Детекторы инфракрасного излучения широко используются в промышленности и исследованиях. Примером являются устройства, связанные со спектрометрией, включая мониторинг качества воздуха, состава выхлопных газов, обнаружение опасных веществ в системах противопожарной защиты, анализ химического состава, а также в диагностике заболеваний или контроле выбросов парниковых газов.
Каждое вещество по-своему поглощает электромагнитное излучение. Это явление используется в газовых датчиках, например в популярных NDIR (недисперсионных инфракрасных) сенсорах, обнаруживающих углекислый газ. Но аналогичные детекторы, использующие ИК-излучение, имеют гораздо более широкое применение. В первую очередь это устройства которые проверяют качество воздуха и состав газов, выбрасываемых промышленными предприятиями и автомобилями внутреннего сгорания. Конечно инфракрасная спектроскопия позволяет анализировать вещества без цвета и запаха, поэтому она также используется в современных системах безопасности. Например газовая промышленность (обнаружение утечек) или горнодобывающая промышленность, где инфракрасный детектор помогает обнаруживать метан и другие опасные химические вещества.
Анализ, выполняемый с помощью инфракрасного лазерного луча, не ограничивается газами. Одной из областей применения будет проверка качества воды (водопроводные станции, очистные сооружения). Различные, но основанные на одних и тех же предположениях решения, могут быть применены в медицине (изучение кровообращения в капиллярах), микробиологии, а также метеорологии и климатологии. Детекторы инфракрасного излучения также являются ключевым элементом современной железнодорожной безопасности, где они контролируют прочность механических элементов. Оони используются в системах противопожарной защиты, в том числе в нефтехимической промышленности.
Инфракрасные детекторы VIGO System
VIGO System – лидер в производстве детекторов инфракрасного излучения, которые используются в таких областях, как онкология, астрономия и даже в НАСА. Производственный процесс основан на методе MOCVD (осаждение полупроводниковых слоев из паров металлоорганических соединений). Это позволяет изготавливать детекторы с превосходной точностью и лучшим подтверждением качества модулей, предлагаемых этим производителем, является их использование в исследовательских программах NASA и Европейского космического агентства, они в настоящее время находятся на Марсе и принадлежат бортовым приборам марсохода Curiosity и посадочного модуля Schiaparelli.
В последнее время детекторы и готовые измерительные модули на их основе можно легко приобрести в любом количестве, имеются:
- миниатюрные ИК-модули обнаружения,
- детекторы общего назначения,
- высокоскоростные детекторы,
- модули для лабораторных устройств.
Далее обзор ассортимента продукции, который включает как специализированные модули, так и универсальные решения, предназначенные для использования во многих отраслях промышленности.
Лабораторные инфракрасные детекторы LabM-I-10.6
Эти модули адаптированы для лабораторных целей. Их настройка выполняется с помощью программного обеспечения Smart Manager. Пользователь может изменять такие параметры, как: усиление (до 40 дБ), диапазон (1,5, 15, 100 МГц), контроль температуры и другое. Полный диапазон обнаружения охватывает излучение от 2 до 12 мкм. Благодаря широкому спектру, модуль может использоваться для калибровки лазерных излучателей. Он также используется в производстве микросхем, мониторинге содержания глюкозы (диабетология) и стоматологии.
Инфракрасные детекторы среднего диапазона LabM-I-6
LabM-I-6 – это продукт, предназначенный в первую очередь для лабораторных работ. Он также программируется. Разница между модулями заключается в спектральном диапазоне обнаружения, который тут более избирательный, охватывает длины волн от 3 до 7,5 мкм, определяемый как средний инфракрасный диапазон, MWIR (Midwave Infrared). LabM-I-6 также обеспечивает большую полосу пропускания (до 200 МГц). Благодаря этим характеристикам детектор используется в первую очередь для анализа состава газа.
Миниатюрные ИК-модули обнаружения microM-10.6
Это миниатюрный детекторный модуль предназначенный для устройств с ограниченным пространством. Он характеризуется широким углом обзора около 85 °. Нет встроенного монитора напряжения и охлаждающей ячейки (только предусилитель, работающий в режиме постоянного тока), которые должны быть включены в конструкцию. Это универсальный продукт (калибровка лазера, измерения CO2), работающий в широком спектре (примерно 2–12 мкм), но оптимизированный для «длинного инфракрасного» (LWIR) диапазона.
Детекторы общего назначения UM-I-10.6
Эти модули имеют параметры обнаружения, аналогичные модулю microM-10.6. У них сенсорное окно из селенида цинка, покрытое антибликовым покрытием. Спектр пропускания окон изготовленных из этого соединения составляет от 2 до 22 мкм, что идеально соответствует характеристикам инфракрасных детекторов. Модули имеют монтажный кронштейн, разъем питания (от 2,5 до 5,5 В, типовое 5 В DC), выходной разъем (сигнал переменного тока подается на коаксиальный разъем SMA) и разъем для контроля напряжения питания предусилителя для точной компенсации смещения. Для охлаждения модуля стоит термопара, снабженная радиатором и вентилятором (питание от того же источника что и схема детектора).
Сверхбыстрые инфракрасные детекторы UHSM-10.6, UHSM-I-10.6
UHSM-10.6 – это детектор с частотой 1 ГГц, оптимизированный для излучения 10,6 мкм. Он предназначен для лазерного измерения расстояний, 3D-сканирования и интерферометрии. Таким образом, это подходящее решение для ряда областей: от коммуникации через точный контроль качества в промышленности до научных приборов в таких дисциплинах, как: метрология, сейсмология, астрономия, химия. Детекторы с этой характеристикой используются в спектроскопии с использованием двух оптических гребенок (двойная гребенчатая спектроскопия).
Модули ИК детекторов UHSM-I-10.6
В случае модели UHSM-I-10.6, параметры и область применения аналогичны. Фотоэлектрический детектор встроен в микрообъектив («I» в символе означает «погруженный»). Это позволило обеспечить высокое отношение сигнал / шум (SNR) с полосой пропускания 700 МГц и углом луча (от 80 ° до 36 °).
Схема простейшего ИК детектора
И в завершение обзора приводим самодельную конструкцию простого детектора инфракрасного излучения с исполнительным реле.
При отсутствии излучения на фототранзистор Q1 реле К1 находится в нормально разомкнутом состоянии. Чувствительность устройства определяется параметрами D1, Q1, R2 и конструкцией ИК датчика.