อนไหว ไม่ว่าจะเป็นสำหรับระบบรักษาความปลอดภัยที่ระบุผู้บุกรุกหรือการควบคุมแสงอัตโนมัติ โดยทั่วไปการใช้งานเหล่านี้จะใช้เซ็นเซอร์เซรามิกไพโรอิเล็กทริกราคาประหยัด
การใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า รวมถึงการวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรดแบบไม่กระจายตัว (NDIR) และการตรวจสอบเปลวไฟ โดยทั่วไปจะใช้ลิเธียมแทนทาเลตผลึกเดี่ยวระดับพรีเมี่ยม (LiTaO)3) เครื่องตรวจจับเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรในระยะยาวและอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่เหนือกว่า การใช้งานเพิ่มเติมครอบคลุมถึงสเปกโทรสโกปีและเรดิโอเมทรี ซึ่งสนับสนุนการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการวัดทางอุตสาหกรรม
เครื่องตรวจจับแบบไพโรอิเล็กทริกมีบทบาทสำคัญในการตรวจสอบสภาพแวดล้อม (การตรวจวัด CO2, มีเทน ฯลฯ) ความปลอดภัยทางอุตสาหกรรม (การตรวจจับก๊าซรั่วไวไฟ) และการใช้งานทางการแพทย์ (การตรวจสอบก๊าซยาสลบ)
เครื่องตรวจจับเฉพาะทางสามารถระบุลายเซ็นสเปกตรัมจากการเผาไหม้ของสารอินทรีย์ได้อย่างน่าเชื่อถือ ทำให้เหมาะสำหรับระบบสัญญาณเตือนไฟไหม้ที่ต้องการการตอบสนองอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันความเสียหายร้ายแรง
เครื่องตรวจจับที่ออกแบบมาสำหรับสเปกโทรสโกปีมีชั้นดูดซับที่สม่ำเสมอตลอดช่วงความยาวคลื่นกว้าง ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความไวที่สม่ำเสมอเพื่อการวัดสเปกตรัมที่แม่นยำ
ผู้ผลิตอย่าง InfraTec ใช้ผลึกเดี่ยวลิเธียมแทนทาเลตขัดเงาเพื่อผลิตเครื่องตรวจจับที่มีความไวสูงและสัญญาณรบกวนต่ำ เทคนิคขั้นสูงช่วยให้สามารถผลิตชิปบางพิเศษขนาด 25 ไมครอนได้จำนวนมาก โดยให้ความเร็วและความไวในการตอบสนองที่ยอดเยี่ยม
ฟิลเตอร์อินฟราเรดเป็นตัวแทนขององค์ประกอบที่สำคัญอีกชิ้นหนึ่ง โดยเลือกส่งความยาวคลื่นจำเพาะเพื่อเพิ่มความสามารถในการเลือกเครื่องตรวจจับ พารามิเตอร์ตัวกรองหลักประกอบด้วยเปอร์เซ็นต์การส่งผ่าน ความยาวคลื่นตรงกลาง แบนด์วิธ และความลึกของการบล็อก
โรงงานผลิตที่ทันสมัยประกอบด้วยการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) การเชื่อมเศษอัตโนมัติ และระบบการวัดที่แม่นยำ เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและความน่าเชื่อถือที่สม่ำเสมอ
โดยทั่วไป ผู้ผลิตจะนำเสนอเครื่องตรวจจับแบบช่องสัญญาณเดียวหลายแบบในแพ็คเกจ TO18 หรือ TO39 ซึ่งมีการชดเชยอุณหภูมิและตัวขยายสัญญาณ JFET/CMOS ในตัว ตัวเลือกวัสดุ ได้แก่ LiTaO3หรือไตรกลีซีนซัลเฟตเจือด้วยแอล-อะลานีนดิวเทอเรต (DLaTGS) โดยมีเวอร์ชันเฉพาะสำหรับเครื่องมือวิเคราะห์ที่ต้องการการตอบสนองสเปกตรัมแบบแบน
กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์อาจมีเครื่องตรวจจับมาตรฐานประมาณ 50 เครื่อง โดยมีตัวเลือกที่มีการลดเสียงรบกวนของไมโครโฟน เครื่องขยายสัญญาณการปฏิบัติงานในตัว หรือเอาต์พุตดิจิทัล
