Uporaba infrardečega sevanja
Uporaba infrardečega sevanjaDatum objave: 18-04-2025 Datum posodobitve: 10-04-2026 🕒 8 min branja
Infrardeče sevanje, splošno znano kot infrardeče, čeprav se nahaja v spektru svetlobe, ni vidno človeškemu očesu. In morda prav zaradi tega ima veliko fascinantnih uporab ne le v znanosti in industriji, temveč tudi v napravah, ki jih uporabljamo vsak dan. Oglejmo si nekatere, bolj ali manj znane.
Najenostavnejša metoda za preverjanje delovanja daljinskega upravljalnika za avdio opremo je uporaba pametnega telefona. Na njem je treba zagnati aplikacijo za fotoaparat ali kamero. Nato, opazovanje konca daljinskega upravljalnika z oddajno diodo (pogosto je skrita za polprozorno zaščito iz stekla ali plastike) skozi pametni telefon, pritisnite gumbe na daljinskem upravljalniku. Če je daljinski upravljalnik v redu, boste lahko opazili belo svetlečo oddajno diodo, morda celo opazili njeno utripanje v ritmu poslanih kod. S prostim očesom ni mogoče opaziti, da ta dioda oddaja infrardečo svetlobo, vendar je to mogoče zlahka ugotoviti na opisani način. S pomočjo iste diode iz daljinskega upravljalnika lahko tudi "osvetlite" objekt in opazujete skozi kamero, kako se na njem pojavi madež običajno nevidne svetlobe. In če je tako, se določene uporabe same po sebi ponujajo. Opisali jih bomo kmalu po tem, ko se seznanimo z viri infrardeče svetlobe.
- Naravni in umetni viri infrardečega sevanja
- Senzorji, ki uporabljajo infrardečo svetlobo
- Infrardeča svetloba v pirometrih
- Termovizijske kamere
- Prenos podatkov z uporabo infrardeče svetlobe
- Kontrola kakovosti z infrardečo svetlobo
- Nadaljnje uporabe infrardeče svetlobe
Viri infrardečega sevanja
Infrardeče sevanje, čeprav nevidno s prostim očesom, je splošno razširjen pojav in nas obdaja z vseh strani. Ima različne vire, njegova emisija pa je posledica številnih naravnih pojavov in tehnoloških procesov.
Predvsem viri infrardečega sevanja so vsa telesa, katerih temperatura je višja od 0K. In če je tako, je lahko sklepati, da bodo močni, umetni viri infrardeče svetlobe vsi procesi, med katerimi se sprošča toplota: pretok toka, endotermične kemijske reakcije, trenje, stiskanje plina, mehanski udar in drugi. Naravni viri so: telesa živali, sonce, notranjost Zemlje (vulkani in gejzirji) in mnogi drugi. Naučili smo se tudi proizvajati infrardeče sevanje na veliko bolj učinkovit način, z gradnjo svetlečih diod, ki se uporabljajo v številnih krmilnih in telekomunikacijskih napravah.
Oddajna dioda za infrardečo svetlobo se po videzu ne razlikuje od "običajne" LED diode. Podobno kot druge LED diode imajo leče, kar omogoča prilagoditev fokusa žarka (kar je pomembno pri aplikaciji osvetlitve npr. v nadzornih kamerah ali pri prenosu podatkov) – imamo torej diode z kotom od 3 do 160 stopinj kota svetlobe. Infrardeče LED diode se razlikujejo tudi po barvi leče – najdemo brezbarvne, vendar so značilne diode z modro lečo npr. (L-53F3BT), kar je namenjeno filtriranju oddane svetlobe in odpravljanju nepotrebnih valovnih dolžin. Veliko takih diod, raznolikih glede na ohišje, način montaže, moč in namen, najdemo v ponudbi TME. Edina razlika je, da svetlobe infrardeče LED diode ni mogoče videti s prostim očesom.
Infrardeča svetloba v senzorjih
Oddajniki in sprejemniki infrardeče svetlobe so danes poceni in enostavni za uporabo. Zaradi tega obstaja veliko pripravljenih, dobro dokumentiranih in dostopnih načinov, kako jih uporabiti za koristno delo. V ponudbi mnogih proizvajalcev elektronskih komponent so na voljo pripravljeni integrirani vezji oddajniki in dekoderji, tudi v obliki hibridnih vezij, v katerih sta oddajnik in detektor infrardeče svetlobe nameščena v skupnem ohišju z kodirnim in krmilnim vezjem. Omeniti velja tudi reže transoptorjev in odbojne.
Med najbolj razširjenimi in vidnimi v našem okolju so alarmni senzorji. Med njimi so aktivni senzorji, ki osvetljujejo objekte in analizirajo odbito svetlobo ter pasivni senzorji, ki reagirajo na naravno infrardeče sevanje. Omogočajo jim diskretno, neopazno spremljanje območja (tudi v popolni temi). Druga pogosto uporabljena vrsta senzorja so pregrade. Običajno jih najdemo v avtomatskih vratih in vratih – preprečujejo njihovo zapiranje, če je v vratih vozilo. Pregrada je sestavljena iz oddajnika in sprejemnika infrardeče svetlobe. Sprejemnik reagira na prekinitev žarka z dvostopenjskim izhodom, preklapljanjem tranzistorja ali releja na svojem izhodu. Obseg delovanja takšne pregrade je od nekaj do več metrov. Druga vrsta pregrad so varnostne zavese, ki posredno ščitijo pred dostopom do vrtečih se orodij in drugih območij, kjer obstaja nevarnost za človeka.
Pirometer – brezkontaktno merjenje temperature
Pirometer uporablja pojav emisije infrardečega sevanja s površine objekta. Zaradi tega se lahko uporablja za brezkontaktno merjenje temperature na daljavo.
Za brezkontaktno merjenje temperature je pomembna lastnost, imenovana emisivnost objekta, ki je v tem primeru sposobnost telesa za oddajanje infrardeče svetlobe. Ovira za pridobitev pravilnega rezultata merjenja so onesnaževalci, kot so prah, megla, olje in drugi, ki lahko dušijo infrardečo svetlobo, ter polirana, sijoča površina predmeta.
Največjo emisivnost pri kateri koli temperaturi ima popolnoma črno telo (koeficient emisivnosti je enak 1), najnižjo pa popolnoma belo telo (vrednost 0). Za druga telesa lahko določimo njihovo emisivnost kot količnik emisivnosti preučevanega telesa in popolnoma črnega telesa. Torej, višji kot je koeficient emisivnosti, bolje objekt oddaja infrardečo svetlobo. Kot lahko intuitivno občutimo, se emisivnost posameznih materialov ali snovi lahko razlikuje. Na primer, emisivnost lesa se močno razlikuje od emisivnosti bakra ali aluminija. Poleg tega na emisivnost vplivata temperatura objekta in obdelava njegove površine. Primerne vrednosti emisivnosti za različne materiale so navedene v tabeli 1.
Pomemben element pirometra, ki ima odločilen vpliv na merjenje, je kakovost njegovega optičnega sistema. Od njega je odvisna velikost merilne točke in največja razdalja od merjenega objekta. Majhen premer merilne točke omogoča natančnejše merjenje, medtem ko ima razdalja od merjenega objekta poseben pomen za zelo vroče predmete ali procese, ki jih zaradi varnosti preučujemo na ustrezni razdalji.
V pirometru je infrardeče sevanje, ki ga oddaja objekt, osredotočeno z optičnim sistemom in projicirano na infrardeči detektor. Ta element ga pretvori v proporcionalni električni signal. V sodobnih pirometrih je temperatura običajno prikazana v digitalni obliki, zato se signal iz detektorja poda na vhod A/C pretvornika, izračuna in prikaže na zaslonu ali prenese prek digitalnega vmesnika na sodelujočo napravo.
Pirometri so še posebej uporabni pri merjenju procesov, ki potekajo pri visokih temperaturah, zato se pogosto uporabljajo v industrijskih obratih. Najdemo jih tudi v avtomobilski industriji, strojni industriji in prehrambeni industriji. Različica pirometra z dokaj ozko uporabo so infrardeči termometri, ki se uporabljajo v medicini. Omogočajo zelo hitro, udobno za pacienta, higiensko, brezkontaktno merjenje telesne temperature – tak termometer je dovolj približati k mestu na telesu in takoj lahko preberete rezultat.
Tabela 1. Emisivnost izbranih materialov
| Material (temperatura materiala) | Emisivnost |
|---|---|
| Aluminij, zelo oksidiran (93°C) | 0,20 |
| Aluminij, poliran (100°C) | 0,09 |
| Aluminij, neoksidiran (100°C) | 0,03 |
| Aluminij, prevlečen (170°C) | 0,04 |
| Medenina, oksidirana (200°C) | 0,61 |
| Lito železo oksidirano (200°C) | 0,64 |
| Krom (40°C) | 0,08 |
| Krom, poliran (150°C) | 0,06 |
| Baker, oksidiran (130°C) | 0,76 |
| Baker, poliran (40°C) | 0,03 |
| Baker, prevlečen (40°C) | 0,64 |
| Baker z rahlim premazom (20°C) | 0,04 |
| Železo (20°C) | 0,24 |
| Železo z lito površino (100°C) | 0,8 |
| Železo z prevlečeno površino (20°C) | 0,77 |
| Svinec (40°C) | 0,43 |
| Svinec, siva oksidirana (40°C) | 0,28 |
| Svinec, oksidiran (40°C) | 0,43 |
| Oljne barve (vse barve) (90°C) | 0,92 … 0,96 |
| Barve, črna, mat (80°C) | 0,97 |
| Barve, modra na aluminijasti foliji (40°C) | 0,78 |
| Barve, bela (90°C) | 0,95 |
| Barve, rumena, 2 sloja na aluminijasti foliji (40°C) | 0,79 |
| Papir (20°C) | 0,97 |
| Plastika: PE, PP, PVC (20°C) | 0,94 |
| Guma, trda (23°C) | 0,94 |
| Guma, mehka, siva (23°C) | 0,89 |
| Hladno valjana jeklena pločevina (93°C) | 0,75 … 0,85 |
| Jeklo, površina kaljena (200°C) | 0,52 |
| Jeklo, oksidirano (200°C) | 0,79 |
| Les (70°C) | 0,94 |
Termovizija – opazovanje objekta v infrardeči svetlobi
Razširjenost termovizije je prispevala k padcu cen senzorjev, s tem pa tudi naprav, ki jih uporabljajo, imenovanih termovizijske kamere. Za povprečnega uporabnika so dovolj kamere z manjšo ločljivostjo in zato – s sorazmerno poceni senzorji. Ker je prav ločljivost senzorja odločilna za končno ceno končne kamere in njen namen.
Termična slika prinaša veliko informacij, ki so nevidne s prostim očesom. S termovizijsko kamero je brez večjih težav mogoče opazovati razporeditev temperature na objektu in v njegovi okolici. Na termični sliki so vidna hladnejša in toplejša območja, predstavljena na način, ki ga človek zlahka interpretira. Zaradi fizikalnih pojavov, ki spremljajo segrevanje objektov, kot so trenje ali pretok električnega toka, termična slika omogoča diagnostiko opazovanih strojev, naprav in objektov. Uporabimo nekaj primerov.
Termovizijske kamere v katalogu TME
V strojih so elementi, ki se obrabijo po določenem obdobju uporabe, ležaji. Začnejo postavljati vedno večji upor, zaradi česar se segrejejo, da se na koncu poškodujejo. Tak ležaj s temperaturo, ki odstopa od norme, je enostavno zaznati na termični sliki, kar omogoča popravilo ali zamenjavo elementa, preden se zablokira, razpade ali vname. Drugo področje je diagnostika električnih naprav, kjer so kritične točke, ki se segrejejo do najvišje temperature, običajno kontaktne točke, kjer je upornost povezave največja. Moč, ki se sprošča na upornosti, je odvisna od jakosti toka, ki teče skozi njo, in vrednosti upornosti. Zaradi korozije, preobremenitve, okvare ali napak v projektu lahko mejne vrednosti presežejo in kontaktna točka se bo segrela do znatne temperature. Posledično lahko to povzroči poškodbo izolacije, njen vžig itd. Termovizijska kamera omogoča hitro, brezkontaktno diagnostiko in reakcijo, preden to povzroči požar ali resno okvaro napajalnega omrežja. Slika iz termovizijske kamere je tudi odličen material za ljudi, ki se ukvarjajo z ogrevalnimi sistemi, klimatizacijo in izolacijo stavb. Z njim je mogoče hitro locirati puščanje, izgube energije, mesta vstopa hladnega zraka itd.
Druga uporaba termovizije je medicinska diagnostika. Z infrardečo svetlobo lahko ne samo izmerimo temperaturo, o čemer smo pisali pri pirometru, ampak tudi odkrijemo žarišča bolezni ali pogledamo pod pacientovo kožo. Te diagnostične tehnike poleg slikanja v infrardeči svetlobi zahtevajo napredno analizo slike, podprto z algoritmi AI.
Infrardeča svetloba pri prenosu podatkov in signalov
Infrardeča svetloba v komunikaciji se uporablja predvsem za ustvarjanje lokalnih povezav za prenos podatkov na kratke razdalje. Lahko bi rekli, da je nekoč priljubljen vmesnik IrDA postavil temelje za Bluetooth in mobilni internet, saj je omogočil brezžični prenos podatkov med telefonom in osebnim računalnikom. Druga uporaba, ki je bila nekoč priljubljena, a je zdaj popolnoma izginila, je bila ustvarjanje povezav med stanovanjskimi stavbami za ustvarjanje računalniških omrežij. Očitna prednost takšne rešitve je galvanska ločitev, vendar ima poleg tega številne pomanjkljivosti, zato so jo hitro nadomestile radijske povezave.
Velike infrardeče oddajnike, sestavljene iz matrik oddajnih diod, je mogoče včasih videti na seminarjih in konferencah. Z njihovo uporabo se distribuira avdio signal številnim uporabnikom. Seveda to zahteva, da so opremljeni s slušalkami s posebnim sprejemnikom, vendar po drugi strani ne zahteva dela v nobenem od radijskih pasov in pridobitve licence za delo oddajnika.
Komponenta, ki se pogosto uporablja v elektronskih napravah, so transoptorji. V nasprotju s prej omenjenimi režnimi in odbojnimi transoptorji so ti zgrajeni z uporabo standardnih ohišij integriranih vezij THT in SMD, lahko imajo od enega do več kanalov za prenos signala. Sestavljeni so iz enega ali več parov oddajnik – sprejemnik, ki so galvansko ločeni. Najpogosteje imamo nizkonapetostno stran (krmilno/oddajno) in visokonapetostno stran (izvedbeno/sprejemno). Signal se prenaša z vhoda na izhod z uporabo infrardeče svetlobe, kar omogoča električno ločitev obeh vezij. Na ta način se zlahka izničijo razlike v nivojih mase, odpravi možnost okvare pri prenapetosti na eni od strani, prilagodi impedance vezij, izvede konverzijo (napetostni premik) logičnih nivojev in nivojev analognih signalov.
Infrardeči vmesniki se pogosto uporabljajo v merilnih napravah, ker z njimi zlahka dosežemo galvansko ločitev med merilno napravo in računalnikom, ki z njo sodeluje. Tak vmesnik nima osupljive hitrosti prenosa, ker to običajno ni potrebno, vendar zagotavlja zanesljivo, varno komunikacijo v obe smeri. Res je, da ga postopoma nadomeščajo radijski vmesniki, vendar je še vedno vgrajen v številne multimetre in druge instrumente.
Infrardeča svetloba pri kontroli kakovosti
Infrardeče sevanje se pogosto uporablja pri kontroli kakovosti s pomočjo kamer vizualnih sistemov. Glavni razlog je nevidna svetloba, ki ni moteča za ljudi v okolici, hkrati pa se odlično obnese pri oceni oblike, orientacije in nadzoru prisotnosti. Kot senzorji se lahko uporabljajo relativno poceni monokromatske kamere, katerih slika se analizira in oceni s pomočjo računalnika ali ASIC vezja. Še druge možnosti ustvarja spektrografija v infrardeči svetlobi, s katero je mogoče zaznati onesnaževalce na površini objekta (tudi nevidne s prostim očesom), neenakomernost galvanizacije ali lakiranja. Kamera lahko pokrije veliko območje, kar omogoča, da se sama ocena kakovosti izvede zelo hitro.
Industrija, v kateri se infrardeča svetloba in spektrografija v infrardeči svetlobi uporabljata za oceno kakovosti izdelkov in pridelkov, je prehrambena industrija. Tu analiza slike omogoča hitro zaznavanje plesni ali onesnaževalcev.
Prihodnost infrardeče tehnologije
Infrardeče sevanje najde številne aplikacije v znanosti, tehniki in vojaški industriji. Mnoge od njih so ustvarjene za edinstvene uporabe, s katerimi povprečen človek nima priložnosti srečati. Nemogoče jih je vse našteti, še posebej, ker se še vedno ustvarjajo nove, nekoč nedosegljive, zdaj pa dostopne zaradi razvoja naprednih tehnik analize slike, podprtih z AI. Pogosto so oddajniki in infrardeči detektorji povezani z drugimi vrstami naprav, kar ustvarja hibridne senzorje in s tem podpira njihovo delovanje. Robotika, analiza gibanja, varnost objektov – uporabe ne manjkajo, edina omejitev zanje pa je domišljija.
Transfer Multisort Elektronik (TME) je eden največjih svetovnih distributerjev elektronskih komponent, elektrotehničnih delov, delavniške opreme in industrijske avtomatizacije. Katalog vključuje več kot 1.500.000 izdelkov 1.300 vodilnih proizvajalcev. Sodobni logistični centri TME v Lodžu in Rzgówu (Poljska) s skupno površino več kot 40.000 m² vsak dan pošljejo skoraj 6.000 paketov strankam v več kot 150 državah.
TME prav tako vlaga v razvoj znanja in spretnosti mladih inženirjev in navdušencev nad elektroniko prek projekta TME Education ter podpira tehnološko skupnost z organizacijo serije dogodkov TechMasterEvent, ki spodbujajo inovacije in izmenjavo izkušenj.
