Введение в инфракрасные датчики температуры
Инфракрасный датчик температуры — это бесконтактный датчик, использующий энергию инфракрасного излучения, испускаемого объектом, для измерения температуры поверхности. Его основной принцип основан на законе Стефана-Больцмана: все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают инфракрасные лучи, а интенсивность излучения 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 контактировать с измеряемым объектом, что позволяет избежать загрязнения или помех, вызванных высокими температурами и движущимися объектами.
Высокая скорость отклика: миллисекундный отклик, подходит для динамического мониторинга температуры.
Широкий диапазон рабочих температур: типичный диапазон от -50℃ до 3000℃ (различные модели могут значительно отличаться).
Высокая адаптивность: может использоваться в вакууме, агрессивной среде или в условиях электромагнитных помех.
Основные технические индикаторы
Точность измерения: ±1% или ±1,5℃ (для высококачественных промышленных приборов может достигаться ±0,3℃).
Регулировка коэффициента излучения: поддерживает регулировку от 0,1 до 1,0 (калибровка для различных материалов поверхности).
Оптическое разрешение: Например, 30:1 означает, что область диаметром 1 см может быть измерена на расстоянии 30 см.
Диапазон длин волн отклика: обычно 8–14 мкм (подходит для объектов при нормальной температуре), коротковолновый тип используется для обнаружения высоких температур.
Типичные примеры применения
1. Прогнозирующее техническое обслуживание промышленного оборудования
Один из автопроизводителей установил инфракрасные датчики MLX90614 на подшипники двигателя и прогнозировал неисправности, непрерывно отслеживая изменения температуры подшипников и используя алгоритмы искусственного интеллекта. Практические данные показывают, что предупреждение о перегреве подшипников за 72 часа может сократить потери от простоев на 230 000 долларов США в год.
2. Система медицинского измерения температуры
Во время пандемии COVID-19 2020 года тепловизоры серии FLIR T были установлены на входах в отделения неотложной помощи больниц, обеспечивая измерение аномальной температуры у 20 человек в секунду с погрешностью измерения температуры ≤0,3℃, а в сочетании с технологией распознавания лиц — отслеживание траектории движения персонала с аномальной температурой.
3. Интеллектуальное управление температурой бытовой техники
Высококачественная индукционная плита оснащена инфракрасным датчиком Melexis MLX90621, который в режиме реального времени контролирует распределение температуры на дне кастрюли. При обнаружении локального перегрева (например, пригорания) мощность автоматически снижается. По сравнению с традиционным решением на основе термопар, скорость реакции системы контроля температуры увеличена в 5 раз.
4. Система точного орошения в сельском хозяйстве
На одной из ферм в Израиле используется инфракрасный тепловизор Heimann HTPA32x32 для мониторинга температуры растительного покрова и построения модели транспирации на основе параметров окружающей среды. Система автоматически регулирует объем капельного орошения, экономя 38% воды на винограднике и увеличивая урожайность на 15%.
5. Онлайн-мониторинг энергосистем
Компания State Grid использует онлайн-инфракрасные термометры серии Optris PI на высоковольтных подстанциях для круглосуточного мониторинга температуры ключевых элементов, таких как соединения шин и изоляторы. В 2022 году на одной из подстанций удалось успешно предупредить о плохом контакте разъединителей 110 кВ, что предотвратило региональное отключение электроэнергии.
Инновационные тенденции развития
Технология мультиспектрального слияния: объединение инфракрасного измерения температуры с изображениями в видимом свете для повышения возможностей распознавания целей в сложных условиях.
Анализ температурного поля с помощью ИИ: анализ характеристик распределения температуры на основе глубокого обучения, например, автоматическая маркировка воспалительных очагов в медицинской сфере.
Миниатюризация MEMS: датчик AS6221, разработанный компанией AMS, имеет размеры всего 1,5 × 1,5 мм и может быть встроен в умные часы для мониторинга температуры кожи.
Интеграция беспроводного Интернета вещей: инфракрасные узлы измерения температуры по протоколу LoRaWAN обеспечивают дистанционный мониторинг на уровне километров, подходящий для мониторинга нефтепроводов.
Предложения по выбору
Линия пищевой промышленности: Приоритет отдается 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).
Применение в системах пожаротушения: Выберите взрывозащищенные датчики с диапазоном измерения температуры более 600℃, оснащенные фильтрами для защиты от проникновения дыма.
С распространением технологий 5G и граничных вычислений инфракрасные датчики температуры развиваются от отдельных измерительных инструментов до интеллектуальных сенсорных узлов, демонстрируя все больший потенциал применения в таких областях, как Индустрия 4.0 и умные города.
Дата публикации: 11 февраля 2025 г.