Was ist ein Infrarotsensor?
Infrarotsensoren sind Sensoren, die Lichtstrahlen im infraroten Bereich erkennen. Licht unterscheidet sich in Farbe und Eigenschaften je nach seiner Wellenlänge. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts liegt zwischen 400 nm und 800 nm, andere Wellenlängen sind für das Auge nicht sichtbar. Für das menschliche Auge erscheinen Lichtstrahlen um 400 nm violett und Lichtstrahlen um 800 nm rot.
Wenn es um unsichtbare Lichtstrahlen geht, werden Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge von 400 nm oder weniger als ultraviolette Strahlen bezeichnet, während Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge von 800 nm oder mehr als Infrarotstrahlen bezeichnet werden. Infrarotsensoren sind Sensoren, die die oben erwähnten Infrarotstrahlen erkennen. Neben der Erfassung von Infrarotstrahlen gibt es auch Methoden, die Infrarotstrahlen aussenden und die reflektierten Wellen erfassen.
Anwendungen von Infrarotsensoren
Infrarotsensoren werden auf vielfältige Weise in Konsumgütern eingesetzt. Ein typisches Beispiel sind Fernbedienungen für Fernseher. Der Infrarotsensor des Fernsehers empfängt die Betriebssignale der Fernbedienung. Dabei macht man sich die unsichtbaren Eigenschaften von Infrarotlicht zunutze.
Infrarotsensoren werden auch in Thermometern eingesetzt. Die Temperatur wird anhand der Eigenschaft ermittelt, dass eine Substanz umso mehr Infrarotlicht aussendet, je heißer sie ist. Da Temperaturen schnell und berührungslos erfasst werden können, waren sie bei Ausbrüchen von Infektionskrankheiten nützlich. In der Industrie finden Infrarotsensoren eine Vielzahl von Anwendungen, darunter auch in der Weltraumforschung und im Militär.
Arten von Infrarotsensoren
Infrarotsensoren werden aktiv erforscht und sind in einer Vielzahl von Materialien erhältlich. Das Prinzip wird hauptsächlich in thermische und Quanten-Sensoren unterteilt. Die Infrarot-Wellenlängen werden in Nahin-, Mittel- und Ferninfrarot unterteilt und jeder Sensor hat sein eigenes Fachgebiet.
1. Thermische Infrarotsensoren
Ein typisches Beispiel für einen Infrarotsensor des thermischen Typs ist der pyroelektrische Typ. Pyroelektrische Infrarotsensoren bestehen aus ferroelektrischen pyroelektrischen Keramiken und nutzen den pyroelektrischen Effekt. Wenn der Sensor durch Infrarotstrahlung erwärmt wird, ändert sich aufgrund des pyroelektrischen Effekts die Ladungsmenge auf der Keramik. Der Strom, der durch den Sensor fließt, wird entsprechend der veränderten Ladungsmenge erfasst.
Selbst die geringste Infrarotstrahlung, die vom menschlichen Körper ausgeht, kann erfasst werden. Thermopile-Sensoren sind eine weitere Art von Thermosensoren. Thermopiles sind thermoelektromotorische Sensoren, die aus mehreren Thermoelementen bestehen und die Wärmeenergie der Infrarotstrahlung in elektromotorische Kraft umwandeln.
2. Quanten-Infrarotsensoren
Quanten-Infrarotsensoren sind Sensoren, die die Energie der Bandlücke als elektrischen Strom erfassen. Der Mechanismus ist der gleiche wie bei Sonnenkollektoren, die aus Materialien mit Elementen bestehen, die bei Infrarot-Wellenlängen Strom erzeugen. Die Erkennungsempfindlichkeit ist zwar 100- bis 1000-mal höher als bei thermischen Sensoren, aber der Sensor selbst erzeugt auch Wärme, so dass er ausreichend gekühlt werden muss.
Weitere Informationen über Infrarotsensoren
1. Nachteile von Infrarotsensoren
Infrarotsensoren können Fehlfunktionen oder Störungen aufweisen. Fehlfunktionen treten auf, wenn der Sensor durch ein Objekt blockiert wird, das keine Ferninfrarotstrahlung durchlässt, wie z. B. Glas oder Acryl, oder wenn sich das erfasste Objekt kaum bewegt.
Automatische Türen sind ein Beispiel dafür. Automatische Türen erkennen Objekte anhand der Änderungsrate der Infrarotreflexion. Aufgrund dieses Prinzips kommt es zu Fehlfunktionen, wenn Sie Kleidung in der gleichen Farbe wie der Teppich tragen oder sich der automatischen Tür vorsichtig nähern.
Er kann auch durch andere Wärmequellen als den menschlichen Körper gestört werden. So kann es beispielsweise bei Sonnenlicht oder Glühlampenlicht zu Fehlfunktionen kommen. Sie können auch bei plötzlichen Temperaturschwankungen in der Nähe von Klimaanlagen und Heizungen ausfallen.
2. Infrarotsensoren und Fahrzeuge
Das Fahren bei Nacht erhöht die Wahrscheinlichkeit von Unfällen aufgrund schlechter Sicht. Infrarotsensoren gelten als die neuen Augen, die die Probleme beim Fahren in der Nacht lösen und die Sicherheit erhöhen.
Nachtsichtsysteme
Infrarotsensoren machen Fußgänger und andere Objekte sichtbar und zeigen sie auf einem Display an. Bei passiven Sensoren wird die Ferninfrarotstrahlung direkt erfasst, so dass keine Beleuchtung erforderlich ist. Aktive Systeme verwenden Nahinfrarotlicht, um die Straße zu beleuchten und eine Infrarotkamera, um das reflektierte Licht zu erfassen. GM und Honda verwenden die Ferninfrarot-Methode, während Toyota die Nahinfrarot-Methode in der Praxis eingesetzt hat.
Überwachung des Fahrzeugumfangs
Infrarotkameras sind an allen vier Seiten des Fahrzeugs angebracht, um Fußgänger im toten Winkel zu erkennen. Es wurde ein System entwickelt, das den Fahrer beim Starten des Fahrzeugs warnt, wenn Fußgänger anwesend sind und ihn davon abhält, das Fahrzeug zu starten.
Klimatisierungssysteme
Es wurde ein System zur Steuerung der Klimaanlage entwickelt, das die von den Insassen ausgehende Ferninfrarotstrahlung nutzt, um die Oberflächentemperatur zu messen und die Luftauslässe zu schalten.