Czym jest i jak działa czujnik podczerwieni?

Czujniki podczerwieni to urządzenia, które odgrywają kluczową rolę w wielu aspektach codziennego życia, choć rzadko zdajemy sobie z tego sprawę.

Budowa czujnika podczerwieni 

W dzisiejszych czasach czujniki podczerwieni odgrywają kluczową rolę w różnorodnych technologiach. Podstawowy model takiego czujnika składa się z kilku istotnych komponentów. Na początek mamy źródło światła podczerwonego, które najczęściej przybiera formę diody elektroluminescencyjnej. Ta dioda jest zaprojektowana tak, aby emitować światło w zakresie podczerwieni. Kolejnym ważnym składnikiem jest detektor podczerwieni, który zazwyczaj jest fotodiodą lub fototranzystorem reagującym na podczerwień.

Następnie mamy obwód przetwarzający, który ma za zadanie interpretować sygnał pochodzący z detektora. W jego skład mogą wchodzić różne filtry i wzmacniacze, które wspomagają analizę sygnału i podejmują decyzję o dalszych działaniach. Ostatnim elementem jest obudowa, która ma za zadanie ochronić wszystkie komponenty czujnika przed szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi, takimi jak wilgoć czy pył.

Chociaż w bardziej zaawansowanych urządzeniach, takich jak kamery termowizyjne, konstrukcja czujnika podczerwieni może być znacznie bardziej złożona, zawierając skomplikowane układy optyczne i elektroniczne, to jednak podstawowa struktura pozostaje niezmienna.

Rodzaje czujników podczerwieni

Rodzaje czujników podczerwieni obejmują:

• pasywne detektory podczerwieni (PIR), które rejestrują promieniowanie cieplne obiektów,
• czujniki z fototranzystorem, reagujące na światło podczerwone,
• detektory z fotodiodą, działające na podobnej zasadzie co czujniki fototranzystorowe,
• czujniki termopile, mierzące różnice temperatur za pomocą detekcji promieniowania podczerwonego,
• detektory bolometryczne, które zmieniają swoje właściwości elektryczne pochłaniając promieniowanie podczerwone.

Wybór odpowiedniego czujnika zależy od specyfiki zastosowania i wymagań technicznych.

Jak działa czujnik podczerwieni?

Czujniki podczerwieni działają na zasadzie detekcji promieniowania podczerwonego, które jest naturalnie wydzielane lub odbijane przez obiekty. Każdy przedmiot o temperaturze wyższej niż zero absolutne wytwarza tę formę energii, którą potocznie określamy mianem ciepła.

W przypadku aktywnych czujników podczerwieni proces rozpoczyna się od emisji światła podczerwonego przez diodę LED. Następnie, promieniowanie to, po odbiciu się od przedmiotu lub wyemitowaniu przez niego, jest wykrywane przez detektor. Detektor ten przekształca otrzymane promieniowanie w sygnał elektryczny, którego wielkość jest proporcjonalna do ilości zaabsorbowanej energii podczerwonej. Ostatnim etapem jest interpretacja tego sygnału przez układ elektroniczny, który na jego podstawie podejmuje odpowiednie działania, jak na przykład zmiana kanału w telewizorze po otrzymaniu sygnału z pilota.

W odniesieniu do czujników pasywnych, takich jak te wykorzystywane w kamerach termowizyjnych, proces emisji światła podczerwonego nie występuje. Te urządzenia skupiają się na bezpośrednim wykrywaniu promieniowania podczerwonego emitowanego przez obiekty znajdujące się w ich zasięgu.

Zastosowania czujników podczerwieni

Zastosowania czujników podczerwieni obejmują:

• obsługę urządzeń domowych, takich jak telewizory, klimatyzacje czy sprzęt audio za pomocą pilotów,
• wykorzystanie w systemach alarmowych i czujnikach ruchu do wykrywania zmian w promieniowaniu podczerwonym,
• pomiar temperatury ciała przez termometry podczerwieni bez kontaktu fizycznego, co jest przydatne podczas pandemii,
• badanie odległych gwiazd i galaktyk w astronomii, gdzie czujniki podczerwieni pozwalają na obserwacje niewidocznych zjawisk dla teleskopów optycznych,
• sterowanie oświetleniem i systemami HVAC w budynkach, co przyczynia się do oszczędności energii dzięki wykrywaniu obecności ludzi.