Введение в инфракрасный датчик температуры
Инфракрасный датчик температуры — это бесконтактный датчик, использующий энергию инфракрасного излучения, испускаемого объектом, для измерения температуры его поверхности. Его принцип работы основан на законе Стефана-Больцмана: все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают инфракрасное излучение, интенсивность которого пропорциональна четвертой степени температуры поверхности объекта. Датчик преобразует полученное инфракрасное излучение в электрический сигнал с помощью встроенного термоэлемента или пироэлектрического детектора, а затем вычисляет значение температуры с помощью алгоритма.
Технические характеристики:
Бесконтактное измерение: нет необходимости прикасаться к измеряемому объекту, что позволяет избежать загрязнения или помех от высокотемпературных и движущихся объектов.
Высокая скорость отклика: отклик в миллисекундах, подходит для динамического мониторинга температуры.
Широкий диапазон: типичный диапазон действия -50℃...3000℃ (различные модели значительно различаются).
Высокая адаптивность: может использоваться в вакууме, коррозионных средах или в условиях электромагнитных помех.
Основные технические индикаторы
Точность измерения: ±1% или ±1,5 ℃ (для высококлассных промышленных приборов точность может достигать ±0,3 ℃)
Регулировка излучательной способности: поддерживает регулировку в диапазоне 0,1–1,0 (калибрована для поверхностей разных материалов)
Оптическое разрешение: например, 30:1 означает, что область диаметром 1 см можно измерить на расстоянии 30 см.
Длина волны срабатывания: обычно 8–14 мкм (подходит для объектов при нормальной температуре), коротковолновый тип используется для обнаружения высоких температур.
Типичные случаи применения
1. Прогностическое обслуживание промышленного оборудования
Один из автопроизводителей установил инфракрасные датчики MLX90614 на подшипники двигателя и прогнозировал неисправности, непрерывно отслеживая изменения температуры подшипников и комбинируя алгоритмы искусственного интеллекта. Практические данные показывают, что предупреждение о перегреве подшипников за 72 часа может сократить потери от простоя на 230 000 долларов США в год.
2. Система медицинского температурного скрининга
Во время пандемии COVID-19 в 2020 году тепловизоры FLIR серии T были установлены на аварийных входах в больницы, обеспечивая скрининг 20 человек на предмет аномальной температуры в секунду с погрешностью измерения температуры ≤0,3 ℃, а в сочетании с технологией распознавания лиц — для отслеживания траектории перемещения персонала с аномальной температурой.
3. Умный контроль температуры бытовой техники
Высококлассная индукционная плита оснащена инфракрасным датчиком Melexis MLX90621 для контроля распределения температуры на дне кастрюли в режиме реального времени. При обнаружении локального перегрева (например, при горении без воды) мощность автоматически снижается. По сравнению с традиционным решением с термопарой, скорость срабатывания терморегулятора увеличена в 5 раз.
4. Система точного орошения в сельском хозяйстве
На ферме в Израиле используется инфракрасный тепловизор Heimann HTPA32x32 для мониторинга температуры растительного покрова и построения модели транспирации на основе параметров окружающей среды. Система автоматически регулирует объём капельного орошения, экономя 38% воды на винограднике и увеличивая урожайность на 15%.
5. Онлайн-мониторинг энергосистем
Компания State Grid устанавливает инфракрасные термометры серии Optris PI на высоковольтных подстанциях для круглосуточного мониторинга температуры ключевых компонентов, таких как соединения шин и изоляторы. В 2022 году подстанция успешно предупредила о плохом контакте разъединителей 110 кВ, что позволило избежать регионального отключения электроэнергии.
Тенденции инновационного развития
Технология многоспектрального слияния: объединение инфракрасного измерения температуры с изображениями в видимом свете для улучшения возможностей распознавания целей в сложных сценариях
Анализ температурного поля с помощью ИИ: анализ характеристик распределения температуры на основе глубокого обучения, например, автоматическая маркировка воспалительных очагов в медицинской сфере.
Миниатюризация МЭМС: датчик AS6221, выпущенный AMS, имеет размер всего 1,5×1,5 мм и может быть встроен в умные часы для контроля температуры кожи.
Интеграция беспроводного Интернета вещей: инфракрасные узлы измерения температуры с протоколом LoRaWAN обеспечивают удаленный мониторинг на километровом уровне, подходят для мониторинга нефтепроводов.
Предложения по выбору
Линия обработки пищевых продуктов: отдавайте предпочтение моделям с уровнем защиты IP67 и временем отклика <100 мс
Лабораторные исследования: обратите внимание на разрешение измерения температуры 0,01 ℃ и интерфейс вывода данных (например, USB/I2C).
Противопожарная защита: выберите взрывозащищенные датчики с диапазоном более 600 ℃, оснащенные фильтрами проникновения дыма.
С популяризацией технологий 5G и периферийных вычислений инфракрасные датчики температуры развиваются из отдельных измерительных инструментов в интеллектуальные сенсорные узлы, демонстрируя все больший потенциал применения в таких областях, как Индустрия 4.0 и умные города.
Время публикации: 11 февраля 2025 г.