تلعب حساسات الأشعة تحت الحمراء دورًا حاسمًا في التكنولوجيا الحديثة. حيث تعمل هذه الأجهزة الرائعة بصمت في كل مكان حولنا وتجدها في كل شيء بداية من الهاتف الذي تحمله بيدك وحتى خارج الكوكب في الأقمار الصناعية السابحة في الفضاء. يبدو هذا مثيرًا للاهتمام، أليس كذلك؟ لذا دعنا نصطحبك في جولة خلف كواليس حساسات الأشعة تحت الحمراء ونتعرف عليها بمزيد من التفصيل.
كيف تعمل حساسات الأشعة تحت الحمراء؟
تعمل حساسات الأشعة تحت الحمراء من خلال آليتين رئيسيتين: الانبعاث والكشف. فهي تصدر ضوء الأشعة تحت الحمراء تجاه جسم ما ثم تقيس الضوء المنعكس أو تكتشف الإشعاع تحت الأحمر المنبعث بشكل طبيعي من الجسم.
يتكون حساس الأشعة تحت الحمراء عادةً من مصباح LED للأشعة تحت الحمراء (الباعث) والصمام الثنائي الضوئي أو الترانزستور الضوئي (المستقبل) ووحدة معالجة.
عندما يدخل جسم في مسار الأشعة تحت الحمراء المنبعثة، فإنه يعكس الضوء مرة أخرى إلى المستقبل الذي يقوم بتحويل الأشعة تحت الحمراء إلى إشارة كهربائية لتتم معالجتها بواسطة وحدة المعالجة لتحديد وجود الجسم أو بعده أو حتى حرارته.
أنواع حساسات الأشعة تحت الحمراء IR
حساسات الأشعة تحت الحمراء الخاملة (PIR):
حساسات الأشعة تحت الحمراء الخاملة هي الأجهزة الأكثر شيوعًا في اكتشاف الحركة. لا تصدر هذه الحساسات أي إشعاعات؛ بل إنها تكتشف التغيرات في طاقة الأشعة تحت الحمراء في محيطها. عندما يتحرك شخص أو جسم في نطاق الحساس، فإنه يلتقط التغيير في مستويات الأشعة تحت الحمراء، مما يشير إلى الحركة. هذا هو السبب في استخدام حساسات الأشعة تحت الحمراء الخاملة على نطاق واسع في أنظمة الأمان وأتمتة المنزل.
حساسات الأشعة تحت الحمراء النشطة
من ناحية أخرى، تصدر حساسات الأشعة تحت الحمراء النشطة إشعاعات تحت الحمراء ثم تستقبل الانعكاس من الأجسام. غالبًا ما يستخدم هذا النوع من الحساسات في التطبيقات التي تتطلب قياس المسافة أو اكتشاف العوائق.
حساسات الأشعة تحت الحمراء الحرارية
تكتشف هذه الحساسات أنماط الحرارة وتغيرات درجات الحرارة في البيئة. تُستخدم الحساسات الحرارية عادةً في تطبيقات مثل الرؤية الليلية ومكافحة الحرائق والتشخيصات الطبية. من خلال قياس الأشعة تحت الحمراء، يمكنها إنشاء خرائط حرارية، مما يجعل من السهل تحديد الأجسام الدافئة حتى في الظلام الدامس.
حساسات الأشعة تحت الحمراء العاكسة:
تحتوي هذه الحساسات على كل من المرسل والمستقبل في نفس الوحدة. وهي تعمل عن طريق إصدار الأشعة تحت الحمراء واستقبال الانعكاس من الأجسام القريبة. تُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات مختلفة لأنها فعالة من حيث التكلفة وسهلة الاستخدام وموثوقة في اكتشاف الأشياء على مسافات قصيرة إلى متوسطة.
حساسات الأشعة تحت الحمراء ذات الشعاع المباشر:
تحتوي هذه الحساسات على المرسل والمستقبل في وضع متقابل، بحيث يتم اكتشاف الجسم عندما يمر خلال الأشعة تحت الحمراء بينهما. وهي تستخدم في أنظمة السلامة الصناعية لاكتشاف الأجسام في المناطق الخطرة. وأنظمة العد لحساب العناصر التي تمر عبر خط الإنتاج. تُعرف بدقتها وموثوقيتها، وخاصة في البيئات ذات الظروف الصعبة مثل الغبار أو الضباب أو الرطوبة.
حساسات الأشعة تحت الحمراء الكمومية:
هي حساسات متقدمة تستخدم مبادئ ميكانيكا الكم للكشف عن الأشعة تحت الحمراء. تعمل هذه الحساسات عادةً بناءً على التأثيرات الكمومية، مثل انتقالات الإلكترون في المواد شبه الموصلة، لقياس الأشعة تحت الحمراء بدقة عالية. يمكن لأجهزة الحساسات الأشعة تحت الحمراء الكمومية اكتشاف كميات صغيرة جدًا من الأشعة تحت الحمراء، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب الدقة والضبط مثل البحث العلمي والتطبيقات الصناعية والصناعات العسكرية والفضائية.
تطبيقات حساسات الأشعة تحت الحمراء :
تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء (IR) بمجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف الصناعات نظرًا لقدرتها على اكتشاف الأشعة تحت الحمراء وبطريقة غير تلامسية. وفيما يلي بعض التطبيقات الرئيسية الحساسات الأشعة تحت الحمراء:
1. اكتشاف الحركة
أنظمة الأمان: تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء بشكل شائع في أجهزة إنذار السرقة وأجهزة كشف الحركة للكشف عن الحركات الغريبة.
الإضاءة التلقائية: تُستخدم لتشغيل الأضواء وإطفائها بناءً على وجود أشخاص في غرفة أو منطقة.
2. استشعار القرب
عناصر التحكم بدون لمس: تتيح حساسات الأشعة تحت الحمراء للأجهزة مثل الصنابير الأوتوماتيكية ومجففات الأيدي.
الروبوتات: تُستخدم في أنظمة اكتشاف العوائق وتجنبها لمساعدة الروبوتات على الانتقال بسلاسة في مختلف البيئات.
3. قياس درجة الحرارة
التصوير الحراري: تعد حساسات الأشعة تحت الحمراء بالغة الأهمية في الكاميرات الحرارية للكشف عن التغيرات في درجات الحرارة، وتستخدم على نطاق واسع في التشخيص الطبي والمراقبة ومكافحة الحرائق.
أجهزة قياس الحرارة غير التلامسية: تسمح حساسات الأشعة تحت الحمراء في هذه الأجهزة بقياس درجة الحرارة دون ملامسة جسدية، وتستخدم عادة في التطبيقات الصحية والصناعية.
4. مراقبة البيئة
أقمار صناعية للطقس: تراقب حساسات الأشعة تحت الحمراء المعايير البيئية مثل الغطاء السحابي ودرجات حرارة سطح البحر وانبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي.
اكتشاف الغاز: تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء في التطبيقات الصناعية لاكتشاف الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والميثان من خلال تحليل امتصاص ضوء الأشعة تحت الحمراء.
5. أجهزة التحكم عن بعد
الإلكترونيات الاستهلاكية: تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع في أجهزة التحكم عن بعد للتلفزيون ومكيفات الهواء وغيرها من الأجهزة لإرسال إشارات إلى الجهاز.
6. تطبيقات السيارات
أنظمة الرؤية الليلية: تعمل حساسات الأشعة تحت الحمراء على تعزيز رؤية السائق في ظروف الإضاءة المنخفضة من خلال اكتشاف الأشياء والمشاة بناءً على الأشعة تحت الحمراء المنبعثة منها.
تجنب الاصطدام: في أنظمة مساعدة السائق، تساعد حساسات الأشعة تحت الحمراء في اكتشاف الأشياء والعقبات في مسار السيارة لتجنب الاصطدامات.
7. الأتمتة الصناعية
عد الأشياء: تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء على أحزمة النقل وخطوط الإنتاج لعد الأشياء أو اكتشاف العناصر المعيبة.
مراقبة الجودة: تكتشف حساسات الأشعة تحت الحمراء عيوب السطح أو تراقب العمليات من خلال تحديد التغيرات في درجات الحرارة أثناء التصنيع.
8. التطبيقات الطبية
أجهزة قياس الأكسجين النبضي: تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء في أجهزة قياس الأكسجين النبضي حيث تقوم بقياس مستويات الأكسجين في الدم من خلال قياس نسبة امتصاص الضوء تحت الأحمر.
التصوير الطبي: تلعب حساسات الأشعة تحت الحمراء دورًا هامًا في تقنيات التصوير المتقدمة لتشخيص حالات مثل الأورام أو مشاكل الجهاز الدوري.
9. أنظمة الاتصالات
الألياف الضوئية: تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء في أنظمة الاتصالات بالألياف الضوئية لنقل البيانات باستخدام الأشعة تحت الحمراء.
10. الزراعة
مراقبة رطوبة التربة: تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء في الزراعة الدقيقة للكشف عن مستويات رطوبة التربة وتحسين الري.
مراقبة صحة النبات: يمكن لحساسات الأشعة تحت الحمراء اكتشاف إجهاد النبات عن طريق قياس الانبعاثات الحرارية للمحاصيل، مما يساعد على الكشف المبكر لتلف النبات ومعالجته في الوقت المناسب.
11. علم الفلك واستكشاف الفضاء
التلسكوبات بالأشعة تحت الحمراء: تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء في التلسكوبات الفضائية للكشف عن الأجسام التي تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء، مثل النجوم البعيدة والمجرات والكواكب.
مراقبة الأرض: تراقب الأقمار الصناعية المزودة بحساسات الأشعة تحت الحمراء الظروف البيئية، مثل أنماط الحرارة وصحة النباتات ودرجات حرارة سطح الأرض.
12. صناعة الأغذية والمشروبات
فحص الجودة: تساعد حساسات الأشعة تحت الحمراء في الكشف عن الملوثات وقياس مستويات الرطوبة لضمان الطهي أو الخبز المناسب من خلال مراقبة الحرارة.
فحص التعبئة والتغليف: تضمن حساسات الأشعة تحت الحمراء أن المنتجات مغلقة ومغلفة بشكل صحيح من خلال اكتشاف التوقيعات الحرارية في عملية التعبئة والتغليف.
13. أتمتة المنزل
المنازل الذكية: تُستخدم حساسات الأشعة تحت الحمراء في أجهزة المنزل الذكي للتحكم في الإضاءة ودرجة الحرارة وأنظمة الأمان بناءً على الحركة والظروف البيئية.
كفاءة الطاقة: يمكن لهذه الحساسات تحسين أنظمة التدفئة والتبريد من خلال اكتشاف وجود الأشخاص في المنزل.
14. الأجهزة القابلة للارتداء
أجهزة تتبع اللياقة البدنية: تقيس حساسات الأشعة تحت الحمراء في الأجهزة القابلة للارتداء معدل ضربات القلب ودرجة حرارة الجلد من خلال اكتشاف التغيرات في الأشعة تحت الحمراء الصادرة عن الجسم.
باختصار، تعد حساسات الأشعة تحت الحمراء أدوات متعددة الاستخدامات وقوية يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات. سواء كنت تريد اكتشاف الحركة أو قياس المسافة أو حتى تحديد وجود أجسام أو كائنات معينة، فهناك جهاز يمكنه إنجاز المهمة. إذن، أي حساس تحتاج لأجل مهمتك التالية؟ سارع بتفقد حساسات الأشعة تحت الحمراء من مايكرو واطلب ما تحتاجه فورًا.